基于I2C總線通信協議的溫度采集實驗（基于AHT20）
- I2C總線通信協議 簡介
- AHT20簡介
- 一.專案說明
- 1）實戰目標：
- 2）實戰元件：
- 二.實戰程序
- 1）首先我們可以百度查找AHT20產品手冊
- 2）快速上手
- 三.實戰結果
- 1）燒錄
- 2）演示
- 四.總結
I2C總線通信協議 簡介
一.I2C是什么？
??I2C總線是PHLIPS公司在20世紀80年代推出的一種串行總線，具有引腳少，硬體實作簡單，可擴展性強的優點，I2C總線的另一優點是支持多主控，總線上任何能夠進行發送/接收資料的設備都可以占領總線，當然，任意時間點上只能存在一個主控，
??I2C即是一種總線，也是一種通訊協議，在嵌入式開發中，通訊協議可分為兩層：物理層和協議層，物理層是資料在物理媒介傳輸的保障；協議層主要是規定通訊邏輯，同一收發雙方的資料打包、解包標準，打個比方，物理層相當于現實中的公路，而協議層則是交通規則，汽車可以在路上行駛，但是需要交通規則對行駛規則進行約束，不然將出現危險，也就是資料傳輸紊亂、丟包，
I2C的圖示
??
(1) 在I2C通訊總線上，可連接多個I2C通訊設備，支持多個通訊主機和多個通訊從機
(2) I2C通訊只需要兩條雙向總線：串行資料線(SDA)，串行時鐘線(SCL)，資料線用于傳輸資料，時鐘線用于同步資料收發
(3) 每個連接到總線的設備都有一個獨立的地址，主機正是利用該地址對設備進行訪問
(4) SDA和SCL總線都需要接上上拉電阻，當總線空閑時，兩根線均為高電平，連接到總線上的任意器件輸出低電平都會將總線信號拉低，即各器件的SDA和SCL都是線與的關系
(5) 多個主機同時使用總線時，需要用仲裁方式決定哪個設備占用總線，不然資料將會產生沖突
二、I2C協議包括哪幾種，它們的區別是什么:
I2C協議包括“軟體I2C”和“硬體I2C”
所謂硬體I2C對應bai芯片上的I2C外設，有相應I2C驅動電路，其所使用的I2C管腳也是專用的
軟體I2C一般是用GPIO管腳，用軟體控制管腳狀態以模擬I2C通信波形，
區別：
硬體I2C的效率要遠高于軟體的，而軟體I2C由于不受管腳限制，介面比較靈活，
模擬I2C 是通過GPIO，軟體模擬暫存器的作業方式，而硬體（韌體）I2C是直接呼叫內部暫存器進行配置，如果要從具體硬體上來看，可以去看下芯片手冊，因為韌體I2C的埠是固定的，所以會有所區別，
至于如何區分它們
可以看底層配置，比如IO口配置，如果配置了IO口的功能（IIC功能）那就是韌體IIC，否則就是模擬
可以看IIC寫函式，看里面有木有呼叫現成的函式或者給某個暫存器賦值，如果有，則肯定是韌體IIC功能，沒有的話肯定是資料一個bit一個bit模擬發生送的，肯定用到了回圈，則為模擬，
根據代碼量判斷，模擬的代碼量肯定比韌體的要大，
三、I2C總線的些特征:
●只要求兩條總線線路一 條串行資料線SDA -條串行時鐘線SCL
●每個連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和一 直存在的簡單的主機從機關系軟體設
定地址主機可以作為主機發送器或主機接收器
●它是一個真正的多主機總線如果兩個或更多主機同時初始化資料傳輸可以通過沖突檢測
和仲裁防止資料被破壞
●串行的8位雙向資料傳輸位速率在標準模式下可達100kbit/s 快速模式下可達400kbit/s
高速模式下可達3.4Mbit/s .
●片上的濾波器可以濾去總線資料線上的毛刺波保證資料完整
●連接到相同總線的IC數量只受到總線的最大電容400pF 限制
四.I2C總線在傳送資料程序中共有三種型別信號:開始信號、結束信號和應答信號，
??開始信號: SCL 為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變,開始傳送資料，
結束信號: SCL 為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變,結束傳送資料，
應答信號:接收資料的IC在接收到8bit資料后,向發送資料的IC發出特定的低電平脈
沖，表示已收到資料
五.資料傳輸
AHT20簡介
詳細介紹請轉到博主的另一篇博客鏈接: 博客.
