一、I2C協定的相關介紹

1.I2C協定的含義

I2C 通訊協定(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司開發的，由于它引腳少，硬體實作簡單，可擴充性強，不需要 USART、CAN 等通訊協定的外部收發裝置，現在被廣泛地使用在系統内多個內建電路(IC)間的通訊。

2. I2C 協定的實體層和協定層

（1）實體層

I2C是一個支援裝置的總線。可連接配接多個 I2C 通訊裝置，支援多個通訊主機及多個通訊從機。對于I2C 總線，隻使用兩條總線線路，一條雙向串行資料線(SDA) ，一條串行時鐘線(SCL)。

I2C 通訊裝置常用連接配接方式如下圖所示：

STM32基于I2C協定的AHT20傳感器溫濕度的資料采集，并将采集的溫度-濕度值通過序列槽輸出一、I2C協定的相關介紹二、STM32基于AHT20的溫濕度采集及其序列槽輸出三、總結四、參考連結

（2）協定層

主要是定義了通訊的起始和停止信号、資料有效性、響應、仲裁、時鐘同步和位址廣播等。

①

通訊的起始和停止信号

見下圖：

②

資料有效性

見下圖：

從圖中可以看出I2C在通訊的時候，隻有在

SCL

處于

高電平

時，SDA的資料傳輸才是有效的。

SDA

信号線是用于

傳輸資料

，

SCL

信号線是

保證資料同步

。

③

響應

見下圖：

當SDA傳輸資料後，接收方對接受到的資料進行一個應答。如果希望繼續進行傳輸資料，則回應應答信号（低電平），否則回應非應答信号（高電平）。

3.I2C的兩種方式——硬體I2C和軟體I2C

（1）硬體I2C

直接利用 STM32 晶片中的硬體 I2C 外設。

硬體I2C的使用：

隻要配置好對應的寄存器，外設就會産生标準序列槽協定的時序。在初始化好 I2C 外設後，隻需要把某寄存器位置 1，此時外設就會控制對應的 SCL 及 SDA 線自動産生 I2C 起始信号，不需要核心直接控制引腳的電平。

（2）軟體I2C

直接使用 CPU 核心按照 I2C 協定的要求控制 GPIO 輸出高低電平，進而模拟I2C。

軟體I2C的使用：

需要在控制産生 I2C 的起始信号時，控制作為 SCL 線的 GPIO 引腳輸出高電平，然後控制作為 SDA 線的 GPIO 引腳在此期間完成由高電平至低電平的切換，最後再控制SCL 線切換為低電平，這樣就輸出了一個标準的 I2C 起始信号。

（3）硬體I2C和軟體I2C的差別

硬體 I2C

直接使用外設來控制引腳，可以

減輕 CPU 的負擔

。不過使用硬體I2C 時必須使用某些固定的引腳作為 SCL 和 SDA，

軟體模拟 I2C

則可以使用任意 GPIO 引腳，相對

比較靈活

。對于

硬體I2C用法比較複雜

，

軟體I2C的流程更清楚

一些。如果要詳細了解I2C的協定，使用軟體I2C可能更好的了解這個過程。在使用I2C過程，

硬體I2C可能通信更加快，更加穩定

。

二、STM32基于AHT20的溫濕度采集及其序列槽輸出

1.題目要求

學習I2C總線通信協定，使用STM32F103完成基于I2C協定的AHT20溫濕度傳感器的資料采集，并将采集的溫度-濕度值通過序列槽輸出。程式設計實作：每隔2秒鐘采集一次溫濕度資料，并通過序列槽發送到上位機（win10）。

2.了解AHT20晶片的相關資訊

了解AHT20晶片的相關資訊，具體資訊請到官方下載下傳對應産品介紹文檔

資料連結：http://www.aosong.com/class-36.html

3.編寫代碼

（1）main.c

int main(void)
{	
	delay_init();     //初始化  
	uart_init(115200);	 //波特率
	IIC_Init();
		while(1)
	{
		printf("溫度濕度顯示");
		read_AHT20_once();
		delay_ms(2000);
  }
}

