STM32Cube-15 | 使用硬件I2C读写温湿度传感器（SHT30）
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本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的硬件I2C外设，读取SHT30温湿度传感器的数据并通过串口发送。
1. 准备工作
硬件准备
开发板
首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：
SHT30温湿度传感器
SHT30温湿度传感器是一个完全校准的、现行的、带有温度补偿的数字输出型传感器，具有 2.4V-5.5V 的宽电压支持，使用IIC接口进行通信，最高速率可达1M并且有两个用户可选地址，除此之外，它还具有8个引脚的DFN超小封装，如图：
SHT30的原理图如下：
软件准备
需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码；
准备一个串口调试助手，这里我使用的是
Serial Port Utility；
Keil MDK和串口助手Serial Port Utility 的安装包都可以在文末关注公众号获取，回复关键字获取相应的安装包：
2.生成MDK工程
选择芯片型号
打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：
搜索并选中芯片STM32L431RCT6:
配置时钟源
如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；
这里我都使用外部时钟：
配置串口
小熊派开发板板载ST-Link并且虚拟了一个串口，原理图如下：
这里我将开关拨到AT-MCU模式，使PC的串口与USART1之间连接。
接下来开始配置USART1：
配置I2C接口
查看小熊派E53接口的原理图：
接下来开始配置I2C接口1：
配置时钟树
STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：
生成工程设置
代码生成设置
最后设置生成独立的初始化文件：
生成代码
点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：
3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码
重定向printf( )函数
参考：【STM32Cube_09】重定向printf函数到串口输出的多种方法。
修改I2C初始化代码的小BUG
4. 编写SHT30驱动程序
参考『SHT30 datasheet.pdf』进行编程。
宏定义SHT30器件地址
先来编写sht30_i2c_drv.h头文件，SHT30的器件地址由ADDR端口的高低电平决定：
注意数据手册中给出了8位数据，只有低7位用作地址，结合原理图，可以定义如下：
/* ADDR Pin Conect to VSS */
枚举SHT30命令列表
参考数据手册，在sht30_i2c_drv.h头文件中给出如下枚举定义：
typedef enum
{
/* 软件复位命令 */
SOFT_RESET_CMD = 0x30A2,
/*
单次测量模式
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,
/*
周期测量模式
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,
/* 周期测量模式读取数据命令 */
READOUT_FOR_PERIODIC_MODE = 0xE000,
} SHT30_CMD;
发送命令函数
/**
* @brief 向SHT30发送一条指令(16bit)
* @param cmd —— SHT30指令（在SHT30_MODE中枚举定义）
* @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);
}
复位函数
/**
* @brief 复位SHT30
* @param none
* @retval none
*/
void SHT30_reset(void)
{
SHT30_Send_Cmd(SOFT_RESET_CMD);
HAL_Delay(20);
}
SHT30工作模式初始化函数（周期测量模式）
/**
* @brief 初始化SHT30
* @param none
* @retval 成功返回HAL_OK
* @note 周期测量模式
*/
uint8_t SHT30_Init(void)
{
return SHT30_Send_Cmd(MEDIUM_2_CMD);
}
从SHT30读取一次数据（周期测量模式下）
从SHT30数据手册中可以得到在周期测量模式下读取一次数据的时序，如图：
根据该时序可以看出，首先要发送读数据的命令，然后接收6个字节的数据，编写程序如下：
/**
* @brief 从SHT30读取一次数据
* @param dat —— 存储读取数据的地址（6个字节数组）
* @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);
}
从接收数据中校验并解析温度值和湿度值
在数据手册中可知，SHT30分别在温度数据和湿度数据之后发送了8-CRC校验码，确保了数据可靠性。
关于CRC校验请参考我的另一篇博客：如何通俗的理解CRC校验并用C语言实现（公众号没有发表所以不能放超链接，如果有兴趣，可以访问我的博客www.mculover666.cn查看）。
CRC-8校验程序如下：
uint8_t CheckCrc8(uint8_t* const message, uint8_t initial_value)
{
uint8_t remainder; //余数
uint8_t i = 0, j = 0; //循环变量
/* 初始化 */
remainder = initial_value;
for(j = 0; j < 2;j++)
{
remainder ^= message[j];
/* 从最高位开始依次计算 */
for (i = 0; i < 8; i++)
{
if (remainder & 0x80)
{
remainder = (remainder << 1)^CRC8_POLYNOMIAL;
}
else
{
remainder = (remainder << 1);
}
}
}
/* 返回计算的CRC码 */
return remainder;
}
计算温度值和湿度值的公式在数据手册中已给出，如图：
接下来编写解析数据的函数：
/**
* @brief 将SHT30接收的6个字节数据进行CRC校验，并转换为温度值和湿度值
* @param dat —— 存储接收数据的地址（6个字节数组）
* @retval 校验成功 —— 返回0
* 校验失败 —— 返回1，并设置温度值和湿度值为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;
/* 校验温度数据和湿度数据是否接收正确 */
if(CheckCrc8(dat, 0xFF) != dat[2] || CheckCrc8(&dat[3], 0xFF) != dat[5])
return 1;
/* 转换温度数据 */
recv_temperature = ((uint16_t)dat[0]<<8)|dat[1];
*temperature = -45 + 175*((float)recv_temperature/65535);
/* 转换湿度数据 */
recv_humidity = ((uint16_t)dat[3]<<8)|dat[4];
*humidity = 100 * ((float)recv_humidity / 65535);
return 0;
}
5. 测试SHT30驱动程序
在main函数中对该驱动进行测试，在main.c中添加如下代码：
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 */
}
测试结果如图：
至此，我们已经学会如何使用硬件IIC接口读取温湿度传感器数据并使用软件CRC校验（SHT30），下一节将讲述如何使用硬件CRC校验SHT30的数据。
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