【开发历程】STM32F4之SHT31-DIS温湿度传感器完整学习历程（附模块化程序代码，带详细注释）

前言

本人萌新一枚，学习了STM32之后想自己调点什么练练手，于是打开淘宝。本来想买一块DHT11，翻着翻着就发现了这块小板。本着调就调没调过的原则，从店家购买了SHT31模块。买了后才发现，网上相关的中文资料很少，店家给的资料也没有多少中文。于是不得不走上啃英文手册的道路。这是本人第一次STM32F4实战，第一次IIC通信调试，也是第一次通过翻英文手册自主独立调试。前前后后调了好几天，终于写通。写这篇历程，主要是为了回顾调试过程，以便查缺补漏，看看能不能解决一些当时没能解决的疑问。如果我的学习历程能帮助到大家，自然更好。还要感谢许多相关博客也解决了我许多疑问，同时吹一波谷歌翻译。小白进行STM32F4的IIC通信实战，难免有许多问题。如有不足，欢迎指正。如果有实在谬误荒诞之处，就当博诸君一笑。

第一部分 SHT31传感器介绍

1.1芯片简介

SHT3X系列是由瑞士Sensirion生产的高精度温湿度传感器，也是Sensirion公司目前主打的温湿度传感器系列。现在网上常见的相关资料调试的基本上以SHT30为主，SHT31则较少。当然，现在官网上还有了更高级的SHT35系列，那就是后话了。

这次采用的SHT31-DIS传感器允许宽电压输入，支持2.4V~5.5V（官网标注的实际SHT31系列最低支持电压为2.15V）。采用IIC总线通信，最高可达1MHz的通信速度。并根据ADDR引脚的接法，提供两个可选的地址。传感器的精度为2%RH和0.3℃。传感器最大工作范围-40-125℃，0-100%RH。原装芯片有8个引脚。

还有一点要注意的是SHT31的最佳工作环境是20℃-60℃，20%RH-80%RH已知当传感器暴露在>80%RH的工作环境下超过60小时后，会出现+3%RH的偏差。(不得不吐槽一句，超过80%的空气湿度在南方是分分钟的事，这就顶不住了，难道瑞士很干燥吗?好像确实比较干燥 )不过这个误差是可逆的，在回到最佳工作环境后，还能慢慢校准回来。但是还是会加速传感器老化。

通过查资料，才知道原来还有一个不提供数字接口，直接输出比例模拟电压的SHT3X-ARP系列。如果感兴趣，可以自行搜索。

1.2 引脚介绍

芯片总共有8个引脚
1.SDA :IIC数据线引脚
2.ADDR :地址引脚，可连接VSS或VDD，分别会有不同的地址。不能浮空。
3.ALERT :报警引脚，如果使用，建议接到单片机的外部中断。不用的话建议浮空。
4.SCL :IIC时钟线引脚
5. VDD :电压输入引脚
6.nRESET :复位引脚，低电平有效。如果不用，建议接到VDD。
7.R :没有电气作用的“没卵用“”引脚，连接到VSS
8. VSS :接地

（附上官方推荐的典型应用电路）

1.3命令和模式介绍

首先看一下地址

很明显，当传感器ADDR引脚接VSS时，采用地址A；当传感器ADDR引脚接VDD时，采用地址B。

传感器支持单次数据采集模式和周期性数据采集模式。其实单次数据采集模式下，可选时钟延伸，而周期性数据采集默认开始数据延伸。这里我们默认采用周期性数据采集模式。

SHT3X支持12种工作模式，分别有高，中，低三档可选刷新率。mps=0.5,1,2…时，分别代表每两秒采集一次数据，每秒采集一次数据，每秒采集两次数据…

如希望设定高刷新率，每秒采集一次。那么向传感器写命令0x2130即可。注意当采用mps=10时，会导致传感器自发热，影响测量。

工作顺序为：先发送IIC通信开始标志Start后，写入左移一位的地址，并将空出来的位写0表示写数据。当收到传感器应答后，即可发送命令的高八位，再次等待应答，再发送余下的低八位。然后等待ACK应答即可。

