第10周实验---IIC协议读取温湿度数据

于 2023-11-13 11:30:33 发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xiaosorry/article/details/134367010
该博客围绕STM32F103基于I2C协议的AHT20温湿度传感器数据采集实验展开。介绍了软件I2C和硬件I2C的概念，阐述了STM32CubeMX配置生成项目的步骤，包括RCC、SYS等配置，还说明了Keil5仿真操作、电路连接方式以及串口调试内容。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

实验任务：

1. 学习I2C总线通信协议，使用STM32F103完成基于I2C协议的AHT20温湿度传感器的数据采集，并将采集的温度-湿度值通过串口输出。具体任务：

1）解释什么是“软件I2C”和“硬件I2C”？ （阅读野火配套教材的第23章“I2C--读写EEPROM”原理章节）

2）阅读AHT20数据手册，编程实现：每隔2秒钟采集一次温湿度数据，并通过串口发送到上位机（win10）。

一、介绍

在嵌入式系统和微控制器编程中，I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种常见的通信协议，用于在微控制器和其他设备之间进行数据交换。

软件I2C：

软件I2C是由软件驱动和控制的一种实现方式。在这种方式下，所有的I2C操作，包括数据的发送和接收，都是由程序代码来控制的。在使用软件I2C，需要明确地控制数据的发送和接收，包括数据的每一位，以及何时进行数据的发送和接收。因此，软件I2C需要对I2C协议有深入的理解，并且需要花费更多的编程时间和精力。

硬件I2C：

硬件I2C是一种由硬件来处理I2C操作的方式。硬件I2C接口通常包含一些特定的硬件组件，如I2C总线控制器和I2C总线接口，这些组件可以处理大部分的I2C操作，包括数据的发送和接收，而不需要程序员在代码中进行明确控制。因此，使用硬件I2C可以大大简化编程的复杂性，同时提高效率。

二、STM32CubeMX配置生成

新建项目

1.配置RCC

 选择High Speed Clock(HSE)为Crystal/Ceramic Resonator

2.配置SYS

在Debug中选择Serial Wire

3.配置USART

配置Mode为Asynchronous

 

4.配置NVIC

配置勾选i2c1 event  interrupt

配置勾选USART1 global interrupt

5.生成项目文件

Keil5仿真

添加AHT20-21_DEMO_V1_3.h和AHT20-21_DEMO_V1_3.c文件

AHT20-21_DEMO_V1_3.h

#ifndef _AHT20_DEMO_
#define _AHT20_DEMO_
 
#include "main.h"  
 
void Delay_N10us(uint32_t t);//延时函数
void SensorDelay_us(uint32_t t);//延时函数
void Delay_4us(void);		//延时函数
void Delay_5us(void);		//延时函数
void Delay_1ms(uint32_t t);	
void AHT20_Clock_Init(void);		//延时函数
void SDA_Pin_Output_High(void)  ; //将PB15配置为输出 ， 并设置为高电平， PB15作为I2C的SDA
void SDA_Pin_Output_Low(void);  //将P15配置为输出  并设置为低电平
void SDA_Pin_IN_FLOATING(void);  //SDA配置为浮空输入
void SCL_Pin_Output_High(void); //SCL输出高电平，P14作为I2C的SCL
void SCL_Pin_Output_Low(void); //SCL输出低电平
void Init_I2C_Sensor_Port(void); //初始化I2C接口,输出为高电平
void I2C_Start(void);		 //I2C主机发送START信号
void AHT20_WR_Byte(uint8_t Byte); //往AHT20写一个字节
uint8_t AHT20_RD_Byte(void);//从AHT20读取一个字节
uint8_t Receive_ACK(void);   //看AHT20是否有回复ACK
void Send_ACK(void)	;	  //主机回复ACK信号
void Send_NOT_ACK(void);	//主机不回复ACK
void Stop_I2C(void);	  //一条协议结束
uint8_t AHT20_Read_Status(void);//读取AHT20的状态寄存器
uint8_t AHT20_Read_Cal_Enable(void);  //查询cal enable位有没有使能
void AHT20_SendAC(void); //向AHT20发送AC命令
uint8_t Calc_CRC8(uint8_t *message,uint8_t Num);
void AHT20_Read_CTdata(uint32_t *ct); //没有CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据
void AHT20_Read_CTdata_crc(uint32_t *ct); //CRC校验后，读取AHT20的温度和湿度数据
void AHT20_Init(void);   //初始化AHT20
void JH_Reset_REG(uint8_t addr);///重置寄存器
void AHT20_Start_Init(void);///上电初始化进入正常测量状态
#endif

