代码收藏家 《探索室内环境：使用SHT30温湿度传感器的实验》（附带代码）
一、导言
SHT30温湿度传感器模块是通过IIC驱动，所以大家使用该模块时，需要具备IIC的基本知识，这篇文章带领大家一起使用SHT30模块进行温湿度的测量，当然DHT10/DHT10原理都一样，好了，一起来学习学习吧！
二、IIC知识
1、IIC总线介绍
I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。由于其管脚少，硬件实现简单，可扩展性强等特点，因此被广泛的使用在各大集成芯片内。下面我们就从IIC的物理层和协议层来了解IIC
1.1、IIC物理层
物理层：
（1）它是一个支持多设备的总线
（2）I2C 总线只使用两条总线线路，SDA、SCL。
（3）每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。
（4）总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
（5）多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
（6）具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚
不支持高速模式。
（7）连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制。
1.2、IIC协议层
（1）数据有效性规定
如上图可以看到，当时钟线SCL为高电平时，并且SDA为高电平时，数据要求稳定，即不允许变化，SCL为高电平就是SDA的载体，当时钟线SCL为低电平时，这时候允许SDA的数据发生变化，即可以允许数据传送，所以通过时序图我们就能很好的进行编程，很容易上手IIC。（注意：每次传输都以字节为单位）
（2）开始信号和停止信号
如上图可以看到，当时钟线SCL为高电平时，并且SDA由高电平变为低电平，这时候表明已经启动了IIC，后面我们在程序中也是这样去进行设计，非常方便，灵位当时钟线SCL为高电平，并且SDA由低电平变为高电平，这时候表明已经停止了IIC。从这里大家可以看到，不管是开始IIC还是停止IIC，时钟线都是保持高电平才行，只有SDA的电平有变化。
（3）应答（ACK）与非应答信号（NACK）
如上图可以看到，当IIC启动之后，就开始传输数据，前面说过IIC传输是以字节为单位进行传输，例如一个字节8位，那么首先IIC先将8位进行传输，传输完成之后，后面紧跟着第9位，表示应答位，什么意思呢？也就是说只要一个字节8位必须正确按位传输，当传输完成之后，从机就会响应数据是否传输正确，如果正确，则从机响应应答信号，将SDA置为低电平表示应答，如果传输错误从机响应非应答信号，将SDA置为高电平，主机产生一个终止信号，终止本次数据的传输，然后主机再开启下一次传输。所以通过这个时序图可以看出，每一个字节传输完成之后，后面都需要紧跟着一个应答位/非应答位。
（4）总线的寻址方式
总线的寻址方式一般有两种，一种是7位寻址，另一种是10位寻址，通常采用7位进行寻址，也就是传输设备的地址是7位，7位寻址时序图如下：
如上图可以看到，总线传输是以字节传输，当以7位寻址的时候，前7位表示从机地址，第8位表示主机是写还是读；首先要清楚为什么要寻址（7位）？前面讲过，挂接在IIC总线上的设备有很多，这时候总线就会为挂接在总线上的设备分配唯一的地址，类似于路由器给连接在路由器上的WIFI设备分配不同且唯一的IP地址，所以主机就可以根据地址跟不同的设备进行通信，讲清楚了前7位，然后讲第8位；第8位表示从机是从主机接收数据，还是向主机写数据。
（5）总线的数据传输方式
I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/W），用“0”表示主机发送（写）数据（W），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。如下所示：S表示IIC开始信号，0表示主机写入从机，1表示主机从从机读取，A表示应答信号，非A表示非应答信号，P表示停止信号
第一种传输方式：主机向从机发送数据，数据传输方向在整个传输过程不变
第二种传输方式：主机在传输第一个字节后，立即从从机读取数据
第三种传输方式：在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重
复产生一次，但两次读/写方向位正好反相
三、SHT30源代码
1、sht30.c源文件
/*
设定温度阈值范围：-20℃——125℃
设定相对湿度范围：0%——100%
*/
#include"stm32f10x.h"
#include"sht30.h"
