stm32通过I2C接口实现温湿度（AHT20）的采集

文章目录

一、I2C协议的基本原理和时序及物理层协议层

1、I2C通信协议的原理

I2C通信协是由一根时钟线、一根数据线组成，是同步的（有时钟线控制时间，若遇到中断去执行别的程序，通信不会被打算），由一根数据线完成接收和发送数据，是半双工模式，为了实时的知道数据的接收信息设置了数据应答，支持连接多个外设。本文主要使用一主多从模式。
一主多从：一个主机，多个从机，从机默认无法操作数据线，主机可选择某个从机使其短暂的可以操作数据线。
多主多从：也是一个主机，多个从机，但从机可以与主机互换身份。

2、I2C时序基本单元

•起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

•终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

发送一个字节：
SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

接收一个字节：
SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

•发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

•接收应答：主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

3、I2C时序

•指定地址写

•对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，写入指定数据（Data）

•当前地址读

•对于指定设备（Slave Address），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据（Data）

•指定地址读

•对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，读取从机数据（Data）

4、I2C 协议的物理层和协议层

①物理层
I2C是一个支持设备的总线。可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。对于I2C 总线，只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线(SCL)。
I2C 通讯设备常用连接方式

②协议层

主要是定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等。

通讯的起始和停止信号

数据有效性

I2C在通讯的时候，只有在SCL处于高电平时，SDA的数据传输才是有效的。SDA 信号线是用于传输数据，SCL 信号线是保证数据同步。

响应

当SDA传输数据后，接收方对接受到的数据进行一个应答。如果希望继续进行传输数据，则回应应答信号（低电平），否则回应非应答信号（高电平）。

5、I2C的两种方式——硬件I2C和软件I2C

①硬件I2C
直接利用 STM32 芯片中的硬件 I2C 外设。

硬件I2C的使用
只要配置好对应的寄存器，外设就会产生标准串口协议的时序。在初始化好 I2C 外设后，只需要把某寄存器位置 1，此时外设就会控制对应的 SCL 及 SDA 线自动产生 I2C 起始信号，不需要内核直接控制引脚的电平。

②软件I2C
直接使用 CPU 内核按照 I2C 协议的要求控制 GPIO 输出高低电平，从而模拟I2C。

软件I2C的使用
需要在控制产生 I2C 的起始信号时，控制作为 SCL 线的 GPIO 引脚输出高电平，然后控制作为 SDA 线的 GPIO 引脚在此期间完成由高电平至低电平的切换，最后再控制SCL 线切换为低电平，这样就输出了一个标准的 I2C 起始信号。

③两者的差别
硬件 I2C 直接使用外设来控制引脚，可以减轻 CPU 的负担。不过使用硬件I2C 时必须使用某些固定的引脚作为 SCL 和 SDA，软件模拟 I2C 则可以使用任意 GPIO 引脚，相对比较灵活。对于硬件I2C用法比较复杂，软件I2C的流程更清楚一些。如果要详细了解I2C的协议，使用软件I2C可能更好的理解这个过程。在使用I2C过程，硬件I2C可能通信更加快，更加稳定。

二、实现AHT20采集程序

1.连接硬件

AHT20的SCL，GND，SDA，VCC分别对应接stm32f103的B6，GND，B7，5V。（GND和5V任意模块都可以）

将SDA和PB7，SCL和PB6连接 注意正反面，1接3v3，3接GND，不要接反，否则直接芯片g！
补充内容：
温湿度传感器接法
由于本程序采用的软件I2C实现的，采用GPIO引脚是PB6，PB7。具体定义代码如下
#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}
#define IIC_SCL PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA PBout(7) //SDA
#define READ_SDA PBin(7)
所以，SCL连接PB6，SDA连接PB7。
如果采用硬件I2C进行实现，可以查看关于STM32的原理图，可以看到硬件I2C接口，野火stm32mini开发板的I2C接口是PA2，PA3，要实现硬件I2C读取数据，就根据上面使用的方式进行配置，就可以完成通讯。

三、配置代码

1.核心代码分析

AHT20芯片的使用过程read_AHT20_once函数：

void  read_AHT20_once(void)
{
	delay_ms(10);

	reset_AHT20();//重置AHT20芯片
	delay_ms(10);

	init_AHT20();//初始化AHT20芯片
	delay_ms(10);

	startMeasure_AHT20();//开始测试AHT20芯片
	delay_ms(80);

	read_AHT20();//读取AHT20采集的到的数据
	delay_ms(5);
}

AHT20芯片读取数据 read_AHT20函数

void read_AHT20(void)
{
	uint8_t   i;

	for(i=0; i<6; i++)
	{
		readByte[i]=0;
	}
	I2C_Start();//I2C启动

	I2C_WriteByte(0x71);//I2C写数据
	ack_status = Receive_ACK();//收到的应答信息
	readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C读取数据
	Send_ACK();//发送应答信息

	readByte[1]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[2]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[3]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[4]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[5]= I2C_ReadByte();
	SendNot_Ack();
	//Send_ACK();

	I2C_Stop();//I2C停止函数
	//判断读取到的第一个字节是不是0x08，0x08是该芯片读取流程中规定的，如果读取过程没有问题，就对读到的数据进行相应的处理
	if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
	{
		H1 = readByte[1];
		H1 = (H1<<8) | readByte[2];
		H1 = (H1<<8) | readByte[3];
		H1 = H1>>4;

		H1 = (H1*1000)/1024/1024;

		T1 = readByte[3];
		T1 = T1 & 0x0000000F;
		T1 = (T1<<8) | readByte[4];
		T1 = (T1<<8) | readByte[5];

		T1 = (T1*2000)/1024/1024 - 500;

		AHT20_OutData[0] = (H1>>8) & 0x000000FF;
		AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;

		AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
		AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
	}
	else
	{
		AHT20_OutData[0] = 0xFF;
		AHT20_OutData[1] = 0xFF;

		AHT20_OutData[2] = 0xFF;
		AHT20_OutData[3] = 0xFF;
		printf("读取失败！！！");

	}
	printf("\r\n");
	//根据AHT20芯片中，温度和湿度的计算公式，得到最终的结果，通过串口显示
	printf("温度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
	printf("湿度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
	printf("\r\n");
}

完整代码：
https://github.com/wrxlsztls/1/blob/wrxlsztls-patch-1/AHT20.rar

四、效果演示

串口烧录后，打开串口

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总结

对 STM32 的 I2C 模块进行相应的配置，包括设置合适的时钟频率、选择正确的引脚复用功能等，确保其能够按照 I2C 协议规范来进行数据的收发。对于 AHT20 传感器，熟悉它的通信协议、寄存器配置以及初始化流程，只有这样才能正确地向其发送指令来触发温湿度测量，并读取相应测量结果。

参考

https://blog.csdn.net/weixin_68811361/article/details/134405747
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111597278
https://blog.csdn.net/qq_53144725/article/details/127625321

作者：m0_74181342