 AHT20-21_DEMO_V1_3.c

 
//#include "main.h" 
#include "AHT20-21_DEMO_V1_3.h" 
#include "gpio.h"
#include "i2c.h"
 
 
void Delay_N10us(uint32_t t)//延时函数
{
  uint32_t k;
 
   while(t--)
  {
    for (k = 0; k < 2; k++);//110
  }
}
 
void SensorDelay_us(uint32_t t)//延时函数
{
		
	for(t = t-2; t>0; t--)
	{
		Delay_N10us(1);
	}
}
 
void Delay_4us(void)		//延时函数
{	
	Delay_N10us(1);
	Delay_N10us(1);
	Delay_N10us(1);
	Delay_N10us(1);
}
void Delay_5us(void)		//延时函数
{	
	Delay_N10us(1);
	Delay_N10us(1);
	Delay_N10us(1);
	Delay_N10us(1);
	Delay_N10us(1);
 
}
 
void Delay_1ms(uint32_t t)		//延时函数
{
   while(t--)
  {
    SensorDelay_us(1000);//延时1ms
  }
}
 
 
//void AHT20_Clock_Init(void)		//延时函数
//{
//	RCC_APB2PeriphClockCmd(CC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//}
 
void SDA_Pin_Output_High(void)   //将PB7配置为输出 ， 并设置为高电平， PB7作为I2C的SDA
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SET);
}
 
void SDA_Pin_Output_Low(void)  //将P7配置为输出  并设置为低电平
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET);
}
 
void SDA_Pin_IN_FLOATING(void)  //SDA配置为浮空输入
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;//浮空
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init( GPIOB,&GPIO_InitStruct);
}
 
 
void SCL_Pin_Output_High(void) //SCL输出高电平，P14作为I2C的SCL
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);
}
 
void SCL_Pin_Output_Low(void) //SCL输出低电平
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);
}
 
void Init_I2C_Sensor_Port(void) //初始化I2C接口,输出为高电平
{	
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);
 
	
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);
	
}
void I2C_Start(void)		 //I2C主机发送START信号
{
	SDA_Pin_Output_High();
	SensorDelay_us(8);
	SCL_Pin_Output_High();
	SensorDelay_us(8);
	SDA_Pin_Output_Low();
	SensorDelay_us(8);
	SCL_Pin_Output_Low();
	SensorDelay_us(8);   
}
 
 
void AHT20_WR_Byte(uint8_t Byte) //往AHT20写一个字节
{
	uint8_t Data,N,i;	
	Data=Byte;
	i = 0x80;
	for(N=0;N<8;N++)
	{
		SCL_Pin_Output_Low(); 
		Delay_4us();	
		if(i&Data)
		{
			SDA_Pin_Output_High();
		}
		else
		{
			SDA_Pin_Output_Low();
		}	
			
    SCL_Pin_Output_High();
		Delay_4us();
		Data <<= 1;
		 
	}
	SCL_Pin_Output_Low();
	SensorDelay_us(8);   
	SDA_Pin_IN_FLOATING();
	SensorDelay_us(8);	
}	
 
 
uint8_t AHT20_RD_Byte(void)//从AHT20读取一个字节
{
		uint8_t Byte,i,a;
	Byte = 0;
	SCL_Pin_Output_Low();
	
	SDA_Pin_IN_FLOATING();
	SensorDelay_us(8);	
	
	for(i=0;i<8;i++)
	{
    SCL_Pin_Output_High();
		
		Delay_5us();
		a=0;
		
