STM32基于I2C温湿度采集

一、题目要求

二、关于I2C

1、什么IIC

2、IIC的主要特点

3、IIC协议数据传输过程

三、关于DHT20

1、概述

2、引脚参数

四、DHT20温湿度采集

1、程序代码分析

2、实验效果展示

五、总结

六、参考资料

一、题目要求

1. 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DHT20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

二、关于I2C

1、什么IIC

IIC(Inter－Integrated Circuit)总线 是一种由NXP（原PHILIPS）公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。

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。

IIC一共有只有两个总线：一条是双向的串行数据线SDA，一条是串行时钟线SCL

SDA(Serial data)是数据线，D代表Data也就是数据，Send Data 也就是用来传输数据的

SCL(Serial clock line)是时钟线，C代表Clock 也就是时钟也就是控制数据发送的时序的

软件IIC：软件IIC通信指的是用单片机的两个I/O端口模拟出来的IIC，用软件控制管脚状态以模拟I2C通信波形，软件模拟寄存器的工作方式。

硬件IIC ：一块硬件电路，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，硬件（固件）I2C是直接调用内部寄存器进行配置。

硬件I2C的效率要远高于软件的，而软件I2C由于不受管脚限制，接口比较灵活。

2、IIC的主要特点

通常我们为了方便把IIC设备分为主设备和从设备，基本上谁控制时钟线（即控制SCL的电平高低变换）谁就是主设备。

· IIC主设备功能：主要产生时钟，产生起始信号和停止信号

· IIC从设备功能：可编程的IIC地址检测，停止位检测

· IIC的一个优点是它支持多主控(multimastering)，其中任何一个能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

· 支持不同速率的通讯速度，标准速度(最高速度100kHZ),快速（最高400kHZ）

· SCL和SDA都需要接上拉电阻 (大小由速度和容性负载决定一般在3.3K-10K之间) 保证数据的稳定性，减少干扰。

· IIC是半双工，而不是全双工，同一时间只可以单向通信

· 为了避免总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端时必须是漏极开路（OD）输出或集电极开路（OC）输出。这一点在等下我们会讲解

3、IIC协议数据传输过程

主设备和从设备进行数据传输时遵循以下协议格式。数据通过一条SDA数据线在主设备和从设备之间传输0和1的串行数据。串行数据序列的结构可以分为，开始条件，地址位，读写位，应答位，数据位，停止条件。

开始条件

当主设备决定开始通讯时，需要发送开始信号，需要执行以下动作：
· 先将SDA线从高压电平切换到低压电平；
· 然后将SCL从高电平切换到低电平；
在主设备发送开始条件信号之后，所有从机即使处于睡眠模式也将变为活动状态，并等待接收地址位。

从机应答/非应答

· 主机每次发送完数据之后会等待从设备的应答信号ACK
· 在第9个时钟信号，如果从设备发送应答信号ACK，则SDA会被拉低若没有应答信NACK，则SDA会输出为高电平，这过程会引起主设备发生重启或者停止

结束条件

当主设备决定结束通讯时，需要发送停止信号，需要执行以下动作
· 先将SDA线从低电压电平切换到高电压电平
· 再将SCL线从高电平拉到低电平

三、关于DHT20

1、概述

DHT20采用I2C通讯协议，响应迅速，配有一个全新设计的ASIC专用芯片、一个经过改进的MEMS半导体电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件，是一款全新升级的智能温湿度传感器模块，在测量精度、供电电压、测量范围等方面的性能参数都有大幅提升，超出了前一代传感器的可靠性水平，即使在恶劣环境下也能保持性能稳定。每一款产品出厂时都经过严格的校准和测试。由于对传感器做了改良和微型化改进，因此它的性价比更高。

2、引脚参数

四、DHT20温湿度采集

1、程序代码分析

read_DHT20_once(); //I2C读取传感器温度

void  read_DHT20_once(void)
{delay_ms(10);reset_DHT20();                //复位DHT20delay_ms(10);init_DHT20();             //初始化DHT20delay_ms(10);startMeasure_DHT20();        //准备开始测量DHT20温湿度    delay_ms(80);read_DHT20();              //通过IIC读取DHT20采集的温湿度delay_ms(5);
}

main() ；函数

int main(void)
{   delay_init();                  //延时函数初始化          uart_init(115200);                //串口初始化IIC_Init();                      //IIC协议初始化NVIC_Configuration();        //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级     OLED_Init();                     //初始化OLED  OLED_Clear(0); while(1){printf("温度湿度显示");read_DHT20_once();             //I2C读取传感器温度OLED_Clear(0);                  delay_ms(1500);}
}

工程代码文件传送门：工程代码

2、实验效果展示

温湿度采集实验

五、总结

温湿度采集实验是一个很有趣的实验，通过温湿度采集基本了解了IIC通信协议的相关知识，以及学会了如何运用IIC协议读取数据，很有帮助；实验过程也遇到了一些问题，对于温湿度采集传感器的供电特别注意，需要5v供电可能才能正常读取采集数据，一开始3.3v供电怎么都读取不了温度。

六、参考资料

IIC原理超详细讲解---值得一看

I2C协议靠这16张图彻底搞懂（超详细）

stm32通过I2C接口实现温湿度（AHT20）的采集