#include"stdio.h"
#define write 0 //IIC设备地址一般是7位，也有10位，本程序使用7位IIC设备地址，第8位是写命令
#define read 1 //IIC设备地址一般是7位，也有10位，本程序使用7位IIC设备地址，第8位是读命令
//IIC总线接口定义
#define SCL PBout(6)//设置时钟端口
//SHT30数据SDA传输口，有输出也有输入，所以需配置它的输入和输出
#define SDA_OUT PBout(7)//设置输出数据端口
#define SDA_IN PBin(7)//设置输入数据端口
//设置端口高8位的工作模式（具体可以参照端口位配置表），即I/O输入输出方向设置，先用与（&）对PB7引脚的四个位清0，再用或（|）置1
#define IIC_INPUT_MODE_SET() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=8<<28;}//改变PB7对应位为1000（CNF[1:0]MODE[1:0]），设置成上拉或者下拉输入
#define IIC_OUTPUT_MODE_SET() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=3<<28;}//改变PB7对应位为0011，设置成通用推挽输出
//#define IIC_INPUT_MODE_SET() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=8<<12;}//改变PB7对应位为1000（CNF[1:0]MODE[1:0]），设置成上拉或者下拉输入
//#define IIC_OUTPUT_MODE_SET() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=3<<12;}//改变PB7对应位为0011，设置成通用推挽输出
//定义温湿度存储变量
u8 humiture_buff1[20];
void SHT30_Init(void)//初始化SHT30的SCL与SDA接口
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;//定于SCL连接到STM32的PB6引脚上，定于SDA_OUT/SDA_IN连接到STM32的PB7引脚上
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
SCL=1;//根据SHT30时序要求，默认时序是高电平（SDA拉低时，SCL跟着拉低，开始数据的传输）
SDA_OUT=1;//高电平还未开始数据的传输，拉低时开始数据的传输
}
//主机发送确认字符ACK
void IIC_ACK(void)//IIC协议，需要主机发送确认字符ACK来判断数据是否接收无误
{
IIC_OUTPUT_MODE_SET();//配置PB7的SDA输出为推挽输出模式
SCL=0;
delay_us(2);
SDA_OUT=0;
delay_us(2);
SCL=1;//数据接收完成之后，将SCL拉高，以便与后面主机发送ACK给从机
delay_us(2);
SCL=0;//数据接收完成，主机发送ACK
delay_us(1);
}
//主机不发送确认字符ACK
void IIC_NACK(void)//IIC协议，数据传输未完成或者数据传输有误，主机不发送确认字符ACK
{
IIC_OUTPUT_MODE_SET();//配置PB7的SDA输出为推挽输出模式
SCL=0;
delay_us(2);
SDA_OUT=1;
delay_us(2);
SCL=1;
delay_us(2);
SCL=0;
delay_us(1);
}
//主机等待从机的确认字符ACK
u8 IIC_wait_ACK(void)//主机等待从机发送ACK，从而判断数据是否接收完成
{
u8 t = 200;
IIC_OUTPUT_MODE_SET();
SDA_OUT=1;//8位发送完后释放数据线，准备接收应答位
delay_us(1);
SCL=0;
delay_us(1);
IIC_INPUT_MODE_SET();
delay_us(1);
while(SDA_IN)//等待SHT30应答
{
t--;
delay_us(1);
if(t==0)
{
SCL=0;
return 1;
}
delay_us(1);
}
delay_us(1);
SCL=1;
delay_us(1);
SCL=0;
delay_us(1);
return 0;
}
//启动IIC总线进行通讯,发送IIC通讯的起始条件
void IIC_Start(void)//启动IIC通讯
{
