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stm32通過I2C接口實現溫濕度（AHT20）的采集

chengtao1633 / 3002人閱讀

摘要：如圖所示在了解起始條件和停止條件后，我們再來看看在這個過程中數據的傳輸是如何進行的。四參考資料通過接口實現溫濕度的采集硬件和軟件區別

一、I2C總線協議詳解

（一）I2C總線物理拓撲結構


I2C 總線在物理連接上非常簡單，分別由SDA(串行數據線)和SCL(串行時鐘線)及上拉電阻組成。通信原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來 產生I2C總線協議所需要的信號進行數據的傳遞。在總線空閑狀態時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。

（二)I2C總線協議

I2C協議規定，總線上數據的傳輸必須以一個起始信號作為開始條件，以一個結束信號作為傳輸的停止條件。起始和結束信號總是由主設備產生。總線在空閑狀態 時，SCL和SDA都保持著高電平，當SCL為高電平而SDA由高到低的跳變，表示產生一個起始條件；當SCL為高而SDA由低到高的跳變，表示產生一個 停止條件。在起始條件產生后，總線處于忙狀態，由本次數據傳輸的主從設備獨占，其他I2C器件無法訪問總線；而在停止條件產生后，本次數據傳輸的主從設備 將釋放總線，總線再次處于空閑狀態。如圖所示：

在了解起始條件和停止條件后，我們再來看看在這個過程中數據的傳輸是如何進行的。數據傳輸以字節為單位。主設備在SCL線上產生每個 時鐘脈沖的過程中將在SDA線上傳輸一個數據位，當一個字節按數據位從高位到低位的順序傳輸完后，緊接著從設備將拉低SDA線，回傳給主設備一個應答位， 此時才認為一個字節真正的被傳輸完成。當然，并不是所有的字節傳輸都必須有一個應答位，比如：當從設備不能再接收主設備發送的數據時，從設備將回傳一個否 定應答位。數據傳輸的過程如圖所示：

I2C總線上的每一個設備都對應一個唯一的地址，主從設備之間的數據傳輸是建立在地址的基礎上，也就是說，主設備在傳輸有效數據之前 要先指定從設備的地址，地址指定的過程和上面數據傳輸的過程一樣，只不過大多數從設備的地址是7位的，然后協議規定再給地址添加一個最低位用來表示接下來 數據傳輸的方向，0表示主設備向從設備寫數據，1表示主設備向從設備讀數據。如圖所示：

（三）硬件I2C和模擬I2C

1.硬件I2C

所謂硬件I2C對應芯片上的I2C外設，有相應I2C驅動電路，其所使用的I2C管腳也是專用的；軟件I2C一般是用GPIO管腳，用軟件控制管腳狀態以模擬I2C通信波形。

2.模擬I2C

模擬I2C 是通過GPIO，軟件模擬寄存器的工作方式，而硬件（固件）I2C是直接調用內部寄存器進行配置。如果要從具體硬件上來看，可以去看下芯片手冊。因為固件I2C的端口是固定的，所以會有所區別。

3.區別

  • 硬件I2C的效率要遠高于軟件的，而軟件I2C由于不受管腳限制，接口比較靈活。
  • 可以看底層配置，比如IO口配置，如果配置了IO口的功能（IIC功能）那就是固件IIC，否則就是模擬
  • 可以看IIC寫函數，看里面有木有調用現成的函數或者給某個寄存器賦值，如果有，則肯定是固件IIC功能，沒有的話肯定是數據一個bit一個bit模擬發生送的，肯定用到了循環，則為模擬。
  • 根據代碼量判斷，模擬的代碼量肯定比固件的要大。

  • （1）硬件IIC用法比較復雜，模擬IIC的流程更清楚一些。

  • （2） 硬件IIC速度比模擬快，并且可以用DMA

  • （3）模擬IIC可以在任何管腳上，而硬件只能在固定管腳上。

軟件i2c是程序員使用程序控制SCL,SDA線輸出高低電平，模擬i2c協議的時序。一般較硬件i2c穩定，但是程序較為繁瑣，但不難。

硬件i2c程序員只要調用i2c的控制函數即可，不用直接的去控制SCL,SDA高低電平的輸出。但是有些單片機的硬件i2c不太穩定，調試問題較多。

二、實現AHT20采集程序

（一）了解AHT20芯片的相關信息

具體信息請到官方下載對應產品介紹文檔，資料鏈接如下
http://www.aosong.com/class-36.html

（二）具體代碼添加過程

在野火提供的示例代碼中，打開一個只包含固件庫的空項目。向工程中添加相關代碼，添加代碼的具體內容請參考下面鏈接：
https://blog.csdn.net/hhhhhh277523/article/details/111397514

（三）主要代碼的分析

1.AHT20芯片的使用過程

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();//開始測試AHT20芯片	delay_ms(80);	read_AHT20();//讀取AHT20采集的到的數據	delay_ms(5);}

2.AHT20芯片讀取數據

void read_AHT20(void){	uint8_t   i;	for(i=0; i<6; i++)	{		readByte[i]=0;	}	I2C_Start();//I2C啟動	I2C_WriteByte(0x71);//I2C寫數據	ack_status = Receive_ACK();//收到的應答信息	readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C讀取數據	Send_ACK();//發送應答信息	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停止函數	//判斷讀取到的第一個字節是不是0x08，0x08是該芯片讀取流程中規定的，如果讀取過程沒有問題，就對讀到的數據進行相應的處理	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("讀取失敗！！！");	}	printf("/r/n");	//根據AHT20芯片中，溫度和濕度的計算公式，得到最終的結果，通過串口顯示	printf("溫度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);	printf("濕度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);	printf("/r/n");}

（四）線路接法

溫濕度傳感器接法 由于本程序采用的軟件I2C實現的，采用GPIO引腳是PB6，PB7。具體定義代碼如下
#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連接PB6，SDA連接PB7。 如果采用硬件I2C進行實現，可以查看關于STM32的原理圖，可以看到硬件I2C接口，野火stm32mini開發板的I2C接口是PA2，PA3，要實現硬件I2C讀取數據，就根據上面使用的方式進行配置，就可以完成通訊

（五）運行結果

三、總結

本次實驗了解了I2C總線協議的具體內容、了解了硬件I2C和模擬I2C的主要區別，硬件I2C的效率要遠高于軟件的，而軟件I2C由于不受管腳限制，接口比較靈活。學會了如何用stm32實現用實現溫濕度的測量。

四、參考資料

stm32通過I2C接口實現溫濕度（AHT20）的采集
硬件IIC和軟件IIC區別

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