（2）bsp_i2c.c

uint8_t   ack_status=0;
uint8_t   readByte[6];
uint8_t   AHT20_status=0;

uint32_t  H1=0;  //Humility
uint32_t  T1=0;  //Temperature

uint8_t  AHT20_OutData[4];
uint8_t  AHT20sendOutData[10] = {0xFA, 0x06, 0x0A, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF};

void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	
	   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
 
	IIC_SCL=1;
	IIC_SDA=1;
 
}

void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();   
	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;
}	  

void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda??ê?3?
	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;
	delay_us(4);							   	
}


u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;
	return 0;  
} 

void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}					 				     
	  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
		SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDAéè???aê?è?
  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();
	else
			IIC_Ack();  
	return receive;
}
 
void IIC_WriteByte(uint16_t addr,uint8_t data,uint8_t device_addr)
{
	IIC_Start();  
	
	if(device_addr==0xA0)
		IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));
	else
		IIC_Send_Byte(device_addr);	   
	IIC_Wait_Ack(); 
	IIC_Send_Byte(addr&0xFF);   
	IIC_Wait_Ack(); 
	IIC_Send_Byte(data);    					   
	IIC_Wait_Ack();  		    	   
  IIC_Stop();
	if(device_addr==0xA0) //
		delay_ms(10);
	else
		delay_us(2);
}
 
uint16_t IIC_ReadByte(uint16_t addr,uint8_t device_addr,uint8_t ByteNumToRead)  //?á??′??÷?ò?áêy?Y
{	
		uint16_t data;
		IIC_Start();  
		if(device_addr==0xA0)
			IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));
		else
			IIC_Send_Byte(device_addr);	
		IIC_Wait_Ack();
		IIC_Send_Byte(addr&0xFF);  
		IIC_Wait_Ack(); 
 
		IIC_Start();  	
		IIC_Send_Byte(device_addr+1);	   
		IIC_Wait_Ack();
		if(ByteNumToRead == 1)
		{
			data=IIC_Read_Byte(0);
		}
		else
			{
				data=IIC_Read_Byte(1);
				data=(data<<8)+IIC_Read_Byte(0);
			}
		IIC_Stop();   
		return data;
}

//AHT20晶片的使用過程
void  read_AHT20_once(void)
{
	delay_ms(10);

	reset_AHT20();//重置AHT20晶片
	delay_ms(10);

	init_AHT20();//初始化AHT20晶片
	delay_ms(10);

	startMeasure_AHT20();//開始測試AHT20晶片
	delay_ms(80);

	read_AHT20();//讀取AHT20采集的到的資料
	delay_ms(5);
}

//重置AHT20晶片
void  reset_AHT20(void)
{

	I2C_Start();

	I2C_WriteByte(0x70);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("1");
	else printf("1-n-");
	I2C_WriteByte(0xBA);
	ack_status = Receive_ACK();
		if(ack_status) printf("2");
	else printf("2-n-");
	I2C_Stop();

	/*
	AHT20_OutData[0] = 0;
	AHT20_OutData[1] = 0;
	AHT20_OutData[2] = 0;
	AHT20_OutData[3] = 0;
	*/
}


//初始化AHT20晶片
void  init_AHT20(void)
{
	I2C_Start();

	I2C_WriteByte(0x70);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("3");
	else printf("3-n-");	
	I2C_WriteByte(0xE1);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("4");
	else printf("4-n-");
	I2C_WriteByte(0x08);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("5");
	else printf("5-n-");
	I2C_WriteByte(0x00);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("6");
	else printf("6-n-");
	I2C_Stop();
}



void  startMeasure_AHT20(void)
{
	//------------
	I2C_Start();

	I2C_WriteByte(0x70);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("7");
	else printf("7-n-");
	I2C_WriteByte(0xAC);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("8");
	else printf("8-n-");
	I2C_WriteByte(0x33);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("9");
	else printf("9-n-");
	I2C_WriteByte(0x00);
	ack_status = Receive_ACK();
	if(ack_status) printf("10");
	else printf("10-n-");
	I2C_Stop();
}


