Bootstrap

【STM32】RTT-Studio中HAL库开发教程三：IIC通信--AHT20

文章目录

一、前言介绍

使用奥松的AHT20温湿度传感器，对环境温湿度进行采集。AHT20采用的是IIC进行通信，可以使用硬件IIC或者使用模拟IIC进行通信，本例程介绍采用STM32F407芯片自带的硬件IIC进行通讯，具体操作过程如下。

二、AHT20传感器介绍

英文数据手册：AHT20英文手册
中文数据手册：AHT20中文手册
传感器介绍：
1.发送命令
在启动传输后，随后传输的I2C首字节包括7位的IIC设备地址0x38和一个SDA方向位x(读R：‘1’，写W:‘0’)。在第8个SCL时钟下降沿之后，通过拉低 SDA引脚 (ACK位)，指示传感器数据接收正常。 在发出初始化命令之后 (‘1011’1110’)代表初始化，‘1010’1100’代表温湿度测量), MCU必须等到测量完成。

  • 地址：
    在这里插入图片描述
    该地址在使用的时候，如果是读设备，地址为0x71，如果是写设备，则地址为0x70。所以在设备进行设备通讯的时候设备地址采用0x70。

  • 状态位说明：
    在这里插入图片描述
    在使用的时候需要查询设备状态，常查询的状态为：校准使能位、忙闲指示位。

2.读取流程
AHT20传感器的通信过程主要包含以下四个步骤：

  • 上电后要等待40ms，读取温湿度值之前， 首先要看状态字的校准使能位Bit[3]是否为 1(通过发送0x71可以获取一个字节的状态字)，如果不为1，要发送0xBE命令(初始化)，此命令参数有两个字节， 第一个字节为0x08，第二个字节为0x00。
  • 直接发送 0xAC命令(触发测量)，此命令参数有两个字节，第一个字节为 0x33，第二个字节为0x00。
  • 等待75ms待测量完成，忙状态Bit[7]为0，然后可以读取六个字节(发0X71即可以读取)。
  • 计算温湿度值。
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    在采用HAL库配置的硬件IIC，则直接使用如下两个相关函数即可，无需关注此应答信号。硬件IIC的通信速率比软件IIC更加稳定，速度更快，使用更加方便。
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

3.数据转换
计算相对湿度公式：
在这里插入图片描述
计算温度公式：
在这里插入图片描述

三、STM32CubeMX配置硬件IIC

1.配置硬件IIC：通过按照下图的配置方式，对IIC进行初始化配置
在这里插入图片描述
2.生成代码：按照下图生成IIC的初始化代码。
在这里插入图片描述

四、RTT中初始化配置

1.生成初始化代码
通过使用STM32CubeMX生成的初始化代码：

/**
 * @brief i2c初始化
 */
static void MX_I2C3_Init(void)
{
    hi2c3.Instance = I2C3;
    hi2c3.Init.ClockSpeed = 100000;
    hi2c3.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    hi2c3.Init.OwnAddress1 = 0;
    hi2c3.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    hi2c3.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    hi2c3.Init.OwnAddress2 = 0;
    hi2c3.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    hi2c3.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    if (HAL_I2C_Init(&hi2c3) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

2.在board.c中添加初始化代码
在board.c中需要添加HAL_开头的函数，便于系统调用该函数，对IIC进行初始化。

/**
 * @brief i2c初始化
 * @param i2cHandle
 */
void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    if (i2cHandle->Instance == I2C3)
    {
        __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

        /**I2C3 GPIO Configuration
         PC9     ------> I2C3_SDA
         PA8     ------> I2C3_SCL
         */
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
        GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C3;
        HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
        GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C3;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

        /* I2C3 clock enable */
        __HAL_RCC_I2C3_CLK_ENABLE();
    }
}

3.在board.h中添加宏定义
打开RTT软件中的IIC的宏定义，便于使用IIC的底层驱动。

#define BSP_USING_I2C3
#ifdef BSP_USING_I2C3
#define BSP_I2C3_SCL_PIN    GET_PIN(A, 8)
#define BSP_I2C3_SDA_PIN    GET_PIN(C, 9)
#endif

