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[其他ST产品] stm32通过I2C接口进行温湿度（AHT20）的采集

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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
I2C接口, I2c, ST, STM, STM32
I2C总线协议
1.I2C简介
I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。

在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps 以上。

注意IIC是为了与低速设备通信而发明的，所以IIC的传输速率比不上SPI
9572663d90e862f524.png
I2C主要功能
1.只需要两条总线；
2.没有严格的波特率要求，例如使用RS232，主设备生成总线时钟；
3.所有组件之间都存在简单的主/从关系，连接到总线的每个设备均可通过唯一地址进行软件寻址；
4.I2C是真正的多主设备总线，可提供仲裁和冲突检测；

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自动化陈稳
———————————————— 版权声明：本文为CSDN博主「sitong000」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接：https://blog.csdn.net/qq_57611233/article/details/121488135  发表于 2023-1-31 20:53

相关帖子
 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:52 | 显示全部楼层
I2C物理层

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
watermark,type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s,shadow_50,text_Q1NETiBAeWFvc2l0b25nMDAw,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16.jpg


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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:53 | 显示全部楼层
I2C协议层
I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU 接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:54 | 显示全部楼层
这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。
通讯的起始和停止信号

5476163d90f7b2233d.png
从图中可以看出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。

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）。

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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:55 | 显示全部楼层
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。

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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:55 | 显示全部楼层
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。
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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:57 | 显示全部楼层
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。
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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:58 | 显示全部楼层
实验内容
1.实验题目
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）。
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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 20:58 | 显示全部楼层
2.准备
1.了解AHT20芯片的相关信息
具体信息请到官方下载对应产品介绍文档，资料链接如下
http://www.aosong.com/class-36.html
2.具体代码添加过程
在野火提供的示例代码中，打开一个只包含固件库的空项目。向工程中添加相关代码，添加代码的具体内容请参考下面链接：
https://blog.csdn.net/hhhhhh277523/article/details/111397514
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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 21:01 | 显示全部楼层
代码部分
①AHT20芯片的使用过程
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  1. void  read_AHT20_once(void)
    

  2. {
    

  3.         delay_ms(10);
    


  4. 

  5.         reset_AHT20();//重置AHT20芯片
    

  6.         delay_ms(10);
    


  7. 

  8.         init_AHT20();//初始化AHT20芯片
    

  9.         delay_ms(10);
    


  10. 

  11.         startMeasure_AHT20();//开始测试AHT20芯片
    

  12.         delay_ms(80);
    


  13. 

  14.         read_AHT20();//读取AHT20采集的到的数据
    

  15.         delay_ms(5);
    

  16. }
    


  17.
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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 21:02 | 显示全部楼层
AHT20芯片读取数据
复制
  1. void read_AHT20(void)
    

  2. {
    

  3.         uint8_t   i;
    


  4. 

  5.         for(i=0; i<6; i++)
    

  6.         {
    

  7.                 readByte[i]=0;
    

  8.         }
    

  9.         I2C_Start();//I2C启动
    


  10. 

  11.         I2C_WriteByte(0x71);//I2C写数据
    

  12.         ack_status = Receive_ACK();//收到的应答信息
    

  13.         readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C读取数据
    

  14.         Send_ACK();//发送应答信息
    


  15. 

  16.         readByte[1]= I2C_ReadByte();
    

  17.         Send_ACK();
    


  18. 

  19.         readByte[2]= I2C_ReadByte();
    

  20.         Send_ACK();
    


  21. 

  22.         readByte[3]= I2C_ReadByte();
    

  23.         Send_ACK();
    


  24. 

  25.         readByte[4]= I2C_ReadByte();
    

  26.         Send_ACK();
    


  27. 

  28.         readByte[5]= I2C_ReadByte();
    

  29.         SendNot_Ack();
    

  30.         //Send_ACK();
    


  31. 

  32.         I2C_Stop();//I2C停止函数
    

  33.         //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
    

  34.         if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
    

  35.         {
    

  36.                 H1 = readByte[1];
    

  37.                 H1 = (H1<<8) | readByte[2];
    

  38.                 H1 = (H1<<8) | readByte[3];
    

  39.                 H1 = H1>>4;
    


  40. 

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


  42. 

  43.                 T1 = readByte[3];
    

  44.                 T1 = T1 & 0x0000000F;
    

  45.                 T1 = (T1<<8) | readByte[4];
    

  46.                 T1 = (T1<<8) | readByte[5];
    


  47. 

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


  49. 

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

  51.                 AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;
    


  52. 

  53.                 AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
    

  54.                 AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
    

  55.         }
    

  56.         else
    

  57.         {
    

  58.                 AHT20_OutData[0] = 0xFF;
    

  59.                 AHT20_OutData[1] = 0xFF;
    


  60. 

  61.                 AHT20_OutData[2] = 0xFF;
    

  62.                 AHT20_OutData[3] = 0xFF;
    

  63.                 printf("读取失败！！！");
    


  64. 

  65.         }
    

  66.         printf("\r\n");
    

  67.         //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
    

  68.         printf("温度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
    

  69.         printf("湿度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
    

  70.         printf("\r\n");
    

  71. }
    


  72.
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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 21:04 | 显示全部楼层
编译烧录 1903563d911be49790.png
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 楼主| 自动化陈稳 发表于 2023-1-31 21:04 | 显示全部楼层
结果展示
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。
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