IIC学习之SHT30温湿度传感器(基于STM32)

简介

附上SHT30资料和逻辑分析仪源文件，点击下载

关于IIC的介绍网上已经非常详尽，这里只说重点：

• 双线（SDA，SCL），半双工
• 采用主从结构，支持一主多从，通过地址寻址，每个I2C设备都有唯一的7位或10位地址，还有1bit选择读写（0为写，1为读）
• 速率较低，I2C总线支持多种通信速率，通常有标准模式（100 kbit/s）、快速模式（400 kbit/s）、高速模式（3.4 Mbit/s）和超高速模式（5 Mbit/s）等

时序图

IIC的 SCL 和SDA 都需要接上拉电阻，以保证空闲状态的稳定性

• 在SDA低电平的时候SDA可变，SDA高电平的时候进行采样
• 8bit传输完后接收方需要回一个ACK，低电平表示ACK，高电平表示NACK
• 停止条件和ACK可以没有，起始条件必须有
  

SHT30资料

SHT30的7位地址为0x44

读取时序图

CRC-8校验规则

计算结果

读取代码

void SHT30_read_result(float *temp, uint8_t *humi)
{
    uint8_t buff[6];
    uint16_t data;
    float temp_float, humi_float;

    iic_start();
    iic_send_byte(SHT30_ADDR << 1 | 0); // 写7位I2C设备地址加0作为写取位,1为读取位
    iic_wait_ack();
    iic_send_byte(0xE0);
    iic_wait_ack();
    iic_send_byte(0x00);
    iic_wait_ack();

    iic_start();
    iic_send_byte(SHT30_ADDR << 1 | 1); // 写7位I2C设备地址加0作为写取位,1为读取位
    iic_wait_ack();

    buff[0] = iic_read_byte(1);
    buff[1] = iic_read_byte(1);
    buff[2] = iic_read_byte(1);
    buff[3] = iic_read_byte(1);
    buff[4] = iic_read_byte(1);
    buff[5] = iic_read_byte(0);
    iic_stop();

    // 计算温度
    if (CRC_8(buff, 2) == buff[2]) // 进行CRC-8校验
    {
        data = buff[0] * 256 + buff[1];                // 取出16位的温度值
        temp_float = ((float)data) * 0.267032f - 4500; // 根据手册公式计算，为了精度，计算数值先*100
        temp_float = temp_float * 0.01f;               // 再除以100，得到正常温度值

        *temp = temp_float;
    }

    // 计算湿度
    if (CRC_8(&buff[3], 2) == buff[5]) // 进行CRC-8校验
    {
        data = buff[3] * 256 + buff[4];             // 取出16位的湿度值
        humi_float = ((float)data) * 0.152590f;     // 根据手册公式计算
        humi_float = (uint8_t)(humi_float * 0.01f); // 除以100，得到正常湿度值

        *humi = (uint8_t)humi_float;
    }

    // printf("%.1f %d\r\n", temp_float, (uint8_t)humi_float);
}

static uint8_t CRC_8(uint8_t *Crc_ptr, uint8_t LEN)
{
    uint8_t CRC_Value = 0xFF;
    uint8_t i = 0, j = 0;

    for (i = 0; i < LEN; i++)
    {
        CRC_Value ^= *(Crc_ptr + i);
        for (j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (CRC_Value & 0x80)
                CRC_Value = (CRC_Value << 1) ^ 0x31;
            else
                CRC_Value = (CRC_Value << 1);
        }
    }
    return CRC_Value;
}

逻辑分析仪

模拟IIC源码

myiic.c

#include "myiic.h"

void iic_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

    IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SCL引脚时钟使能 */
    IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SDA引脚时钟使能 */

    gpio_init_struct.Pin = IIC_SCL_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;         /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                 /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;  /* 快速 */
    HAL_GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* SCL */

    gpio_init_struct.Pin = IIC_SDA_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;         /* 推挽输出 */
    HAL_GPIO_Init(IIC_SDA_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* SDA */
    /* SDA引脚模式设置,开漏输出,上拉, 这样就不用再设置IO方向了, 开漏输出的时候(=1), 也可以读取外部信号的高低电平 */

    iic_stop(); /* 停止总线上所有设备 */
}

// 延时2us
static void iic_delay(void)
{
    uint32_t timer;

    timer = get_tim2_cnt();

    while (get_tim2_cnt() - timer < 20)
        ;
}

/**
 * @brief       产生IIC起始信号
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_start(void)
{
    IIC_SDA(1);
    IIC_SCL(1);
    iic_delay();
    IIC_SDA(0); /* START信号: 当SCL为高时, SDA从高变成低, 表示起始信号 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(0); /* 钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */
    iic_delay();
}