其他命令同理，大部分都是同样的写入模式。

1.4 重要命令及其工作流程

那么我们看几条重要的命令及其工作流程。

设置好工作模式后写入此命令，可以准备好接受数据。先发送IIC通信开始标志Start后，写入左移一位的地址，并将空出来的位写1表示读数据。然后等待ACK应答即可接受数据。注意数据传输顺序是先温度后湿度。并且都是十六位数据。并且每个数据后都附8位的CRC校验。在完成湿度的CRC校验后，即可回复NACK，传感器将停止发送数据，释放SDA线，以便于MCU发送Stop标志，结束通信。

这个Break命令不能Break别的，就是只能Break周期性采集模式。写入后将进入单次采集模式。手册建议，在开启周期性采集模式下，如果要写入命令，先写入Break命令，再写入其他命令。

软复位命令

1.5 SHT3X状态寄存器

SHT3X的状态寄存包含了许多相关状态，可以方便我们查看传感器状态以及命令的执行情况。

读寄存器状态将会返回一个16位的数据。这个数据包含许多信息状态，我们不一一赘述，这里我们关注两个信息。
先上表：

这里我关注的是第0位和第1位

0 命令状态：读为0时，说明上一条命令执行成功；读为1时，说明上一条命令执行失败。
1 CRC状态：读为0时，说明CRC校验成功；读为1时，说明CRC校验失败。

至于为什么关注这两位，下面再说。

还有一个命令

这个命令可以清除寄存器的4,10,11,15位。

第二部分代码分解

IIC部分，由于我也是初学IIC，IIC通信代码都还是对着正点原子的照猫画虎。而且这是SHT3X的学习历程，而非IIC的学习历程，时序图也并没有什么好说的。索性直接贴上代码，以作参考。

#include "iic.h"
#include "delay.h"/*********************************************************
函数名：IIC_Init()
描述：IIC初始化
入口参数：无
出口参数；无
附加信息：
说明：
*********************************************************/
void IIC_Init()
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);IIC_SCL=1;     //先拉高IIC_SDA=1;
}
/*********************************************************
函数名：IIC_Start()
描述：IIC起始信号
入口参数：无
出口参数；无
附加信息：
说明：
*********************************************************/
void IIC_Start()
{SDA_OUT();     //SDA输出IIC_SDA=1;IIC_SCL=1;delay_us(4);IIC_SDA=0;delay_us(4);IIC_SCL=1;     //钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}
/*********************************************************
函数名：IIC_Stop()
描述：IIC结束信号
入口参数：无
出口参数；无
附加信息：
说明：
*********************************************************/
void IIC_Stop()
{SDA_OUT();IIC_SDA=0;IIC_SCL=1;delay_us(4);IIC_SDA=1;delay_us(4);    //发送总线结束信号
}
/*********************************************************
函数名：IIC_Send_Ack()
描述：发送应答信号Ack
入口参数：无
出口参数；无
附加信息：
说明：
*********************************************************/
void IIC_Send_Ack()
{SDA_OUT();IIC_SCL=0;IIC_SDA=0;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0;
}
/*********************************************************
函数名：IIC_Send_NAck()
描述：发送不应答信号NAck
入口参数：无
出口参数；无
附加信息：
说明：
*********************************************************/
void IIC_Send_NAck()
{SDA_OUT();IIC_SCL=0;IIC_SDA=1;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0;
}
/*********************************************************
函数名：IIC_Wait_Ack(void)
描述：等待Ack应答
入口参数：无
出口参数；接受失败返回1，成功返回0
附加信息：
说明：
*********************************************************/
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{u8 ucErrTime=0;SDA_IN();        //SDA设置为输入IIC_SCL=1;delay_us(1);IIC_SDA=1;delay_us(1);while(READ_SDA){ucErrTime++;if(ucErrTime>250){IIC_Stop();return 1;}}IIC_SCL=0;return 0;
}
/*********************************************************
函数名：IIC_Write_Byte(u8 date)
描述：IIC写入一个字节
入口参数：需要写入的字节
出口参数；无
附加信息：
说明：
*********************************************************/
void IIC_Write_Byte(u8 date)
{u8 a,b;u8 i;a=date;SDA_OUT();IIC_SDA=0;for(i=0;i<8;i++){b=(a&0x80)>>7;  a=a<<1;IIC_SDA=b;          //准备好数据IIC_SCL=0;delay_us(1);IIC_SCL=1;delay_us(1);IIC_SCL=0;}
}
/*********************************************************
函数名：IIC_Read_Byte(u8 ack)
描述：IIC读一个字节
入口参数：返回ACK标志
出口参数；数据date
附加信息：ack=1时，发送ACK，ack=0时，发送NACK。
说明：
*********************************************************/
u8 IIC_Read_Byte(u8 ack)
{u8 i,date=0;IIC_SDA=0;SDA_IN();              //设置SDA为输入for(i=0;i<8;i++){IIC_SCL=0;delay_us(1);IIC_SCL=1;date<<=1;if(READ_SDA) date++;delay_us(1);IIC_SCL=0;}if(ack) IIC_Send_Ack();    //发送ACKelse IIC_Send_NAck();   //发送NACKreturn date;
}

