RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)

本文学习测试一下几款典型设备的 RT-Thread  I2C软件包

目录

  • 前言
  • 一、RT-Thread I2C 总线注册
    • 1.1 I2C 设备使用步骤
    • 1.2 检查问题
  • 二、温湿度传感器软件包
    • 2.1 添加及基本测试
    • 2.2 程序中使用
  • 三、EEPROM 软件包
    • 3.1 添加及基本测试
    • 3.2 程序中使用
  • 结语

前言

组件与软件包部分之前文章我们学习了 2 个组件: SFUD组件与 AT组件。 RT-Thread 丰富的生态系统,除了一些标准的组件, 还支持各种各样的软件包,上一篇文章我们已经接触过 at_device 软件包。在实际应用中很多常用的设备,都有开发者已经写好了软件包,我们可以直接添加到自己的工程使用。

本文我们就以我们常用的 I2C 设备为例,说明一下软件包的使用方式。

专栏更新到这里已经可以结尾了,组件与软件包我们只做使用记录说明,目的在于介绍一下如何使用现成的组件和软件包, 所有的包中都有作者写的 README 文件,这是最权威也最值得参考的文件,大家都可以看到说明和使用方式。

说明,本文的 I2C 接口为软件 I2C。

在开发板上,我们有2个 I2C 设备,一个是 EEPROM 24C02 和 一个 温湿度传感器 SHT21。

EEPROM:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第1张图片

温湿度传感器:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第2张图片

在 RT-Thread 专栏应用篇中,我们已经实现过 I2C 代码的移植,成功读取到了 温湿度的数据,这里我再次测试,是通过 RT-Thread 软件包的使用实现数据读取。

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本 RT-Thread 专栏记录的开发环境:
RT-Thread记录(一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio开发环境 及 配合CubeMX开发快速上手)
RT-Thread记录(二、RT-Thread内核启动流程 — 启动文件和源码分析)
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RT-Thread 内核篇系列博文链接:
RT-Thread记录(三、RT-Thread 线程操作函数及线程管理与FreeRTOS的比较)
RT-Thread记录(四、RT-Thread 时钟节拍和软件定时器)
RT-Thread记录(五、RT-Thread 临界区保护)
RT-Thread记录(六、IPC机制之信号量、互斥量和事件集)
RT-Thread记录(七、IPC机制之邮箱、消息队列)
RT-Thread记录(八、理解 RT-Thread 内存管理)
RT-Thread记录(九、RT-Thread 中断处理与阶段小结)
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在STM32L051C8 上使用 RT-Thread 应用篇系列博文连接:
RT-Thread 应用篇 — 在STM32L051上使用 RT-Thread (一、无线温湿度传感器 之 新建项目)
RT-Thread 应用篇 — 在STM32L051上使用 RT-Thread (二、无线温湿度传感器 之 CubeMX配置)
RT-Thread 应用篇 — 在STM32L051上使用 RT-Thread (三、无线温湿度传感器 之 I2C通讯)
RT-Thread 应用篇 — 在STM32L051上使用 RT-Thread (四、无线温湿度传感器 之 串口通讯)
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RT-Thread 设备篇系列博文链接:
RT-Thread记录(十、全面认识 RT-Thread I/O 设备模型)
RT-Thread记录(十一、I/O 设备模型之UART设备 — 源码解析)
RT-Thread记录(十二、I/O 设备模型之UART设备 — 使用测试)
RT-Thread记录(十三、I/O 设备模型之PIN设备)
RT-Thread记录(十四、I/O 设备模型之ADC设备)
RT-Thread记录(十五、I/O 设备模型之SPI设备)
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RT-Thread 组件与软件包系列博文链接:
RT-Thread记录(十六、SFUD组件 — SPI Flash的读写)
RT-Thread记录(十七、AT组件 — ESP8266使用 at_device 软件包联网)

一、RT-Thread I2C 总线注册

我们以前博文讲过,RT-Thread 组件和软件包基本都是基于 RT-Thread 的设备模型,和前面讲的 SPI 设备类似,I2C 设备软件包的使用也需要先注册 I2C 总线设备到 RT-Thread 的设备管理器。

如果没有注册总线,是无法使用软件包的,比如温湿度传感器的 sht2x 软件包测试如下:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第3张图片
.

