STM32基于软件模拟IIC进行AHT21B温湿度采集

╰半橙微兮° 2022-12-29 09:42 334阅读 0赞

### STM32基于软件模拟IIC进行AHT21B温湿度采集 ###

*  一、 IIC简介
 *   *  1.1 IIC简介
     *  1.2 实现方式
     *  1.3 实现方式对比
 *  二、 AHT21B简介
 *   *  2.1 简介
     *  2.2 产品特点
     *  2.3 外观
     *  2.4 技术参数
     *  2.5 引脚定义
 *  三、 工程编写
 *   *  3.1 实验要求
     *  3.2 主要代码
     *  3.3 烧录
     *  3.4 结果展示
 *  四、 总结
 *  五、 参考资料

> 摘要：通过学习软件IIC来进行实操AHT21B采集温湿度。

> 前期准备：
> 
>  *  软件：Keil 5.28，FlyMcu v0.188（烧录软件）,XCOM v2.6（串口通信软件）
>  *  硬件:stm32F103C8,AHT21B(温湿度采集模块)，USB转TTL模块  
>     以下**工程案例基于正点原子**，请各位注意。

# 一、 IIC简介 #

## 1.1 IIC简介 ##

IIC（Inter-Integrated Circuit）其实是IICBus简称，所以中文应该叫集成电路总线，它是一种串行通信总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展。[百度百科-IIC][-IIC]

IIC串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到IIC总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。

在I2C总线传输过程中，将两种特定的情况定义为开始和停止条件：

*  当SCL保持“高”时，SDA由“高”变为“低”为开始条件；
 *  当SCL保持“高”且SDA由“低”变为“高”时为停止条件。

开始和停止条件均由主控制器产生。使用硬件接口可以很容易地检测到开始和停止条件，没有这种接口的微机必须以每时钟周期至少两次对SDA取样，以检测这种变化。[百度百科-IIC][-IIC]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70]

具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。

## 1.2 实现方式 ##

目前有两种实现IIC的方式：（1）软件IIC（2）硬件IIC

*  软件IIC

软件IIC一般是用GPIO管脚，用软件控制管脚状态以模拟I2C通信波形。

*  硬件IIC

硬件I2C对应芯片上的I2C外设，有相应I2C驱动电路，其所使用的I2C管脚也是专用的

## 1.3 实现方式对比 ##

*  硬件IIC的效率要远高于软件IIC
 *  软件I2C由于不受管脚限制，接口比较灵活,而硬件IIC只能在固定管脚上。
 *  硬件IIC速度比模拟快，并且可以用DMA
 *  软件IIC代码容量少且流程清晰简单

# 二、 AHT21B简介 #

## 2.1 简介 ##

AHT21B数字温湿度模块是一款经过校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它以专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有非常高的可靠性与卓越的长期稳定性。该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个传感器都在专业的湿度校验室中进行校准，使产品达到更高的精度标准。标准I²C接口，使系统集成变得简易快捷。产品体积小、功耗低使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。[奥松电子官网][Link 1]

## 2.2 产品特点 ##

• 完全标定
      • 数字输出，I²C接口
      • 优异的长期稳定性
      • 响应迅速
      • 抗干扰能力强
      • 多种配件可供选择
      • 量身定制应用方案

## 2.3 外观 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 2.4 技术参数 ##

## 2.5 引脚定义 ##

**电源引脚（ VDD GND）**  
AHT21B的供电范围为2.0-5.5V，推荐电压为3.3V，并且在VCC和GND之间必须加上去耦电容10uF，起到滤波作用。  
**串行时钟SCL**  
SCL用于微处理器与AHT21B之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCL频率。  
**串行数据SDA**  
SDA引脚用于传感器的数据输入和输出。当向传感器发送命令时，SDA在串行时钟SCL的上升沿有效，且当SCL为高电平时，SDA必须保持稳定。在SCL下降沿之后，SDA值可被改变。为确保通信安全，SDA的有效时间在SCL上升沿之前，和下降沿之后应该分别延长至 TSU AND THO，当从传感器读取数据时，SDA在SCL变低以后有效（TV），且维持到下一个SCL的下降沿