下面进入SHT3X代码，先贴上头文件。自从从51升级到32，学习了库函数之后，就再也不想在入口参数处写数字了，于是我把一些标志，命令和地址封装了起来，如下。其中还有一些我没有提到的命令，由于一般用不太到，我上面没有提。但是，以防万一，为了将来方便，一起封装了起来。

函数的顺序可能有些乱，还请见谅。

#ifndef  _SHT3X_H
#define  _SHT3X_H#include "sys.h"
#include "iic.h"//ADRESS
#define SHT3X_ADRESS_A               0x44                    //ADDR引脚接VSS时地址
#define SHT3X_ADRESS_B               0x45                    //ADDR引脚接VDD时地址
#define SHT3X_GENERALL_CALL_ADRESS 0X0006                    //广播复位地址，可触发同硬复位一样效果//COMMAND
#define Mode_Set_A                 0x2C0D      //这里设定为单次采样模式。中断刷新率，开启时钟延伸。
#define Mode_Set_B                 0x2322      //这里设定为周期采样模式。每秒四次，中等刷新率。默认开启时钟延伸。注意每秒10次时会导致器件发热。
#define Fetch_Data                 0xE000      //获取数据命令
#define ART_ON                     0x2B32      //打开ART定期测量
#define Break_Periodic_Mode        0x3093      //中断周期采样模式。这里会回到单次采样模式。
#define Soft_Reset                 0x30A2      //传感器软复位，注意只有传感器处于空闲状态才能接受成功。
#define Heater_Enable              0x306D      //加热器使能
#define Heater_Disable             0x3066      //加热器禁用
#define Read_Status                0xF32D      //读状态寄存器
#define Clear_Status               0x3041      //清部分状态位//FLAG
#define R_H                        0
#define T_C                        1
#define T_F                        2#define CRC_ON                     1
#define CRC_OFF                    0#define ACK                        1
#define NACK                       0#define write                      0
#define read                       1#define Repeatability_Low          0
#define Repeatability_Medium       1
#define Repeatability_High         2#define MPS_0_5                    0
#define MPS_1                      1
#define MPS_2                      2
#define MPS_4                      3
#define MPS_10                     4#define CRC_Statues                0
#define Command_Statues            1//DATE PROCESS                                                 将原始量转化为物理量
#define SHT3X_TC(date)  (175 * (float)date / 65535 -45)          //摄氏度处理
#define SHT3X_TF(date)  (315 * (float)date / 65535 -49)          //华氏度处理
#define SHT3X_RH(date)  (100 * (float)date / 65535)              //相对湿度处理void   SHT3X_Init(void);
void   SHT3X_Write(u16 code);
void   SHT3X_Write_Command(u16 code);
void   SHT3X_Wait_Ack(u8 f);
void   SHT3X_Get_Vlaue(void);
void   SHT3X_Mode_Set(u8 mps,u8 re);
void   SHT3X_Statues_Process(u8 f,u16 sta);u8     SHT3X_CRC_Calculation(u16 date);
void   SHT3X_CRC_Check(u8 t,u8 ack,u16 date);
float  SHT3X_Date_Process(u8 Flag,u16 date);
u16    SHT3X_Read_Date(u8 ack);
u16    SHT3X_Get_Status(void);#endif

