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stm32通过I2C接口进行温湿度(AHT20)的采集

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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

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 2023-1-31 20:53 回复TA
———————————————— 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 
沙发
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 20:52 | 只看该作者
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


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板凳
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 20:53 | 只看该作者
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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地板
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 20:54 | 只看该作者
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


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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5
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 20:55 | 只看该作者
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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6
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 20:55 | 只看该作者
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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7
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 20:57 | 只看该作者
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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8
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 20:58 | 只看该作者
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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9
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 20:58 | 只看该作者
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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10
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 21:01 | 只看该作者
代码部分
①AHT20芯片的使用过程
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();//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);
}

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11
自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 21:02 | 只看该作者
AHT20芯片读取数据
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");
}

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自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 21:04 | 只看该作者
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自动化陈稳|  楼主 | 2023-1-31 21:04 | 只看该作者
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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