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

# 三、 工程编写 #

## 3.1 实验要求 ##

1.采集温湿度并进行串口输出显示

## 3.2 主要代码 ##

*  main.c

int main(void)
     {
        	 	
        u32 CT_data[2]={
        0};
        volatile float  c1=0,t1=0;     
         
        delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
        uart_init(115200);	 //串口初始化为115200
        LED_Init();			     //LED端口初始化
        temphum_init();    
    	
    	delay_ms(40);//刚上电，延时40ms才可以读取状态
    	
    	if(!((AHT20_Read_Status()&0x08)==0x08))//首先发0x71读取状态字bit[3]，如果=1,为校准输出，无须初始化!!!    正常情况下读回来的状态是0x1C或者是0x18,读回来是0x80表示忙状态;
    	{
        
            AHT20_Init(); //初始化AHT20 
    	}
    	while(1)
    	{
        
            //DisableIrq(); //由于是模拟I2C,为读取数据更准确 ，读取之前禁止中断；
            delay_ms(1000);
            AHT20_Read_CTdata(CT_data);       //不经过CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据    推荐每隔大于1S读一次
            //AHT20_Read_CTdata_crc(CT_data);  //crc校验后，读取AHT20的温度和湿度数据 
    
            c1 = CT_data[0]*100*10/1024/1024;  //计算得到湿度值（放大了10倍）
            t1 = CT_data[1]*200*10/1024/1024-500;//计算得到温度值（放大了10倍）
            //printf("%d %d\r\n",*CT_data,*(CT_data+1));
    				LED=0;
    				delay_ms(500);
    				LED=1;
            printf("湿度:%.1f%%\r\n",(c1/10));
            printf("温度:%.1f℃\r\n",(t1/10));
    				printf("\r\n");
    				delay_ms(500);
    
            
    	 }
    
    }

*  myiic.c

#include "myiic.h"
    #include "delay.h"
    //	 
    //本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
    //ALIENTEK精英STM32开发板
    //IIC驱动 代码	   
    //正点原子@ALIENTEK
    //技术论坛:www.openedv.com
    //修改日期:2012/9/9
    //版本：V1.0
    //版权所有，盗版必究。
    //Copyright(C) 广州市星翼电子科技有限公司 2009-2019
    //All rights reserved									  
    //
     
    //初始化IIC
    void IIC_Init(void)
    {
        					     
    	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟
    	   
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 输出高
    }
    //产生IIC起始信号
    void IIC_Start(void)
    {
        
    	SDA_OUT();     //sda线输出
    	IIC_SDA=1;	  	  
    	IIC_SCL=1;
    	delay_us(4);
     	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
    	delay_us(4);
    	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
    }	  
    //产生IIC停止信号
    void IIC_Stop(void)
    {
        
    	SDA_OUT();//sda线输出
    	IIC_SCL=0;
    	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
     	delay_us(4);
    	IIC_SCL=1; 
    	IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
    	delay_us(4);							   	
    }
    等待应答信号到来
    返回值：1，接收应答成功
            0，接收应答失败
    u8 IIC_Wait_Ack(void)
    {
        
    	u8 ucErrTime=0;
    	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
    	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
    	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
    	while(READ_SDA)
    	{
        
    		ucErrTime++;
    		if(ucErrTime>250)
    		{
        
    			IIC_Stop();
    			return 0;
    		}
    	}
    	IIC_SCL=0;//时钟输出0 	   
    	return 1; 
    }    
    
    //产生ACK应答
    void IIC_Ack(void)
    {
        
    	IIC_SCL=0;
    	SDA_OUT();
    	IIC_SDA=0;
    	delay_us(2);
    	IIC_SCL=1;
    	delay_us(2);
    	IIC_SCL=0;
    }
    //不产生ACK应答		    
    void IIC_NAck(void)
    {
        