下面正式进入SHT3X.c文件
由于我也是第一次使用IIC通信，遇到了许多问题。比如CRC总是出错，ACK接受不到等。我又没有示波器，实在是没法仔细对照解决通信问题。于是遂采用了伪CRC验证，和伪接受ACK。

#include "SHT3X.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
/*********************************************************
函数名：SHT3X_Wait_Ack()
描述：SHT3X等待Ack
入口参数：标志f
出口参数；f=1，收不到ack重启通信f=0，收不到也不重启
附加信息:
说明:
*********************************************************/
void SHT3X_Wait_Ack(u8 f)
{u8 flag=1;flag=IIC_Wait_Ack();               if(f)                                                      //这里我索性全用的0，采用1的时候好像会陷入死循环。{if(flag) SHT3X_Init();}}
/*********************************************************
函数名：SHT3X_Init()
描述：SHT3X初始化
入口参数：无
出口参数；无
附加信息:
说明:
*********************************************************/
void SHT3X_Init()
{IIC_Start();IIC_Write_Byte(SHT3X_ADRESS_B<<1|write);    //这里默认ADDR引脚接VDD，采用地址B。且地址左移一位，并补0，准备写数据SHT3X_Wait_Ack(0);SHT3X_Mode_Set(MPS_4,Repeatability_Medium);       //直接用之前封装好的   SHT3X_Wait_Ack(0);}
/*********************************************************
函数名:SHT3X_Get_Vlaue()
描述：一键取值函数
入口参数：无
出口参数；无
附加信息:
说明:
*********************************************************/
void   SHT3X_Get_Vlaue()
{SHT3X_Write_Command(Fetch_Data);IIC_Start();                       //准备接受数据IIC_Write_Byte(SHT3X_ADRESS_B<<1|read);    //采用地址B，并左移一位，补1，准备读数据。SHT3X_Wait_Ack(0);
}
/*********************************************************
函数名：SHT3X_Write(u16 code)
描述：SHT3X写16位数据/命令
入口参数：无
出口参数；无
附加信息:
说明:
*********************************************************/
void SHT3X_Write(u16 code)
{ unsigned int MSB,LSB;u16 date;date=code;                   //这里采用移位的办法让MSB和LSB分别获得高八位和低八位。MSB=code>>8;             //先把数据右移八位让MSB获得高八位date=date<<8;              //再把原数据左移八位LSB=date>>8;          //然后把左移过八位的数据再右移八位移回，从而使LSB获得低八位IIC_Write_Byte(MSB);        //写MSB高八位  SHT3X_Wait_Ack(0);IIC_Write_Byte(LSB);        //写LSB低八位SHT3X_Wait_Ack(0);
}
/*********************************************************
函数名：SHT3X_Write_Command(u16 code)
描述：SHT3X直接写入命令
入口参数：要写入的命令
出口参数；无
附加信息:把整个写命令的流程打包，实现一个函数写命令
说明:
*********************************************************/
void SHT3X_Write_Command(u16 code)
{IIC_Start();IIC_Write_Byte(SHT3X_ADRESS_B<<1|write);    //这里默认ADDR引脚接VDD，采用地址BSHT3X_Wait_Ack(0);SHT3X_Write(code);                 //写入命令SHT3X_Wait_Ack(0);
}
/*********************************************************
函数名：SHT3X_Read_Date(u8 ack)
描述:   读数据
入口参数：ack
出口参数；16位date
附加信息:ack=1时，发送ack。ack=0时，返回nack
说明:
*********************************************************/
u16  SHT3X_Read_Date(u8 ack)
{u8 i;u16 MSB,LSB;u16 date;MSB=IIC_Read_Byte(1);     //读完一个字节后返回ACKLSB=IIC_Read_Byte(1);      //读完一个字节后返回ACKfor(i=0;i<8;i++)                       //相当于把MSB左移八位       {MSB=MSB*2;}date=MSB+LSB;              //然后加合MSB与LSB，重新拼接获得原数据return date;}
/*********************************************************
函数名：SHT3X_CRC_Calculation(u16 date)
描述:   CRC数据和计算
入口参数：CRC校验的数据
出口参数；crc
附加信息:
说明:
*********************************************************/
u8   SHT3X_CRC_Calculation(u16 date)