		//if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_15)) a=1;
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)) a=1;
		Byte = (Byte<<1)|a;
		
		//SCL_Pin_Output_Low();
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);
		Delay_5us();
	}
  SDA_Pin_IN_FLOATING();
	SensorDelay_us(8);	
	return Byte;
}
 
 
uint8_t Receive_ACK(void)   //看AHT20是否有回复ACK
{
	uint16_t CNT;
	CNT = 0;
	SCL_Pin_Output_Low();	
	SDA_Pin_IN_FLOATING();
	SensorDelay_us(8);	
	SCL_Pin_Output_High();	
	SensorDelay_us(8);	
	while((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7))  && CNT < 100) 
	CNT++;
	if(CNT == 100)
	{
		return 0;
	}
 	SCL_Pin_Output_Low();	
	SensorDelay_us(8);	
	return 1;
}
 
void Send_ACK(void)		  //主机回复ACK信号
{
	SCL_Pin_Output_Low();	
	SensorDelay_us(8);	
	SDA_Pin_Output_Low();
	SensorDelay_us(8);	
	SCL_Pin_Output_High();	
	SensorDelay_us(8);
	SCL_Pin_Output_Low();	
	SensorDelay_us(8);
	SDA_Pin_IN_FLOATING();
	SensorDelay_us(8);
}
 
void Send_NOT_ACK(void)	//主机不回复ACK
{
	SCL_Pin_Output_Low();	
	SensorDelay_us(8);
	SDA_Pin_Output_High();
	SensorDelay_us(8);
	SCL_Pin_Output_High();	
	SensorDelay_us(8);		
	SCL_Pin_Output_Low();	
	SensorDelay_us(8);
    SDA_Pin_Output_Low();
	SensorDelay_us(8);
}
 
void Stop_I2C(void)	  //一条协议结束
{
	SDA_Pin_Output_Low();
	SensorDelay_us(8);
	SCL_Pin_Output_High();	
	SensorDelay_us(8);
	SDA_Pin_Output_High();
	SensorDelay_us(8);
}
 
uint8_t AHT20_Read_Status(void)//读取AHT20的状态寄存器
{
 
	uint8_t Byte_first;	
	I2C_Start();
	AHT20_WR_Byte(0x71);
	Receive_ACK();
	Byte_first = AHT20_RD_Byte();
	Send_NOT_ACK();
	Stop_I2C();
	return Byte_first;
}
 
uint8_t AHT20_Read_Cal_Enable(void)  //查询cal enable位有没有使能
{
	uint8_t val = 0;//ret = 0,
  val = AHT20_Read_Status();
	 if((val & 0x68)==0x08)
		 return 1;
   else  return 0;
 }
 
void AHT20_SendAC(void) //向AHT20发送AC命令
{
 
	I2C_Start();
	AHT20_WR_Byte(0x70);
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0xac);//0xAC采集命令
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0x33);
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0x00);
	Receive_ACK();
	Stop_I2C();
 
}
 
//CRC校验类型：CRC8/MAXIM
//多项式：X8+X5+X4+1
//Poly：0011 0001  0x31
//高位放到后面就变成 1000 1100 0x8c
//C现实代码：
uint8_t Calc_CRC8(uint8_t *message,uint8_t Num)
{
	uint8_t i;
	uint8_t byte;
	uint8_t crc=0xFF;
  for(byte=0; byte<Num; byte++)
  {
    crc^=(message[byte]);
    for(i=8;i>0;--i)
    {
      if(crc&0x80) crc=(crc<<1)^0x31;
      else crc=(crc<<1);
    }
  }
        return crc;
}
 