    	IIC_SCL=0;
    	SDA_OUT();
    	IIC_SDA=1;
    	delay_us(2);
    	IIC_SCL=1;
    	delay_us(2);
    	IIC_SCL=0;
    }					 				     
    //IIC发送一个字节
    //返回从机有无应答
    //1，有应答
    //0，无应答			  
    void IIC_Send_Byte(u8 txd)
    {
                                
        u8 t;   
    	SDA_OUT(); 	    
        IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
        for(t=0;t<8;t++)
        {
                      
            IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
            txd<<=1; 	  
    		delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
    		IIC_SCL=1;
    		delay_us(2); 
    		IIC_SCL=0;	
    		delay_us(2);
        }	 
    } 	    
    //读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
    u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
    {
        
    	unsigned char i,receive=0;
    	SDA_IN();//SDA设置为输入
        for(i=0;i<8;i++ )
    	{
        
            IIC_SCL=0; 
            delay_us(2);
    		IIC_SCL=1;
            receive<<=1;
            if(READ_SDA)receive++;   
    		delay_us(1); 
        }					 
        if (!ack)
            IIC_NAck();//发送nACK
        else
            IIC_Ack(); //发送ACK   
        return receive;
    }

*  temhum.c

#include "temhum.h"
    
    //读取AHT20的状态寄存器
    u8 AHT20_Read_Status(void)
    {
        
    
    	u8 Byte_first,flag;	
    	IIC_Start();
        IIC_Send_Byte(0x71);
    	flag=IIC_Wait_Ack();
    	Byte_first = IIC_Read_Byte(flag);
    		
    
    	IIC_NAck();
    	IIC_Stop();
    
    	return Byte_first;
    }
    
    void AHT20_SendAC(void) //向AHT20发送AC命令
    {
        
    
    	IIC_Start();
    	IIC_Send_Byte(0x70);
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0xac);//0xAC采集命令
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0x33);
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0x00);
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Stop();
    
    }
    
    void AHT20_Init(void)   //初始化AHT20
    {
        	
    	IIC_Init();
    	IIC_Start();
    	IIC_Send_Byte(0x70);
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0xa8);//0xA8进入NOR工作模式
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0x00);
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0x00);
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Stop();
    
    	delay_ms(10);//延时10ms左右
    
    	IIC_Start();
    	IIC_Send_Byte(0x70);
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0xbe);//0xBE初始化命令，AHT20的初始化命令是0xBE,   AHT10的初始化命令是0xE1
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0x08);//相关寄存器bit[3]置1，为校准输出
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Send_Byte(0x00);
    	IIC_Wait_Ack();
    	IIC_Stop();
    	delay_ms(10);//延时10ms左右
    }
    
    void temphum_init()
    {
        
    	delay_ms(40);//刚上电，延时40ms才可以读取状态
    	
        //首先发0x71读取状态字bit[3]，如果=1,为校准输出，无须初始化!!!正常情况下读回来的状态是0x1C或者是0x18,读回来是0x80表示忙状态;
    	if(!((AHT20_Read_Status()&0x08)==0x08))
    	{
        
            AHT20_Init(); //初始化AHT20 
    	}
    }
        
    void AHT20_Read_CTdata(u32 *ct) //没有CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据
    {
        
    	volatile u8  Byte_1th=0;
    	volatile u8  Byte_2th=0;
    	volatile u8  Byte_3th=0;
    	volatile u8  Byte_4th=0;
    	volatile u8  Byte_5th=0;
    	volatile u8  Byte_6th=0;
    	u32 RetuData = 0;
    	u16 cnt = 0,flag;
    	AHT20_SendAC();//向AHT20发送AC命令
    	delay_ms(80);	//大约延时80ms
        cnt = 0;
    	while(((AHT20_Read_Status()&0x80)==0x80))//直到状态bit[7]为0，表示为空闲状态，若为1，表示忙状态
    	{
        
    		delay_ms(1);
    		if(cnt++>=100) break;
    	}
    	IIC_Start();
    