IIC_OUTPUT_MODE_SET();//设置PB7的SDA为推挽输出
SDA_OUT=1;//根据SHT30时序，启动之前，SDA配置为高电平
SCL=1;根据SHT30时序，启动之前，SCL配置为高电平
delay_us(4);//延时4us，给硬件一个反应时间
SDA_OUT=0;//SDA引脚拉低，开始数据的传输
delay_us(4);
SCL=0;//SCL拉低，与SDA对应，响应SDA数据的拉低，表示正式开始数据的传输
}
//结束IIC总线通讯，发送IIC通讯的结束条件
void IIC_Stop(void)
{
IIC_OUTPUT_MODE_SET();
SCL=0;//结束IIC通讯之前，查看SCL是否是拉低状态
SDA_OUT=0;//结束IIC通讯之前，查看SDA是否是拉低状态
delay_us(4);
SCL=1;//将时钟拉高，表示已经结束IIC通讯
delay_us(4);
SDA_OUT=1;//将数据传输引脚拉高，表示正式结束数据的传输
delay_us(4);
}
//将byte数据发送出去
void IIC_SendByte(u8 byte)
{
u8 Count;
IIC_OUTPUT_MODE_SET();
SCL=0;//将时钟拉低，开始数据的传输
for(Count=0;Count<8;Count++)//要传送的数据长度为8位
{
if(byte&0x80) SDA_OUT=1;//判断发送位，发送位为1，则还未发送数据
else SDA_OUT=0; //判断发送位为0，则开始数据的发送
byte<<=1;
delay_us(2);
SCL=1;
delay_us(2);
SCL=0;
delay_us(2);
}
}
// 用来接收从器件传来的数据
u8 IIC_RcvByte(void)
{
u8 retc;
u8 Count;
retc=0;
IIC_INPUT_MODE_SET();//配置数据线为输入方式
delay_us(1);
for(Count=0;Count<8;Count++)
{
SCL=0;//配置时钟线为低，准备接收数据位
delay_us(2);
SCL=1;//配置时钟线为高使数据线上数据有效
retc=retc<<1;
if(SDA_IN) retc |=1;//读数据位,接收的数据位放入retc中
delay_us(1);
}
SCL=0;
return(retc);
}
//用来接收从器件采集并合成温湿度
void SHT30_read_result(u8 addr)
{
//SHT30有两种读取数值的方法，分别是状态查询和数值查询，这里我使用的是数值查询，发送指令为0x2C06
u16 tem,hum;//定义存放温湿度计算公式的变量
u16 buff[6];//定义6个字节的数组，存放温度高、低八位，湿度高、低八位，两个字节的CRC校验位
float Temperature=0;//定义存放温度拼接的变量Temperature，初始化温度为0
float Humidity=0;//定义存放湿度拼接的变量Humidity，初始化湿度为0
//发送指令为0x2C06（默认）
IIC_Start();
IIC_SendByte(addr<<1 | write);//写7位I2C设备地址加0作为写取位,1为写取位
IIC_wait_ACK();
// delay_us(1);
IIC_SendByte(0x2C);//前半段发送指令为0x2C
IIC_wait_ACK();
// delay_us(1);
IIC_SendByte(0x06);//后半段发送指令为0x06
IIC_wait_ACK();
// delay_us(1);
IIC_Stop();
delay_ms(50);
IIC_Start();
IIC_SendByte(addr<<1 | read);//写7位I2C设备地址加1作为读取位,1为读取位
//SHT30返回的数值是6个元素的数组
if(IIC_wait_ACK()==0)
{
// delay_us(1);
buff[0]=IIC_RcvByte();//返回温度高8位
IIC_ACK();
buff[1]=IIC_RcvByte();//返回温度低8位
IIC_ACK();
buff[2]=IIC_RcvByte();//温度crc校验位
IIC_ACK();
buff[3]=IIC_RcvByte();//返回湿度高8位
IIC_ACK();
buff[4]=IIC_RcvByte();//返回湿度低8位
IIC_ACK();
buff[5]=IIC_RcvByte();//湿度crc校验位
IIC_NACK();
IIC_Stop();
}
// tem = (buff[0]<<8) + buff[1];
