高性能实时控制：基于STM32H743的I2C数据采集设计与实现

只看该作者 · 2024-11-30 07:43

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：

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#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[50];  

        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[2];  

    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[0] << 8) | data[1];  

    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