{ u8 i,j=0;u32 crc,p=0x31;crc=date;crc<<=8;p<<=16;for(i=0;i<8;i++){while(!((crc&0x800000)>>23)) {p>>=1; j++;}    //对齐最高位crc=crc&p;if(j==15) break;}return crc;
}
/*********************************************************
函数名：SHT3X_CRC_Check(u8 t,u8 ack,u16 date)
描述:   CRC数据和检测
入口参数：16位数据，ack标志，t标志
出口参数；无
附加信息: ack=1时，发送ack。ack=0时，发送nack。t=1时，启动校验。t=0时，进行伪校验。
说明:
*********************************************************/
void   SHT3X_CRC_Check(u8 t,u8 ack,u16 date)
{u8 crc_re,crc_ca;crc_re=IIC_Read_Byte(ack);                if(t)                                                                             {crc_ca=SHT3X_CRC_Calculation(date);          if(crc_ca!=crc_re) SHT3X_Read_Date(ack);}if(!ack) IIC_Stop();
}
/*********************************************************
函数名： SHT3X_Date_Process(u8 Flag);
描述:   数据处理
入口参数：flag标志
出口参数；浮点型Date
附加信息: flag=0，返回RHflag=1，返回TCflag=2，返回TF
说明:
*********************************************************/float   SHT3X_Date_Process(u8 Flag,u16 date)
{float Date;if(Flag==2) Date=SHT3X_TF(date);if(Flag==1) Date=SHT3X_TC(date);if(Flag==0) Date=SHT3X_RH(date);return Date;
}
/*********************************************************
函数名： SHT3X_Mode_Set(u8 mps,u8 re)
描述:   模式选择设置
入口参数：标志mps,re
出口参数；无
附加信息: 注意，mps设定为10时会导致器件发热
说明:
*********************************************************/
void   SHT3X_Mode_Set(u8 mps,u8 re)
{if(mps==0){if(re==0)       SHT3X_Write_Command(0x202F);else if(re==1)  SHT3X_Write_Command(0x2024);else if(re==2)  SHT3X_Write_Command(0x2032);}else if(mps==1){if(re==0)       SHT3X_Write_Command(0x212D);else if(re==1)  SHT3X_Write_Command(0x2126);else if(re==2)  SHT3X_Write_Command(0x2130);}else if(mps==2){if(re==0)       SHT3X_Write_Command(0x222B);else if(re==1)  SHT3X_Write_Command(0x2220);else if(re==2)  SHT3X_Write_Command(0x2236);}else if(mps==3) {if(re==0)       SHT3X_Write_Command(0x2329);else if(re==1)  SHT3X_Write_Command(0x2322);else if(re==2)  SHT3X_Write_Command(0x2334);}else if(mps==4) {if(re==0)       SHT3X_Write_Command(0x272A);else if(re==1)  SHT3X_Write_Command(0x2721);else if(re==2)  SHT3X_Write_Command(0x2737);}
}
/*********************************************************
函数名：  SHT3X_Get_Status(void)
描述:   读传感器模式寄存器
入口参数：无
出口参数；16位传感器状态数据
附加信息: 0位为CRC校验状态位1位为命令状态位
说明:
*********************************************************/
u16  SHT3X_Get_Status(void)
{u16 sta;SHT3X_Write_Command(Read_Status);IIC_Start();                       //准备接受数据IIC_Write_Byte(SHT3X_ADRESS_B<<1|read);    SHT3X_Wait_Ack(0);sta=SHT3X_Read_Date(ACK);SHT3X_CRC_Check(CRC_OFF,NACK,sta);return sta;
}
/*********************************************************
函数名：  SHT3X_Statues_Process(u8 f,u16 sta)
描述:   传感器状态数据处理并送串口传输
入口参数：标志f，读得传感器状态数据sta
出口参数；CRC校验状态或命令执行状态
附加信息:
说明:
*********************************************************/
void    SHT3X_Statues_Process(u8 f,u16 sta)
{u16 crc,com;crc=sta&0x01;sta>>=1;com=sta&0x01;if(f){if(com) printf("command failed\r\n");elseprintf("command succeed\r\n");}       else  {if(crc) printf("crc failed\r\n\r\n");elseprintf("crc succeed\r\n\r\n");}
}