//AHT20晶片讀取資料
void read_AHT20(void)
{
	uint8_t   i;

	for(i=0; i<6; i++)
	{
		readByte[i]=0;
	}
	I2C_Start();//I2C啟動

	I2C_WriteByte(0x71);//I2C寫資料
	ack_status = Receive_ACK();//收到的應答資訊
	readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C讀取資料
	Send_ACK();//發送應答資訊

	readByte[1]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[2]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[3]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[4]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[5]= I2C_ReadByte();
	SendNot_Ack();
	//Send_ACK();

	I2C_Stop();//I2C停止函數
	//判斷讀取到的第一個位元組是不是0x08，0x08是該晶片讀取流程中規定的，如果讀取過程沒有問題，就對讀到的資料進行相應的處理
	if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
	{
		H1 = readByte[1];
		H1 = (H1<<8) | readByte[2];
		H1 = (H1<<8) | readByte[3];
		H1 = H1>>4;

		H1 = (H1*1000)/1024/1024;

		T1 = readByte[3];
		T1 = T1 & 0x0000000F;
		T1 = (T1<<8) | readByte[4];
		T1 = (T1<<8) | readByte[5];

		T1 = (T1*2000)/1024/1024 - 500;

		AHT20_OutData[0] = (H1>>8) & 0x000000FF;
		AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;

		AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
		AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
	}
	else
	{
		AHT20_OutData[0] = 0xFF;
		AHT20_OutData[1] = 0xFF;

		AHT20_OutData[2] = 0xFF;
		AHT20_OutData[3] = 0xFF;
		printf("讀取失敗！！！");

	}
	printf("\r\n");
	//根據AHT20晶片中，溫度和濕度的計算公式，得到最終的結果，通過序列槽顯示
	printf("溫度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
	printf("濕度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
	printf("\r\n");
}




uint8_t  Receive_ACK(void)
{
	uint8_t result=0;
	uint8_t cnt=0;

	IIC_SCL = 0;
	SDA_IN(); 
	delay_us(4);

	IIC_SCL = 1;
	delay_us(4);

	while(READ_SDA && (cnt<100))
	{
		cnt++;
	}

	IIC_SCL = 0;
	delay_us(4);

	if(cnt<100)
	{
		result=1;
	}
	return result;
}



void  Send_ACK(void)
{
	SDA_OUT();
	IIC_SCL = 0;
	delay_us(4);

	IIC_SDA = 0;
	delay_us(4);

	IIC_SCL = 1;
	delay_us(4);
	IIC_SCL = 0;
	delay_us(4);

	SDA_IN();
}



void  SendNot_Ack(void)
{
	SDA_OUT();
	IIC_SCL = 0;
	delay_us(4);

	IIC_SDA = 1;
	delay_us(4);

	IIC_SCL = 1;
	delay_us(4);

	IIC_SCL = 0;
	delay_us(4);

	IIC_SDA = 0;
	delay_us(4);
}


void I2C_WriteByte(uint8_t  input)
{
	uint8_t  i;
	SDA_OUT();
	for(i=0; i<8; i++)
	{
		IIC_SCL = 0;
		delay_ms(5);

		if(input & 0x80)
		{
			IIC_SDA = 1;
			//delaymm(10);
		}
		else
		{
			IIC_SDA = 0;
			//delaymm(10);
		}

		IIC_SCL = 1;
		delay_ms(5);

		input = (input<<1);
	}

	IIC_SCL = 0;
	delay_us(4);

	SDA_IN();
	delay_us(4);
}	


uint8_t I2C_ReadByte(void)
{
	uint8_t  resultByte=0;
	uint8_t  i=0, a=0;

	IIC_SCL = 0;
	SDA_IN();
	delay_ms(4);

	for(i=0; i<8; i++)
	{
		IIC_SCL = 1;
		delay_ms(3);

		a=0;
		if(READ_SDA)
		{
			a=1;
		}
		else
		{
			a=0;
		}

		//resultByte = resultByte | a;
		resultByte = (resultByte << 1) | a;