void AHT20_Read_CTdata(uint32_t *ct) //没有CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据
{
		volatile uint8_t  Byte_1th=0;
	volatile uint8_t  Byte_2th=0;
	volatile uint8_t  Byte_3th=0;
	volatile uint8_t  Byte_4th=0;
	volatile uint8_t  Byte_5th=0;
	volatile uint8_t  Byte_6th=0;
	 uint32_t RetuData = 0;
	uint16_t cnt = 0;
	AHT20_SendAC();//向AHT10发送AC命令
	Delay_1ms(80);//延时80ms左右	
    cnt = 0;
	while(((AHT20_Read_Status()&0x80)==0x80))//直到状态bit[7]为0，表示为空闲状态，若为1，表示忙状态
	{
		SensorDelay_us(1508);
		if(cnt++>=100)
		{
		 break;
		 }
	}
	I2C_Start();
	AHT20_WR_Byte(0x71);
	Receive_ACK();
	Byte_1th = AHT20_RD_Byte();//状态字，查询到状态为0x98,表示为忙状态，bit[7]为1；状态为0x1C，或者0x0C，或者0x08表示为空闲状态，bit[7]为0
	Send_ACK();
	Byte_2th = AHT20_RD_Byte();//湿度
	Send_ACK();
	Byte_3th = AHT20_RD_Byte();//湿度
	Send_ACK();
	Byte_4th = AHT20_RD_Byte();//湿度/温度
	Send_ACK();
	Byte_5th = AHT20_RD_Byte();//温度
	Send_ACK();
	Byte_6th = AHT20_RD_Byte();//温度
	Send_NOT_ACK();
	Stop_I2C();
 
	RetuData = (RetuData|Byte_2th)<<8;
	RetuData = (RetuData|Byte_3th)<<8;
	RetuData = (RetuData|Byte_4th);
	RetuData =RetuData >>4;
	ct[0] = RetuData;//湿度
	RetuData = 0;
	RetuData = (RetuData|Byte_4th)<<8;
	RetuData = (RetuData|Byte_5th)<<8;
	RetuData = (RetuData|Byte_6th);
	RetuData = RetuData&0xfffff;
	ct[1] =RetuData; //温度
 
}
 
 
void AHT20_Read_CTdata_crc(uint32_t *ct) //CRC校验后，读取AHT20的温度和湿度数据
{
		volatile uint8_t  Byte_1th=0;
	volatile uint8_t  Byte_2th=0;
	volatile uint8_t  Byte_3th=0;
	volatile uint8_t  Byte_4th=0;
	volatile uint8_t  Byte_5th=0;
	volatile uint8_t  Byte_6th=0;
	volatile uint8_t  Byte_7th=0;
	 uint32_t RetuData = 0;
	 uint16_t cnt = 0;
	// uint8_t  CRCDATA=0;
	 uint8_t  CTDATA[6]={0};//用于CRC传递数组
	
	AHT20_SendAC();//向AHT10发送AC命令
	Delay_1ms(80);//延时80ms左右	
    cnt = 0;
	while(((AHT20_Read_Status()&0x80)==0x80))//直到状态bit[7]为0，表示为空闲状态，若为1，表示忙状态
	{
		SensorDelay_us(1508);
		if(cnt++>=100)
		{
		 break;
		}
	}
	
	I2C_Start();
 
	AHT20_WR_Byte(0x71);
	Receive_ACK();
	CTDATA[0]=Byte_1th = AHT20_RD_Byte();//状态字，查询到状态为0x98,表示为忙状态，bit[7]为1；状态为0x1C，或者0x0C，或者0x08表示为空闲状态，bit[7]为0
	Send_ACK();
	CTDATA[1]=Byte_2th = AHT20_RD_Byte();//湿度
	Send_ACK();
	CTDATA[2]=Byte_3th = AHT20_RD_Byte();//湿度
	Send_ACK();
	CTDATA[3]=Byte_4th = AHT20_RD_Byte();//湿度/温度
	Send_ACK();
	CTDATA[4]=Byte_5th = AHT20_RD_Byte();//温度
	Send_ACK();
	CTDATA[5]=Byte_6th = AHT20_RD_Byte();//温度
	Send_ACK();
	Byte_7th = AHT20_RD_Byte();//CRC数据
	Send_NOT_ACK();                           //注意: 最后是发送NAK
	Stop_I2C();
	
	if(Calc_CRC8(CTDATA,6)==Byte_7th)
	{
	RetuData = (RetuData|Byte_2th)<<8;
	RetuData = (RetuData|Byte_3th)<<8;
	RetuData = (RetuData|Byte_4th);
	RetuData =RetuData >>4;
	ct[0] = RetuData;//湿度
	RetuData = 0;
	RetuData = (RetuData|Byte_4th)<<8;
	RetuData = (RetuData|Byte_5th)<<8;
	RetuData = (RetuData|Byte_6th);
	RetuData = RetuData&0xfffff;
	ct[1] =RetuData; //温度
		