设计是传感器采集好温湿度，然后通过串口发送给上位机。其中usart是直接采用的原子哥的usart函数文件下面附上主函数代码。

#include "stm32f4xx.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "iic.h"
#include "SHT3X.h"
/********************************************************************************************SHT3x-DIS温湿度模块，采用STM32F407ZET6做主控芯片，模拟IIC通信引脚：   SDA-->PB9SCL-->PB8AL -->FLOATINGAD -->VSS********************************************************************************************/
int main(void)
{float RH,T;           //储存温湿度数据u16 sta;              //储存状态数据NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);   //中断优先级分组设定delay_init(168);uart_init(115200);printf("USART Ready\r\n");IIC_Init();                    //IIC初始化SHT3X_Init();             //SHT3X初始化,设定工作模式while(1){SHT3X_Get_Vlaue();                  //SHT3X读值准备T=SHT3X_Read_Date(ACK);                           //读温度数据SHT3X_CRC_Check(CRC_OFF,ACK,T);         //读CRC，伪CRC验证，只读取，不检验RH=SHT3X_Read_Date(ACK);                          //读湿度数据SHT3X_CRC_Check(CRC_OFF,NACK,RH);   //伪验证T=SHT3X_Date_Process(T_C,T);                  //数据处理RH=SHT3X_Date_Process(R_H,RH);sta=SHT3X_Get_Status();                           //读状态printf("SHT31 measuring...\r\n");                //送串口显示printf("C :%.2fC  \r\n",T);printf("RH:%.2f%%  \r\n",RH);SHT3X_Statues_Process(Command_Statues,sta);          //数据处理，同时送串口显示SHT3X_Statues_Process(CRC_Statues,sta);delay_ms(2000);}
}

第三部分硬件连接

我从淘宝上买的小板上好像没啥可选的，商家帮我直接吧nRESET脚接VDD了，那行吧。

我的代码是把SCL接PB8，SDA接PB9，ADDR接了VDD，ALERT浮空。原子哥的串口好像是采用的串口1。

第四部分效果展示

在我代码大体完工后，经过一天的调试后，终于成功写通。
刚刚复位后，第一次返回值会出现满读数的情况，之后一切正常。可以看到我们的command succeed，crc succeed。说明伪CRC验证成功，伪ACK接收成功。

这样，我们的代码就算大体成功了。当然还有许多问题，但是基本功能的实现已经完成。当然欢迎各位大佬对我的错误进行指正，同时也希望能帮助到有需要的人。