    	IIC_Send_Byte(0x71);
    	flag=IIC_Wait_Ack();
    	Byte_1th = IIC_Read_Byte(flag);//状态字
    	//IIC_Ack();
    	Byte_2th = IIC_Read_Byte(flag);//湿度
    	//IIC_Ack();
    	Byte_3th = IIC_Read_Byte(flag);//湿度
    	//IIC_Ack();
    	Byte_4th = IIC_Read_Byte(flag);//湿度/温度
    	//IIC_Ack();
    	Byte_5th = IIC_Read_Byte(flag);//温度
    	//IIC_Ack();
    	Byte_6th = IIC_Read_Byte(!flag);//温度
    	//IIC_NAck();
    	IIC_Stop();
    
    	RetuData = (RetuData|Byte_2th)<<8;
    	RetuData = (RetuData|Byte_3th)<<8;
    	RetuData = (RetuData|Byte_4th);
    	RetuData =RetuData >>4;
    	ct[0] = RetuData;//湿度
    	RetuData = 0;
    	RetuData = (RetuData|Byte_4th)<<8;
    	RetuData = (RetuData|Byte_5th)<<8;
    	RetuData = (RetuData|Byte_6th);
    	RetuData = RetuData&0xfffff;
    	ct[1] =RetuData; //温度
    
    }

部分代码参考[基于I2C通信协议的温湿度采集][I2C]

## 3.3 烧录 ##

1.USB转TTL连线

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>stm32核心板</th> 
   <th>USB转串口</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>PA9 (USART1-TX)</td> 
   <td>RXD</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PA10 (USART1-RX)</td> 
   <td>TXD</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3V3</td> 
   <td>3V3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>GND</td> 
   <td>GND</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> **跳线BOOT0为1，BOOT1为0.**

2.AHT21B与STM32F103C8

## 3.4 结果展示 ##

*  正常室内温湿度采集

![在这里插入图片描述][20201222084954951.gif]

*  升温采集

![在这里插入图片描述][20201222085014310.gif]

通过实验结果可以看出，AHT21B可以正常采集温湿度进行串口显示。

# 四、 总结 #

通过此次学习，我初步了解了软件IIC与硬件IIC的基本知识。通过实操AHT21B采集温湿度，学习并掌握了软件IIC的代码编写以及工程调试。其中遇到了很多问题，特别感谢我的老师和[不\#曾＆轻听][Link 2]博主对我的帮助。

# 五、 参考资料 #

1.[奥松官网][Link 1]  
2.[AHT21B温湿度采集-GitHub][AHT21B_-GitHub]  
3.[基于I2C通信协议的温湿度采集][I2C]  
4.[硬件IIC和软件IIC区别][IIC_IIC]

[-IIC]: https://baike.baidu.com/item/IIC/3524834?fr=aladdin
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/707a0db0d0dc4cafad2429fc3e1ada9b.png
[Link 1]: http://www.aosong.com/products-96.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221120/78d7108468c74693bc78892f5fe2af4b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221120/047452bee8c04db8afad9827c9d30b1b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221120/fe9ec9c7900e493ba00aaa5383967491.png
[I2C]: https://blog.csdn.net/qq_45237293/article/details/111088715
[20201222084954951.gif]: /images/20221120/37bcb72dd83947bc8cd025a58fe1e720.png
[20201222085014310.gif]: /images/20221120/03b85b63d0a940fe8872e79cb6785b7c.png
[Link 2]: https://blog.csdn.net/qq_45237293
[AHT21B_-GitHub]: https://github.com/Thee24LYJ/STM32_AHT20
[IIC_IIC]: https://blog.csdn.net/qq_31860135/article/details/88658136