五、具体实现代码

1.AHT20.h代码如下：

#ifndef APPLICATIONS_HARDWARE_INC_AHT20_H_
#define APPLICATIONS_HARDWARE_INC_AHT20_H_

#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#include <drv_common.h>
#include "sys_string.h"

/**====================================================###### 宏定义 ######==================================================*/
#define RT_AHT20_THREAD_STACK_SIZE     (1024)
#define RT_AHT20_THREAD_PRIORITY       (22)
#define RT_AHT20_THREAD_TICK           (20)

#define AHT20_SLAVE_ADDRESS            0x70         // I2C从机地址

// 定义 AHT20 命令
#define AHT20_INIT_COMD                0xBE         // 初始化寄存器地址
#define AHT20_SOFTRESET                0xBA         // 软复位单指令
#define AHT20_TRIGMERSURE_COMD         0xAC         // 触发测量 寄存器地址
/**====================================================#######  END  #######=================================================*/

/**====================================================### 全局变量定义 ####=================================================*/
// aht20温湿度结构体
typedef struct m_AHT20
{
    uint8_t alive;      // 0-器件不存在; 1-器件存在
    uint8_t flag;       // 读取/计算错误标志位。0-读取/计算数据正常; 1-读取/计算设备失败
    uint32_t HT[2];     // 湿度、温度 原始传感器的值(20Bit).

    float RH;           // 湿度，转换单位后的实际值，标准单位%
    float Temp;         // 温度，转换单位后的实际值，标准单位°C

} AHT20_StructureTypedef;

AHT20_StructureTypedef  g_aht20;// aht20结构体信息
/**====================================================#######  END  #######=================================================*/

#endif /* APPLICATIONS_HARDWARE_INC_AHT20_H_ */

2.AHT20.c代码如下：

#include "aht20.h"
#include "i2c.h"
#include "control.h"
#include "power.h"

/*=====================================================### 静态函数调用 ###==================================================*/
#ifdef AHT20_HARDWARE_IIC

/**
 * @brief i2c初始化
 */
static void MX_I2C3_Init(void)
{
    hi2c3.Instance = I2C3;
    hi2c3.Init.ClockSpeed = 100000;
    hi2c3.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    hi2c3.Init.OwnAddress1 = 0;
    hi2c3.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    hi2c3.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    hi2c3.Init.OwnAddress2 = 0;
    hi2c3.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    hi2c3.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    if (HAL_I2C_Init(&hi2c3) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

/**
 * @brief 读AHT20 设备状态字
 * @return uint8_t 设备状态字
 */
static uint8_t AHT20_ReadStatusCmd(void)
{
    uint8_t tmp = 0;
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c3, AHT20_SLAVE_ADDRESS, &tmp, 1, 0xFFFF);

    return tmp;
}

/**
 * @brief 读AHT20设备状态字中的Bit3: 校准使能位
 * @return 1 - 已校准; 0 - 未校准
 */
static uint8_t AHT20_ReadCalEnableCmd(void)
{
    uint8_t tmp = 0;
    tmp = AHT20_ReadStatusCmd();

    return (tmp >> 3) & 0x01;
}

/**
 * @brief AHT20 芯片初始化命令
 */
static void AHT20_IcInitCmd(void)
{
    uint8_t tmp = AHT20_INIT_COMD;
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c3, AHT20_SLAVE_ADDRESS, &tmp, 1, 0xFFFF);
}

/**
 * @brief AHT20 软复位命令
 */
static void AHT20_SoftResetCmd(void)
{
    uint8_t tmp = AHT20_SOFTRESET;
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c3, AHT20_SLAVE_ADDRESS, &tmp, 1, 0xFFFF);
}

/**
 * @brief AHT20 设备初始化
 * @return 0 - 初始化AHT20设备成功; 1 - 初始化AHT20失败，可能设备不存在或器件已损坏
 */
static uint8_t AHT20_Init(void)
{
    uint8_t rcnt = 2;   // 软复位命令 重试次数，2次
    uint8_t icnt = 2;   // 初始化命令 重试次数，2次

    while (rcnt--)
    {
        // 上电后要等待40ms
        HAL_Delay(40);

