STM32單片機基礎15——使用硬件I2C讀取溫溼度傳感器數據（SHT30）

本篇詳細的記錄瞭如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的硬件I2C外設，讀取SHT30溫溼度傳感器的數據並通過串口發送。

1. 準備工作

硬件準備

• 開發板
  首先需要準備一個開發板，這裏我準備的是STM32L4的開發板（BearPi）：

• SHT30溫溼度傳感器
  SHT30溫溼度傳感器是一個完全校準的、現行的、帶有溫度補償的數字輸出型傳感器，具有 2.4V-5.5V 的寬電壓支持，使用IIC接口進行通信，最高速率可達1M並且有兩個用戶可選地址，除此之外，它還具有8個引腳的DFN超小封裝，如圖：

SHT30的原理圖如下：

軟件準備

• 需要安裝好Keil - MDK及芯片對應的包，以便編譯和下載生成的代碼；

Keil MDK和串口助手的安裝包都可以關注“小熊派開源社區”微信公衆號，在資料教程一欄中可獲取安裝包。

2.生成MDK工程

選擇芯片型號

打開STM32CubeMX，打開MCU選擇器：

搜索並選中芯片STM32L431RCT6:

配置時鐘源

• 如果選擇使用外部高速時鐘（HSE），則需要在System Core中配置RCC；
• 如果使用默認內部時鐘（HSI），這一步可以略過；

這裏我都使用外部時鐘：

配置串口

小熊派開發闆闆載ST-Link並且虛擬了一個串口，原理圖如下：

這裏我將開關撥到AT-MCU模式，使PC的串口與USART1之間連接。

接下來開始配置USART1：

配置I2C接口

查看小熊派E53接口的原理圖：

接下來開始配置I2C接口1：

配置時鐘樹

STM32L4的最高主頻到80M，所以配置PLL，最後使HCLK = 80Mhz即可：

生成工程設置

代碼生成設置

最後設置生成獨立的初始化文件：

生成代碼

點擊GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

3. 在MDK中編寫、編譯、下載用戶代碼

重定向printf( )函數

參考：重定向printf函數到串口輸出的多種方法。

修改I2C初始化代碼的小BUG

4. 編寫SHT30驅動程序

參考SHT30數據手冊.pdf進行編程。

宏定義SHT30器件地址

先來編寫sht30_i2c_drv.h頭文件，SHT30的器件地址由ADDR端口的高低電平決定：

注意數據手冊中給出了8位數據，只有低7位用作地址，結合原理圖，可以定義如下：

/* ADDR Pin Conect to VSS */

#define	SHT30_ADDR_WRITE	0x44<<1         //10001000
#define	SHT30_ADDR_READ		(0x44<<1)+1	    //10001011

枚舉SHT30命令列表

參考數據手冊，在sht30_i2c_drv.h頭文件中給出如下枚舉定義：

typedef enum
{
    /* 軟件復位命令 */

    SOFT_RESET_CMD = 0x30A2,	
    /*
    單次測量模式
    命名格式：Repeatability_CS_CMD
    CS： Clock stretching
    */
    HIGH_ENABLED_CMD    = 0x2C06,
    MEDIUM_ENABLED_CMD  = 0x2C0D,
    LOW_ENABLED_CMD     = 0x2C10,
    HIGH_DISABLED_CMD   = 0x2400,
    MEDIUM_DISABLED_CMD = 0x240B,
    LOW_DISABLED_CMD    = 0x2416,

    /*
    週期測量模式
    命名格式：Repeatability_MPS_CMD
    MPS：measurement per second
    */
    HIGH_0_5_CMD   = 0x2032,
    MEDIUM_0_5_CMD = 0x2024,
    LOW_0_5_CMD    = 0x202F,
    HIGH_1_CMD     = 0x2130,
    MEDIUM_1_CMD   = 0x2126,
    LOW_1_CMD      = 0x212D,
    HIGH_2_CMD     = 0x2236,
    MEDIUM_2_CMD   = 0x2220,
    LOW_2_CMD      = 0x222B,
    HIGH_4_CMD     = 0x2334,
    MEDIUM_4_CMD   = 0x2322,
    LOW_4_CMD      = 0x2329,
    HIGH_10_CMD    = 0x2737,
    MEDIUM_10_CMD  = 0x2721,
    LOW_10_CMD     = 0x272A,
	/* 週期測量模式讀取數據命令 */
	READOUT_FOR_PERIODIC_MODE = 0xE000,
} SHT30_CMD;

發送命令函數

/**
 * @brief	向SHT30發送一條指令(16bit)
 * @param	cmd —— SHT30指令（在SHT30_MODE中枚舉定義）
 * @retval	成功返回HAL_OK
*/
static uint8_t	SHT30_Send_Cmd(SHT30_CMD cmd)
{
    uint8_t cmd_buffer[2];
    cmd_buffer[0] = cmd >> 8;
    cmd_buffer[1] = cmd;
    return HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, SHT30_ADDR_WRITE, (uint8_t* cmd_buffer, 2, 0xFFFF);
}

