高性能实时控制：基于STM32H743的I2C数据采集设计与实现
在嵌入式系统中，I2C总线作为一种简单、高效的串行通信方式，广泛应用于传感器数据采集等领域。本文基于ST的高性能微控制器STM32H743，设计并实现了一个I2C通信的完整案例，展示如何快速、高效地采集传感器数据。项目背景STM32H743以其高达480MHz的主频、丰富的外设支持及低功耗特性，成为高性能应用的首选。在数据采集场景中，I2C的主从结构为连接多种传感器提供了极大的便利性。本文通过模拟温湿度传感器的通信过程，介绍STM32H743如何通过I2C获取传感器数据，并在终端输出。
硬件连接我们使用以下硬件完成实验：
[*]STM32H743 Nucleo开发板
[*]HTU21D温湿度传感器
[*]若干连接线
将HTU21D的SCL、SDA分别连接至STM32H743的PB6和PB7（I2C1接口），并确保电源和地正确连接。
软件设计使用STM32CubeMX生成初始化代码，并在Keil MDK中编写主程序。以下是完整代码：
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#define HTU21D_ADDRESS 0x40
#define TEMP_MEASURE_NO_HOLD 0xF3
void SystemClock_Config(void);
float Read_Temperature(void);
int main(void) {
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_I2C1_Init();
MX_USART1_UART_Init();
while (1) {
float temperature = Read_Temperature();
char buffer;
sprintf(buffer, "Temperature: %.2f C\r\n", temperature);
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buffer, strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY);
HAL_Delay(1000);
}
}
float Read_Temperature(void) {
uint8_t cmd = TEMP_MEASURE_NO_HOLD;
uint8_t data;
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, HTU21D_ADDRESS << 1, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY);
HAL_Delay(50);
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, HTU21D_ADDRESS << 1, data, 2, HAL_MAX_DELAY);
uint16_t raw_temp = (data << 8) | data;
raw_temp &= 0xFFFC;
return -46.85 + 175.72 * ((float)raw_temp / 65536.0);
}
void SystemClock_Config(void) {
// CubeMX自动生成的时钟配置代码
}
代码解读
[*]初始化模块
系统初始化包括GPIO、I2C和UART模块的配置。STM32CubeMX工具自动生成这些代码，极大地减少了开发时间。
[*]I2C通信实现
[*]使用HAL_I2C_Master_Transmit发送命令以启动温度测量。
[*]等待数据准备好后，调用HAL_I2C_Master_Receive读取返回的两字节数据。
[*]数据处理与输出
传感器返回的原始数据经过公式转换，计算出实际温度，并通过UART接口打印到串口终端。
注意事项
[*]硬件连接时注意I2C线的上拉电阻配置，通常为4.7kΩ。
[*]如果出现通信问题，可通过逻辑分析仪查看波形，检查时序是否正确。
[*]温湿度传感器通常需要短暂延时等待数据稳定，实际项目中可根据数据手册调整延时。
扩展应用本文的实现可直接拓展至更多I2C传感器，例如压力传感器、气体传感器等。同时，STM32H743的强大性能也适合复杂的实时控制和数据处理任务，如FFT分析和图像处理。
太棒了！STM32H743性能确实强大，这个案例很实用！ 有没有测试过采集频率的极限性能？ 温湿度传感器可以换成其他型号吗？适配起来复杂吗？ I2C通信里延时如何精准控制？对实时性要求高的项目会有影响吗？ 看了代码，HAL库封装得确实方便，学习了！ UART输出的波特率设置可以调高点，会不会更快？ 这种实时数据采集能否同步保存到SD卡？ I2C总线挂多个传感器时，地址冲突该怎么解决？ 你有用STM32H743跑过FreeRTOS吗？和裸机比有啥体验？
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