        // 读取温湿度之前，首先检查[校准使能位]是否为1，2次重试机会
        while ((!AHT20_ReadCalEnableCmd()) && (icnt--))
        {
            HAL_Delay(1);
            AHT20_IcInitCmd();      // 如果不为1，要发送初始化命令
            HAL_Delay(40);          // 按上电时间算40ms
        }

        // [校准使能位]为1,校准正常
        if (icnt)
        {
            break;
        }
        else
        {
            AHT20_SoftResetCmd();   // 软复位AHT20器件，重试
            HAL_Delay(20);          // 手册标明不超过20ms.
        }
    }

    if (rcnt)
    {
        return 0;        // AHT20设备初始化正常
    }
    else
    {
        return 1;        // AHT20设备初始化失败
    }
}

/**
 * @brief AHT20 触发测量命令
 */
static void AHT20_TrigMeasureCmd(void)
{
    uint8_t tmp[3] = {AHT20_TRIGMERSURE_COMD, 0x33, 0x00};
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c3, AHT20_SLAVE_ADDRESS, tmp, 3, 0xFFFF);
}

/**
 * @brief 读AHT20 设备状态字 中的Bit7: 忙标志
 * @return 忙标志：1 - 设备忙; 0 - 设备空闲
 */
static uint8_t AHT20_ReadBusyCmd(void)
{
    uint8_t tmp = 0;
    tmp = AHT20_ReadStatusCmd();
    return (tmp>>7)&0x01;
}

/**
 * @brief AHT20 设备读取 相对湿度和温度（原始数据20Bit）
 * @param HT：存储20Bit原始数据的uint32数组
 * @return 0-读取数据正常; 1-读取设备失败，设备一直处于忙状态，不能获取数据
 */
uint8_t AHT20_ReadHT(uint32_t *HT)
{
    uint8_t cnt = 4;        // 忙标志 重试次数，3次
    uint8_t tmp[6];
    uint32_t RetuData = 0;

    // 发送触发测量命令
    AHT20_TrigMeasureCmd();

    do
    {
        HAL_Delay(75);                      // 等待75ms待测量完成，忙标志Bit7为0
    }
    while (AHT20_ReadBusyCmd() && (--cnt)); // 重试3次

    // 设备闲，可以读温湿度数据
    if (cnt)
    {
        HAL_Delay(5);
        // 读温湿度数据
        HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c3, AHT20_SLAVE_ADDRESS, tmp, 6, 0XFFFF);

        // 计算相对湿度RH。原始值，未计算为标准单位%。
        RetuData = 0;
        RetuData = (RetuData | tmp[1]) << 8;
        RetuData = (RetuData | tmp[2]) << 8;
        RetuData = (RetuData | tmp[3]);
        RetuData = RetuData >> 4;
        HT[0] = RetuData;

        // 计算温度T。原始值，未计算为标准单位°C。
        RetuData = 0;
        RetuData = (RetuData | tmp[3]) << 8;
        RetuData = (RetuData | tmp[4]) << 8;
        RetuData = (RetuData | tmp[5]);
        RetuData = RetuData & 0xfffff;
        HT[1] = RetuData;

        return 0;
    }
    else        //设备忙，返回读取失败
    {
        return 1;
    }
}

/**
 * @brief AHT20 温湿度信号转换（由20Bit原始数据，转换为标准单位RH=%，T=°C）
 * @param aht：存储AHT20传感器信息的结构体
 * @return 0-计算数据正常; 1-计算数据失败，计算值超出元件手册规格范围
 */
uint8_t StandardUnitCon(AHT20_StructureTypedef *aht)
{
    // 计算温湿度
    aht->RH = (double) aht->HT[0] * 100 / (1 << 20);
    aht->Temp = (double) aht->HT[1] * 200 / (1 << 20) - 50;

    // 限幅,RH=0~100%; Temp=-40~85°C
    if ((aht->RH >= 0) && (aht->RH <= 10000) && (aht->Temp >= -4000) && (aht->Temp <= 8500))
    {
        aht->flag = 0;
        return 0;        // 测量数据正常
    }
    else
    {
        aht->flag = 1;
        return 1;        // 测量数据超出范围，错误
    }
}

