STM32基于软件模拟IIC进行AHT21B温湿度采集
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
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
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
2.4 技术参数
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 供电电压 | DC:2-5.5V |
| 测量范围 | 温度：-40~+80°C； 湿度：0~100%RH |
| 测量精度 | 温度：±0.3℃； 湿度：±2%RH(25℃) |
| 分辨率 | 温度：0.01℃ 湿度：0.024%RH |
| 输出信号 | I²C信号 |
| 包装 | 吸塑盘 |
2.5 引脚定义
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| VCC | 供电电压 |
| SDA | 串行数据，双向口 |
| GND | 电源地 |
| SCL | 串行时钟，双向口 |
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
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
3.3 烧录
1.USB转TTL连线
| stm32核心板 | USB转串口 |
|---|---|
| PA9 (USART1-TX) | RXD |
| PA10 (USART1-RX) | TXD |
| 3V3 | 3V3 |
| GND | GND |
跳线BOOT0为1，BOOT1为0.
2.AHT21B与STM32F103C8
| AHT20 | STM32F10X |
|---|---|
| SCL | PB6 |
| SDA | PB7 |
| VCC | 3V3 |
| GND | GND |
3.4 结果展示
- 正常室内温湿度采集
- 升温采集
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＆轻听博主对我的帮助。
五、 参考资料
1.奥松官网
2.AHT21B温湿度采集-GitHub
3.基于I2C通信协议的温湿度采集
4.硬件IIC和软件IIC区别