		IIC_SCL = 0;
		delay_ms(3);
	}

	SDA_IN();
	delay_ms(10);

	return   resultByte;
}


void  set_AHT20sendOutData(void)
{
	/* --------------------------
	 * 0xFA 0x06 0x0A temperature(2 Bytes) humility(2Bytes) short Address(2 Bytes)
	 * And Check (1 byte)
	 * -------------------------*/
	AHT20sendOutData[3] = AHT20_OutData[0];
	AHT20sendOutData[4] = AHT20_OutData[1];
	AHT20sendOutData[5] = AHT20_OutData[2];
	AHT20sendOutData[6] = AHT20_OutData[3];

//	AHT20sendOutData[7] = (drf1609.shortAddress >> 8) & 0x00FF;
//	AHT20sendOutData[8] = drf1609.shortAddress  & 0x00FF;

//	AHT20sendOutData[9] = getXY(AHT20sendOutData,10);
}


void  I2C_Start(void)
{
	SDA_OUT();
	IIC_SCL = 1;
	delay_ms(4);

	IIC_SDA = 1;
	delay_ms(4);
	IIC_SDA = 0;
	delay_ms(4);

	IIC_SCL = 0;
	delay_ms(4);
}



void  I2C_Stop(void)
{
	SDA_OUT();
	IIC_SDA = 0;
	delay_ms(4);

	IIC_SCL = 1;
	delay_ms(4);

	IIC_SDA = 1;
	delay_ms(4);
}

完整代碼到百度網盤提取

連結：https://pan.baidu.com/s/1z1SybDqb_6V9veqxqLs7sQ

提取碼：o72s

4.程式編譯及hex檔案建立

點選Rebuild編譯程式，若沒有錯誤即可成功建立hex檔案

5.電路連接配接

USB轉TTL	STM32F103C8T6
GND	GND
3v3	3v3
TXD	A10
RXD	A9

AHT20傳感器引腳示意圖：

AHT20傳感器	STM32F103C8T6
VDD	5V
SDA	B7
GND	GND
SCL	B6

6.程式燒錄

置BOOT0為0，BOOT1為1

（1）打開mcuisp，選擇序列槽為COM5，并選擇生成的hex檔案

（2）點選讀器件資訊，若顯示一切正常則進行下一步

（3）點選開始程式設計，若顯示一切正常則說明燒錄成功

7.運作結果

可以觀察到序列槽不斷顯示溫濕度的值，說明溫濕度資料采內建功，并且用手握住傳感器即可看到其溫度得到了明顯升高，環境濕度改變後同樣濕度也有了變化。說明實驗成功！

三、總結

通過本次實驗，詳細了解到了I2C總線協定，例如I2C總線上允許連接配接多個微處理器以及各種外圍裝置，如存儲器、LED及LCD驅動、A/D及D/A轉換器等。為了保證資料可靠地傳送，任一時刻總線隻能由某一台主機控制，各微處理器應該在總線空閑時發送資料。同時我也了解了AHT20溫濕度傳感器的使用，接線過程要特别仔細，一不小心就會接錯。在實驗過程中，我遇到了許多問題，例如參考學長學姐的部落格沒注意到晶片的差異，進而沒發現代碼什麼地方要修改，導緻一直做不出來，連線時傳感器的引腳記錯導緻接線錯誤，也達不到預期實驗效果，不過通過我一遍遍地檢查修改，詢問同學，最終解決了問題，成功完成了實驗。總而言之，做了這次實驗，我感覺受益匪淺！

四、參考連結

https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/121436790?spm=1001.2014.3001.5506

https://blog.csdn.net/hhhhhh277523/article/details/111397514?spm=1001.2014.3001.5506

https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111597278

STM32基于I2C協定的AHT20傳感器溫濕度的資料采集，并将采集的溫度-濕度值通過序列槽輸出一、I2C協定的相關介紹二、STM32基于AHT20的溫濕度采集及其序列槽輸出三、總結四、參考連結

一、I2C協定的相關介紹

1.I2C協定的含義

2. I2C 協定的實體層和協定層

3.I2C的兩種方式——硬體I2C和軟體I2C

二、STM32基于AHT20的溫濕度采集及其序列槽輸出

1.題目要求

2.了解AHT20晶片的相關資訊

3.編寫代碼

4.程式編譯及hex檔案建立

5.電路連接配接

6.程式燒錄

7.運作結果

三、總結

四、參考連結

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