/**
 * @brief       产生IIC停止信号
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_stop(void)
{
    IIC_SDA(0); /* STOP信号: 当SCL为高时, SDA从低变成高, 表示停止信号 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);
    iic_delay();
    IIC_SDA(1); /* 发送I2C总线结束信号 */
    iic_delay();
}

/**
 * @brief       等待应答信号到来
 * @param       无
 * @retval      1，接收应答失败
 *              0，接收应答成功
 */
uint8_t iic_wait_ack(void)
{
    uint8_t waittime = 0;
    uint8_t rack = 0;

    IIC_SDA(1); /* 主机释放SDA线(此时外部器件可以拉低SDA线) */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1); /* SCL=1, 此时从机可以返回ACK */
    iic_delay();

    while (IIC_READ_SDA) /* 等待应答 */
    {
        waittime++;

        if (waittime > 250)
        {
            iic_stop();
            rack = 1;
            break;
        }
    }

    IIC_SCL(0); /* SCL=0, 结束ACK检查 */
    iic_delay();
    return rack;
}

/**
 * @brief       产生ACK应答
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_ack(void)
{
    IIC_SDA(0); /* SCL 0 -> 1  时 SDA = 0,表示应答 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1); /* 产生一个时钟 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(0);
    iic_delay();
    IIC_SDA(1); /* 主机释放SDA线 */
    iic_delay();
}

/**
 * @brief       不产生ACK应答
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_nack(void)
{
    IIC_SDA(1); /* SCL 0 -> 1  时 SDA = 1,表示不应答 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1); /* 产生一个时钟 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(0);
    iic_delay();
}

/**
 * @brief       IIC发送一个字节
 * @param       data: 要发送的数据
 * @retval      无
 */
void iic_send_byte(uint8_t data)
{
    uint8_t t;

    for (t = 0; t < 8; t++)
    {
        IIC_SDA((data & 0x80) >> 7); /* 高位先发送 */
        iic_delay();
        IIC_SCL(1);
        iic_delay();
        IIC_SCL(0);
        data <<= 1; /* 左移1位,用于下一次发送 */
    }
    IIC_SDA(1); /* 发送完成, 主机释放SDA线 */
}

/**
 * @brief       IIC读取一个字节
 * @param       ack:  ack=1时，发送ack; ack=0时，发送nack
 * @retval      接收到的数据
 */
uint8_t iic_read_byte(uint8_t ack)
{
    uint8_t i, receive = 0;

    for (i = 0; i < 8; i++) /* 接收1个字节数据 */
    {
        receive <<= 1; /* 高位先输出,所以先收到的数据位要左移 */
        IIC_SCL(1);
        iic_delay();

        if (IIC_READ_SDA)
        {
            receive++;
        }

        IIC_SCL(0);
        iic_delay();
    }

    if (!ack)
    {
        iic_nack(); /* 发送nACK */
    }
    else
    {
        iic_ack(); /* 发送ACK */
    }

    return receive;
}

myiic.h

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H

#include "main.h"

#define IIC_SCL_GPIO_PORT GPIOE
#define IIC_SCL_GPIO_PIN  GPIO_PIN_8
#define IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE()                                                                                      \
    do                                                                                                                 \
    {                                                                                                                  \
        __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();                                                                                  \
    } while (0)

#define IIC_SDA_GPIO_PORT GPIOE
#define IIC_SDA_GPIO_PIN  GPIO_PIN_7
#define IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE()                                                                                      \
    do                                                                                                                 \
    {                                                                                                                  \
        __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();                                                                                  \
    } while (0)

/******************************************************************************************/

/* IO操作 */
#define IIC_SCL(x)                                                                                                     \
    do                                                                                                                 \
    {                                                                                                                  \
        x ? HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)                                       \
          : HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);                                    \
    } while (0) /* SCL */

#define IIC_SDA(x)                                                                                                     \
    do                                                                                                                 \
    {                                                                                                                  \
        x ? HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)                                       \
          : HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);                                    \
    } while (0) /* SDA */

#define IIC_READ_SDA HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN) /* 读取SDA */

/* IIC所有操作函数 */
void iic_init(void);                      /* 初始化IIC的IO口 */
void iic_start(void);                     /* 发送IIC开始信号 */
void iic_stop(void);                      /* 发送IIC停止信号 */
void iic_ack(void);                       /* IIC发送ACK信号 */
void iic_nack(void);                      /* IIC不发送ACK信号 */
uint8_t iic_wait_ack(void);               /* IIC等待ACK信号 */
void iic_send_byte(uint8_t txd);          /* IIC发送一个字节 */
uint8_t iic_read_byte(unsigned char ack); /* IIC读取一个字节 */

#endif