1.1 I2C 设备使用步骤

有了以前的学习,注册 I2C 总线对我们来说已经是小菜一碟,直接在board.h中查看软件 I2C 使用步骤:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第4张图片

1、首先,在 RT-Thread Studio 工程中,打开 RT-Thread Settings,使能 软件I2C 驱动,如下图所示:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第5张图片
.

2、根据说明和原理图修改宏定义:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第6张图片
.

只需要上面2步,I2C 设备的使用前提就准备好了,我们把程序烧录开发本,就可以看到系统在初始化的时候已经自动注册好了2个 I2C 总线:

(出问题了,并没有i2c 总线设备!!!!!!)

.

1.2 检查问题

上面使用 I2C 设备使能,一切看上去都是没问题了:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第7张图片

我一开始很懵,这么简单的操作我哪里会出问题了,想了很久,然后还搞不明白为什么初始化不会注册i2c总线,最后还是得去看驱动代码?

但是压根没有看到注册总线的驱动函数……

(后面发现并不是studio的问题,应该是自己很久以前的误操作,删除了文件……)

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第8张图片

………… 花了 …… 好多时间……

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第9张图片
.

最后我直接从以前的工程中复制了一份文件进来:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第10张图片

/*
 * Copyright (c) 2006-2018, RT-Thread Development Team
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 *
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2018-11-08     balanceTWK   first version
 */

#include 
#include "drv_soft_i2c.h"
#include "drv_config.h"

#ifdef RT_USING_I2C

//#define DRV_DEBUG
#define LOG_TAG              "drv.i2c"
#include 

#if !defined(BSP_USING_I2C1) && !defined(BSP_USING_I2C2) && !defined(BSP_USING_I2C3) && !defined(BSP_USING_I2C4)
#error "Please define at least one BSP_USING_I2Cx"
/* this driver can be disabled at menuconfig → RT-Thread Components → Device Drivers */
#endif

static const struct stm32_soft_i2c_config soft_i2c_config[] =
{
#ifdef BSP_USING_I2C1
    I2C1_BUS_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_I2C2
    I2C2_BUS_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_I2C3
    I2C3_BUS_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_I2C4
    I2C4_BUS_CONFIG,
#endif
};

static struct stm32_i2c i2c_obj[sizeof(soft_i2c_config) / sizeof(soft_i2c_config[0])];

/**
 * This function initializes the i2c pin.
 *
 * @param Stm32 i2c dirver class.
 */
static void stm32_i2c_gpio_init(struct stm32_i2c *i2c)
{
    struct stm32_soft_i2c_config* cfg = (struct stm32_soft_i2c_config*)i2c->ops.data;

    rt_pin_mode(cfg->scl, PIN_MODE_OUTPUT_OD);
    rt_pin_mode(cfg->sda, PIN_MODE_OUTPUT_OD);

    rt_pin_write(cfg->scl, PIN_HIGH);
    rt_pin_write(cfg->sda, PIN_HIGH);
}

/**
 * This function sets the sda pin.
 *
 * @param Stm32 config class.
 * @param The sda pin state.
 */
static void stm32_set_sda(void *data, rt_int32_t state)
{
    struct stm32_soft_i2c_config* cfg = (struct stm32_soft_i2c_config*)data;
    if (state)
    {
        rt_pin_write(cfg->sda, PIN_HIGH);
    }
    else
    {
        rt_pin_write(cfg->sda, PIN_LOW);
    }
}