2020年上市，奧松生產；
3mmx3mmx1mm 超小體積；
經過標定的數字信號，標準I2C輸出格式；
由一個電容式濕度傳感元件和一個標準的片上溫度傳感元件組成；
采用SMD封裝適于回流焊；
回應迅速、抗干擾能力強；
AHT20 的供電范圍為 2.0-5.5V， 推薦電壓為3.3V，
一.專案說明
1）實戰目標：
博主今天將會帶領大家一起通過以下的練習，一起學習我們的I2C協議
1. 學習I2C總線通信協議，完成基于I2C硬體協議的AHT20溫濕度傳感器的資料采集，并將采集的溫度-濕度值通過串口輸出，具體任務：
1）解釋什么是“軟體I2C”和“硬體I2C”？
2）閱讀AHT20資料手冊，編程實作：每隔2秒鐘采集一次溫濕度資料，并通過串口發送到上位機（win10）
2）實戰元件：
1.奧松電子所產AHT20，溫濕度傳感器
2.野火mini開發板
3.電腦
4.杜邦線若干
二.實戰程序
1）首先我們可以百度查找AHT20產品手冊
我們要了解AHT20的I2C協議引數
2）快速上手
對于初學者來說，要快速掌握AHT20,是比較困難的，所以博主在這里主要介紹快速上手的方法
博主首先到官網下載奧松電子的一個驅動: 例程鏈接.
如圖所示：
這是下載的檔案
可以改個名
然后博主借用了博主以前用過的一個I2C的工程，快速創建，這里就是通過添加檔案來
如需原始碼請關注博主微信公眾號回復：“AHT20”，詳見文末
注意要把檔案路徑添加進去
對主函式進行編輯，由于博主的串口沒有做獨立的定義，所以這里的主函式主要加入了串口初始化，這些其實很多例程里都有的，這里每隔2S讀取一次資料，而且采集資料的時候LED也會亮
#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_usart.h"
#include "misc.h"
#include "stdio.h"
#include "delay.h"
#include "bsp_i2c.h"
#include "ATH20.h"
void RCC_Configuration(void);
void GPIO_Configuration(void);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
_sys_exit(int x)
{
x = x;
}
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
USART_SendData(USART1,(uint8_t)ch);
return ch;
}
void uart_init(u32 bound)
{
//GPIO埠設定
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA時鐘
USART_DeInit(USART1); //復位串口1
//USART1_TX PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //復用推挽輸出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化PA9
//USART1_RX PA.10
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化PA10
//USART 初始化設定
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//一般設定為9600;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位資料格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬體資料流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口
}
int main(void)
{
uint8_t ret = 0;
float P,T,ALT;
uint32_t CT_data[2];
int c1,t1;
uint8_t LED_Stat = 0;
RCC_Configuration(); //設定系統時鐘
GPIO_Configuration(); //IO口設
I2C_Bus_Init();
uart_init(115200);
ret = ATH20_Init();
if(ret == 0)
{
printf("ATH20傳感器初始化錯誤\n");
while(1);
}
while(1)
{
/* 讀取 ATH20 傳感器資料*/
while(ATH20_Read_Cal_Enable() == 0)
{
ATH20_Init();//如果為0再使能一次
SoftDelay_ms(30);
}
ATH20_Read_CTdata(CT_data); //讀取溫度和濕度
c1 = CT_data[0] * 1000 / 1024 / 1024; //計算得到濕度值（放大了10倍,如果c1=523，表示現在濕度為52.3%）
t1 = CT_data[1] * 200 *10 / 1024 / 1024 - 500;//計算得到溫度值（放大了10倍，如果t1=245，表示現在溫度為24.5℃）
printf("***************************\n");
printf("AHT20溫濕度傳感器測驗資料:\n");
printf("溫度: %d.%d ℃\n",(t1/10),(t1%10));
printf("濕度: %d.%d %%\n",(c1/10),(c1%10));
printf("\n");
SoftDelay_ms(1000);//每隔兩秒讀一次數
if(LED_Stat == 0)
{
LED_Stat = 1;
GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_2);
}
else
{
LED_Stat = 0;
GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_2);
}
}
}
void RCC_Configuration(void)
{
SystemInit();
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC
| RCC_APB2Periph_GPIOD| RCC_APB2Periph_GPIOE , ENABLE);
}
void GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; //狀態LED1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //通用推挽輸出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //輸出模式最大速度50MHz
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}
主函式里串口部分
void uart_init(u32 bound)
{
//GPIO埠設定
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA時鐘
USART_DeInit(USART1); //復位串口1
//USART1_TX PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //復用推挽輸出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化PA9
//USART1_RX PA.10
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化PA10
//USART 初始化設定
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//一般設定為9600;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位資料格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬體資料流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口
}
三.實戰結果
1）燒錄
2）演示
博主用的是PB14（SCL）PB15（SDA）
四.總結
這個實戰對于我們了解基于在STM32下了解I2C協議開發有著重要的意義，I2C這種協議一種串行總線，具有引腳少，硬體實作簡單，可擴展性強的優點，I2C總線的另一優點是支持多主控，總線上任何能夠進行發送/接收資料的設備都可以占領總線，當然，任意時間點上只能存在一個主控，所以博主在這里希望各位也要好好學習，爭取掌握這個知識點，博主覺得這次開發其實很簡單，希望大家在以后的學習中，善于使用我們的工具還有現成的資料，一定會事半功倍，還有就是希望各位有問題可以聯系博主，博主很樂意和各位一起學習，請您關注我個人的微信公眾號，微信搜索h生活剪影很期待您的關注，我們一起進步，
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