/**
 * @brief AHT20 温湿度信号转换（由20Bit原始数据，转换为标准单位RH=%，T=°C）
 * @param p：存储AHT20传感器信息的结构体
 * @return 0-计算数据正常; 1-计算数据失败，计算值超出元件手册规格范围
 */
uint8_t AHT20_Get_Value(AHT20_StructureTypedef *p)
{
    uint8_t temp = 0;

    temp = AHT20_ReadHT(p->HT);

    if (temp == 0)
    {
        temp = StandardUnitCon(p);
    }

    return temp;
}
#endif
/*=====================================================#######  END  #######=================================================*/

3.线程代码如下：

/**
 * @brief 温湿度检测入口函数
 * @param param
 */
void aht20_temp_humidity_entry(void *param)
{
#ifdef AHT20_HARDWARE_IIC

    AHT20_StructureTypedef *pAht20 = (AHT20_StructureTypedef *)param;
    POWER_ENABLE_HIGH();    // 温湿度电源使能

    MX_I2C3_Init();         // i2c初始化
    if(AHT20_Init() != 0)   // AHT20设备初始化
    {
        pAht20->alive = 0;
    }
    else
    {
        pAht20->alive = 1;
    }

#endif

    while (1)
    {
#ifdef AHT20_HARDWARE_IIC

        AHT20_Get_Value(pAht20);                                    // 温湿度查询
        rt_kprintf("T: %d.%d C  H: %d.%d %%\n", (int)pAht20->Temp, (int)(pAht20->Temp * 100) % 100,
                                                (int)pAht20->RH, (int)(pAht20->RH * 100) % 100);

#endif
        HAL_Delay(300);
    }
}

/**
 * @brief  温湿度线程初始化
 * @return
 */
static int aht20_temp_humidity(void)
{
    rt_thread_t ret;

    ret = rt_thread_create("aht20", aht20_temp_humidity_entry, (void *)&g_aht20,
                            RT_AHT20_THREAD_STACK_SIZE,
                            RT_AHT20_THREAD_PRIORITY,
                            RT_AHT20_THREAD_TICK);
    RT_ASSERT(ret != RT_NULL);
    rt_thread_startup(ret);

    return 0;
}
INIT_ENV_EXPORT(aht20_temp_humidity);

/**
 * @brief AHT20工作状态
 * @param argc
 * @param argv
 */
void AHT20_Work_State(int argc, char **argv)
{
    if (argc != 1)
    {
        rt_kprintf("[%s:%d] param error!\n", __FUNCTION__, __LINE__);
        return;
    }
    else
    {
        if (strcmp_nocase(argv[0], "aht20") == 0)
        {
            // 温湿度
            rt_kprintf("aht20_temp: %d.%d C\n", (int)g_aht20.Temp, (int)(g_aht20.Temp * 100) % 100);
            rt_kprintf("aht20_humidity: %d.%d %%\n", (int)g_aht20.RH, (int)(g_aht20.RH * 100) % 100);
        }
    }
}
MSH_CMD_EXPORT_ALIAS(AHT20_Work_State, aht20, AHT20 Work State);

六、实验现象

通过使用aht20指令进行查询温湿度数据，指令主要是通过控制台进行数据指令的读写，这个是RTT中自带的控制台，很方便进行数据的读取。具体实验数据如下：
在这里插入图片描述

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

最新收录
【快速恢复MBR数据的两个小办法】
深度之眼（十八）——偏导数与矩阵的求导
剑指offer刷题 --前端（javascript）
OpenJDK优化技术之标量替换（Scalar Replacement）
运维之用户、组和权限
【力扣专题栏】两两交换链表中的节点，如何实现链表中两两相邻节点的交换？
Flask入门（非常详细）零基础入门到精通，收藏这一篇就够了
顶尖专家齐聚 2016中国人工智能大会讲师名单和议题公布
如何查看Iconfont字体有哪些图标
英语小故事—The City Mouse and the Country Mouse
;