/**
 * This function sets the scl pin.
 *
 * @param Stm32 config class.
 * @param The scl pin state.
 */
static void stm32_set_scl(void *data, rt_int32_t state)
{
    struct stm32_soft_i2c_config* cfg = (struct stm32_soft_i2c_config*)data;
    if (state)
    {
        rt_pin_write(cfg->scl, PIN_HIGH);
    }
    else
    {
        rt_pin_write(cfg->scl, PIN_LOW);
    }
}

/**
 * This function gets the sda pin state.
 *
 * @param The sda pin state.
 */
static rt_int32_t stm32_get_sda(void *data)
{
    struct stm32_soft_i2c_config* cfg = (struct stm32_soft_i2c_config*)data;
    return rt_pin_read(cfg->sda);
}

/**
 * This function gets the scl pin state.
 *
 * @param The scl pin state.
 */
static rt_int32_t stm32_get_scl(void *data)
{
    struct stm32_soft_i2c_config* cfg = (struct stm32_soft_i2c_config*)data;
    return rt_pin_read(cfg->scl);
}
/**
 * The time delay function.
 *
 * @param microseconds.
 */
static void stm32_udelay(rt_uint32_t us)
{
    rt_uint32_t ticks;
    rt_uint32_t told, tnow, tcnt = 0;
    rt_uint32_t reload = SysTick->LOAD;

    ticks = us * reload / (1000000 / RT_TICK_PER_SECOND);
    told = SysTick->VAL;
    while (1)
    {
        tnow = SysTick->VAL;
        if (tnow != told)
        {
            if (tnow < told)
            {
                tcnt += told - tnow;
            }
            else
            {
                tcnt += reload - tnow + told;
            }
            told = tnow;
            if (tcnt >= ticks)
            {
                break;
            }
        }
    }
}

static const struct rt_i2c_bit_ops stm32_bit_ops_default =
{
    .data     = RT_NULL,
    .set_sda  = stm32_set_sda,
    .set_scl  = stm32_set_scl,
    .get_sda  = stm32_get_sda,
    .get_scl  = stm32_get_scl,
    .udelay   = stm32_udelay,
    .delay_us = 1,
    .timeout  = 100
};

/**
 * if i2c is locked, this function will unlock it
 *
 * @param stm32 config class
 *
 * @return RT_EOK indicates successful unlock.
 */
static rt_err_t stm32_i2c_bus_unlock(const struct stm32_soft_i2c_config *cfg)
{
    rt_int32_t i = 0;

    if (PIN_LOW == rt_pin_read(cfg->sda))
    {
        while (i++ < 9)
        {
            rt_pin_write(cfg->scl, PIN_HIGH);
            stm32_udelay(100);
            rt_pin_write(cfg->scl, PIN_LOW);
            stm32_udelay(100);
        }
    }
    if (PIN_LOW == rt_pin_read(cfg->sda))
    {
        return -RT_ERROR;
    }

    return RT_EOK;
}

/* I2C initialization function */
int rt_hw_i2c_init(void)
{
    rt_size_t obj_num = sizeof(i2c_obj) / sizeof(struct stm32_i2c);
    rt_err_t result;

    for (int i = 0; i < obj_num; i++)
    {
        i2c_obj[i].ops = stm32_bit_ops_default;
        i2c_obj[i].ops.data = (void*)&soft_i2c_config[i];
        i2c_obj[i].i2c2_bus.priv = &i2c_obj[i].ops;
        stm32_i2c_gpio_init(&i2c_obj[i]);
        result = rt_i2c_bit_add_bus(&i2c_obj[i].i2c2_bus, soft_i2c_config[i].bus_name);
        RT_ASSERT(result == RT_EOK);
        stm32_i2c_bus_unlock(&soft_i2c_config[i]);
        
        LOG_D("software simulation %s init done, pin scl: %d, pin sda %d",
        soft_i2c_config[i].bus_name, 
        soft_i2c_config[i].scl, 
        soft_i2c_config[i].sda);
    }

    return RT_EOK;
}
INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_i2c_init);

#endif /* RT_USING_I2C */

然后就一切正常了:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第11张图片

最开始我以为是设置问题,当时陷入里面想不明白,隔了几天回头想想,好像是以前博客中有人问我加载软件包没用,我自己测试了一下给了回复,但是当时还是 RT-Thread 记录专栏刚开始,不需要用到软件包,然后自己因为一些警告误删除了 这个文件 (灬ꈍ ꈍ灬)…

到头来想起来原来还是自己曾经的误操作… 尴尬…… 这种问题确实在实际中会遇到……,所以提醒一下自己。
.