	}
	else
	{
		ct[0]=0x00;
		ct[1]=0x00;//校验错误返回值，客户可以根据自己需要更改
	}//CRC数据
}
 
 
void AHT20_Init(void)   //初始化AHT20
{	
	Init_I2C_Sensor_Port();
	I2C_Start();
	AHT20_WR_Byte(0x70);
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0xa8);//0xA8进入NOR工作模式
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0x00);
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0x00);
	Receive_ACK();
	Stop_I2C();
 
	Delay_1ms(10);//延时10ms左右
 
	I2C_Start();
	AHT20_WR_Byte(0x70);
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0xbe);//0xBE初始化命令，AHT20的初始化命令是0xBE,   AHT10的初始化命令是0xE1
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0x08);//相关寄存器bit[3]置1，为校准输出
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0x00);
	Receive_ACK();
	Stop_I2C();
	Delay_1ms(10);//延时10ms左右
}
void JH_Reset_REG(uint8_t addr)
{
	
	uint8_t Byte_first,Byte_second,Byte_third;
	I2C_Start();
	AHT20_WR_Byte(0x70);//原来是0x70
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(addr);
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0x00);
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0x00);
	Receive_ACK();
	Stop_I2C();
 
	Delay_1ms(5);//延时5ms左右
	I2C_Start();
	AHT20_WR_Byte(0x71);//
	Receive_ACK();
	Byte_first = AHT20_RD_Byte();
	Send_ACK();
	Byte_second = AHT20_RD_Byte();
	Send_ACK();
	Byte_third = AHT20_RD_Byte();
	Send_NOT_ACK();
	Stop_I2C();
	
  Delay_1ms(10);//延时10ms左右
	I2C_Start();
	AHT20_WR_Byte(0x70);///
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(0xB0|addr);//寄存器命令
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(Byte_second);
	Receive_ACK();
	AHT20_WR_Byte(Byte_third);
	Receive_ACK();
	Stop_I2C();
	
	Byte_second=0x00;
	Byte_third =0x00;
}
 
void AHT20_Start_Init(void)
{
	JH_Reset_REG(0x1b);
	JH_Reset_REG(0x1c);
	JH_Reset_REG(0x1e);
}

修改main.c 

#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "AHT20-21_DEMO_V1_3.h" 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int fputc(int ch,FILE *f)//重新printf
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);    
		while(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_TC)!=SET){
		}		
    return ch;
}
void SystemClock_Config(void);
volatile int  c1,t1;
uint32_t CT_data[2]={0,0};
int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_I2C1_Init();	
	AHT20_Init();//放在其它之后
  if((AHT20_Read_Status()&0x18)!=0x18)
	{
		AHT20_Start_Init(); //重新初始化寄存器
		Delay_1ms(10);
	}
 
 
  while (1)
  {
   
		AHT20_Read_CTdata(CT_data);       //不经过CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据    推荐每隔大于1S读一次
    //AHT20_Read_CTdata_crc(CT_data);  //crc校验后，读取AHT20的温度和湿度数据 
	  c1 = CT_data[0]*100*10/1024/1024;  //计算得到湿度值c1（放大了10倍）
	  t1 = CT_data[1]*200*10/1024/1024-500;//计算得到温度值t1（放大了10倍）	
		printf("湿度：%d%s",c1/10,"%");
	  printf("温度：%d%s",t1/10,"℃");
	  printf("\r\n");
		HAL_Delay(3000);
 
  }
 
}

三、电路连接

STM32F103C8与USB转TTL线连接

STM32F103开发板USB转TTL线
GNDGND
PA9RXD
PA10TXD
3V33V3

AHT20连接

 

三、串口调试

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