復位函數

/**
 * @brief	復位SHT30
 * @param	none
 * @retval	none
*/
void SHT30_reset(void)
{
    SHT30_Send_Cmd(SOFT_RESET_CMD);
    HAL_Delay(20);
}

SHT30工作模式初始化函數（週期測量模式）

/**
 * @brief	初始化SHT30
 * @param	none
 * @retval	成功返回HAL_OK
 * @note	週期測量模式
*/
uint8_t SHT30_Init(void)
{
    return SHT30_Send_Cmd(MEDIUM_2_CMD);
}

從SHTY30讀取一次數據（週期測量模式下）

從SHT30數據手冊中可以得到在週期測量模式下讀取一次數據的時序，如圖：

根據該時序可以看出，首先要發送讀數據的命令，然後接收6個字節的數據，編寫程序如下：

/**
 * @brief	從SHT30讀取一次數據
 * @param	dat —— 存儲讀取數據的地址（6個字節數組）
 * @retval	成功 —— 返回HAL_OK
*/
uint8_t SHT30_Read_Dat(uint8_t* dat)
{
	SHT30_Send_Cmd(READOUT_FOR_PERIODIC_MODE);
	return HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, SHT30_ADDR_READ, dat, 6, 0xFFFF);
}

從接收數據中校驗並解析溫度值和溼度值

在數據手冊中可知，SHT30分別在溫度數據和溼度數據之後發送了8-CRC校驗碼，確保了數據可靠性。

CRC-8校驗程序如下：

#define CRC8_POLYNOMIAL 0x31

uint8_t CheckCrc8(uint8_t* const message, uint8_t initial_value)
{
    uint8_t  remainder;	    //餘數
    uint8_t  i = 0, j = 0;  //循環變量

    /* 初始化 */
    remainder = initial_value;

    for(j = 0; j < 2;j++)
    {
        remainder ^= message[j];

        /* 從最高位開始依次計算  */
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            if (remainder & 0x80)
            {
                remainder = (remainder << 1)^CRC8_POLYNOMIAL;
            }
            else
            {
                remainder = (remainder << 1);
            }
        }
    }

    /* 返回計算的CRC碼 */
    return remainder;
}

計算溫度值和溼度值的公式在數據手冊中已給出，如圖：

接下來編寫解析數據的函數：

/**
 * @brief	將SHT30接收的6個字節數據進行CRC校驗，並轉換爲溫度值和溼度值
 * @param	dat  —— 存儲接收數據的地址（6個字節數組）
 * @retval	校驗成功  —— 返回0
 * 			校驗失敗  —— 返回1，並設置溫度值和溼度值爲0
*/
uint8_t SHT30_Dat_To_Float(uint8_t* const dat, float* temperature, float* humidity)
{
	uint16_t recv_temperature = 0;
	uint16_t recv_humidity = 0;
	
	/* 校驗溫度數據和溼度數據是否接收正確 */
	if(CheckCrc8(dat, 0xFF) != dat[2] || CheckCrc8(&dat[3], 0xFF) != dat[5])
		return 1;
	
	/* 轉換溫度數據 */
	recv_temperature = ((uint16_t)dat[0]<<8)|dat[1];
	*temperature = -45 + 175*((float)recv_temperature/65535);
	
	/* 轉換溼度數據 */
	recv_humidity = ((uint16_t)dat[3]<<8)|dat[4];
	*humidity = 100 * ((float)recv_humidity / 65535);
	
	return 0;
}

5. 測試SHT30驅動程序

在main函數中對該驅動進行測試，在main.c中添加如下代碼：

#include <stdio.h>
#include "sht30_i2c_drv.h"

int main(void)
{
    /* USER CODE BEGIN 1 */
    uint8_t recv_dat[6] = {0};
    float temperature = 0.0;
    float humidity = 0.0;
    /* USER CODE END 1 */

    HAL_Init();

    SystemClock_Config();

    MX_GPIO_Init();
    MX_I2C1_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    /* USER CODE BEGIN 2 */
    SHT30_Reset();
    if(SHT30_Init() == HAL_OK)
        printf("sht30 init ok.\n");
    else
        printf("sht30 init fail.\n");
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
		
    /* USER CODE BEGIN 3 */
		HAL_Delay(1000);
		if(SHT30_Read_Dat(recv_dat) == HAL_OK)
		{
			if(SHT30_Dat_To_Float(recv_dat, &temperature, &humidity)==0)
			{
				printf("temperature = %f, humidity = %f\n", temperature, humidity);
			}
			else
			{
				printf("crc check fail.\n");
			}
		}
		else
		{
			printf("read data from sht30 fail.\n");
		}
	}
  /* USER CODE END 3 */
}

測試結果如圖：

至此，我們已經學會如何使用硬件IIC接口讀取溫溼度傳感器數據並使用軟件CRC校驗（SHT30），下一節將講述如何使用硬件CRC校驗SHT30的數據。