二、温湿度传感器软件包

前面的莫名的问题太影响心情了,缓一缓希望接下来一切顺利。

2.1 添加及基本测试

对于我们使用的温湿度传感器,原理图上花的事 HTU21D ,是和 sht21 pin to pin 的程序也一样的温湿度传感器,我们在软件包中心找到 sht2x 软件包,如下图:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第12张图片

软件包并不需要过多的设置:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第13张图片

添加软件包完成,保存后重新编译工程烧录,可以看到有 sht20 的指令:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第14张图片

温湿度读取测试:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第15张图片

2.2 程序中使用

上面我们通过命令行测试了软件包,使用起来感觉特别简单是不是,那么我们在程序中怎么调用呢?

从软件包的说明文档里面可以查看到他的操作API(只看我们测试用到的几个):

/*
根据总线名称,自动初始化对应的 SHT20 设备
参数	描述
name	i2c 设备名称
返回	描述
!= NULL	将返回 sht20 设备对象
= NULL	查找失败
*/
sht20_device_t sht20_init(const char *i2c_bus_name)

/*
读取温度
参数	描述
dev	sht20 设备对象
返回	描述
!= 0.0	测量温度值
=0.0	测量失败
*/
float sht20_read_temperature(sht20_device_t dev)

/*
读取湿度
参数	描述
dev	sht20设备对象
返回	描述
!= 0.0	测量湿度值
=0.0	测量失败
*/
float sht20_read_humidity(sht20_device_t dev)


我们用图文的方式说明一下,还是很简单的:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第16张图片

测试结果:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第17张图片

三、EEPROM 软件包

我们用的EEPROM 24C02,也有对应的软件包,有了上面传感器的例子,我们使用起来就很顺手了。

3.1 添加及基本测试

我们在软件包中心找到 at24cxx 软件包,如下图
RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第18张图片
软件包并不需要过多的设置:
在这里插入图片描述

添加软件包完成,保存后重新编译工程烧录,可以看到有 at24cxx 的指令:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第19张图片

EEPROM读取测试:

这个指令读取有点小疑问,还不确定是从哪里开始读,读多少,也不知道从哪里开始写,写多少。
但是没有关系,我们如果在程序中使用,是直接调用软件包提供的 API。

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第20张图片

3.2 程序中使用

从软件包的说明文档里面可以查看到他的操作API,或者直接找软件包的文件:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第21张图片

这几个函数比较简单,从函数声明都能知道其使用方法,我们用图文的方式说明一下,首先是初始化:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第22张图片

接着是读写操作:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第23张图片

测试结果:

RT-Thread记录(十八、I2C软件包 — 温湿度传感器 SHT21与EEPROM 24C02)_第24张图片

结语

本文应该是很简单的软件包使用测试,没想到和上一篇文章一样,测试起来都不是那么顺利,各种坎坷 = =!

❤️
也正是说明不管东西有多简单,在实际使用过程中,难免会遇到一些意想不到的问题,理论知识是我们的立根之本,但是实际的操作才能让我们历经洗礼!

❤️
RT-Thread 组件与软件包部分使用的方式都差不多,我们暂时就更新这些,那么到目前为止 RT-Thread 专栏部分的内容也差不多可以完结了,有理论,有问题,有测试,有应用。

❤️
如果后期还有比较典型的应用,我会继续把专栏完善,希望大家多多支持!谢谢!

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