// hum = (buff[3]<<8) + buff[4];
tem = ((buff[0]<<8) | buff[1]);//将buff[0]采集到的温度8位数据与buff[1]采集到的低8位数据相或，实现温度拼接
hum = ((buff[3]<<8) | buff[4]);//将buff[3]采集到的湿度8位数据与buff[4]采集到的低8位数据相或，实现湿度拼接
//查询SHT30数据手册可知，温湿度的计算方法如下
Temperature= 175.0*(float)tem/65535.0-45.0 ;// T = -45 + 175 * tem / (2^16-1)
Humidity= 100.0*(float)hum/65535.0;// RH = hum*100 / (2^16-1)
if((Temperature>=-20)&&(Temperature<=125)&&(Humidity>=0)&&(Humidity<=100))//设定温度和湿度的阈值，超过这个阈值则返回错误提示
{
printf("温度：%6.2f℃\r\n",Temperature);
printf("湿度：%6.2f%%\r\n",Humidity);
}
else
{
printf("温湿度超过给定阈值！\r\n");
}
hum=0;
tem=0;
}
2、sht30.h头文件
#ifndef _SHT30_H
#define _SHT30_H
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "stdio.h"
#include "usart.h"
#include "string.h"
extern u8 humiture_buff1[20];
void SHT30_Init(void);
void IIC_ACK(void);//确认字符，表示发来的数据已经确认接收无误
void IIC_NACK(void);//无确认字符，表示数据接收有误或者还未接收完成
u8 IIC_wait_ACK(void);//等待接收确认字符
void IIC_Start(void);//等待IIC传输数据开始
void IIC_Stop(void);//IIC传输数据停止
void IIC_SendByte(u8 byte);//IIC发送数据
u8 IIC_RcvByte(void);//IIC接收数据
void SHT30_read_result(u8 addr);//SHT30温湿度传感器开始读取数据
#endif
3、main.c主函数
/*
本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其他用途！
开 发 板：普中STM32-F1开发板
实验项目：基于STM32F103ZET6的SHT30温湿度检测实验
作 者：xxx//姓名暂时隐藏，有问题可以联系我下面邮箱
邮 箱：Zhangyc_Engineer@qq.com
日 期：2022年06月08日
版权所有，盗版必究。
*/
#include"stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "SHT30.h"
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 设置中断优先级分组2
delay_init(); //延时函数初始化
uart_init(9600); //串口初始化为9600
SHT30_Init();//初始化SHT30
printf("SHT30初始化正常，已准备就绪！\r\n");
while(1)
{
SHT30_read_result(0x44);//ADDR寄存器，地址选择引脚，接GND地址为0x44，接VDD地址为0x45
delay_ms(1000);
}
}
四、总结
1、时序图一定要去认真看懂，对应的源代码程序都是按照时序图一步一步去搭建的，如果自己私下里搭建的时候遇到错误，再返回来看看我的程序怎么去搭建的。
2、源代码中以下三个头文件的源代码我没有给大家贴出来：
#include “delay.h”
#include “sys.h”
#include “usart.h”
首先delay只是为了延时，然后sys只是系统配置，最后usart只是为了打印，所以这三个文件大家可以参考其他机构写的代码，例如正点原子
3、大家只有从底层去了解IIC，才能很好的掌握IIC，目前很多图形化界面，例如：STM32CubeMX就不需要手动去写IIC，直接在软件上配置即可。
4、温度和湿度转换公式已经贴在sht30.c文件里，大家也可以查看sht30官方推出的数据手册查看
5、文章开头IIC原理大家一定要认真看，每个字每个字认真看，我相信你看了会对IIC的认识更深一点
