请问STM32+HTU21D如何获取温湿度数据？

平台：Keil MDK 5 +STM32F103c8t6
软件： C语言+ST标准固件库 3.5版
接口：软件模拟IIC, 开漏输出模式
/************************************************************************************************************/

一、引脚
    HTU21D引脚如下表所示，采用DFN封装，所以在绘制PCB时尽量将引脚焊盘向外多预留出1~2mm，有利于焊接。

  典型线路连接图

  1、采用两线制传输数据，SCK-时钟信号，SDA-数据，类似于IIC总线，手册中提到SCK、SDA线长最长不超过10cm,否则可能造成数据干扰或者丢失。
  2、HTU21D(F)传感器的电源电压必须在1.5VDC - 3.6VDC范围内。推荐的电源电压为3VDC(稳压)，为了方便3.3V即可。
  3、单片机引脚设置为开漏模式下，需要在数据线SCK和SDA上加10K上拉电阻；引脚配置上拉模式可以不加。为了安全起见，建议外部加上拉电阻。
  4、VDD和GND之间的放置100nF去耦电容，并且尽可能靠近传感器。
  5、SCK时钟信号最大400KHz,一般使用软件模式，基本不会超。
  6、引脚初始化，将stm32引脚初始化为开漏模式,至于为什么设置为开漏模式，自行百度,“IIC为什么配置开漏模式  ”
以下是引脚初始化

#define HTU_I2C_SCL_OUT   PB_OUT(5)
#define HTU_I2C_SDA_OUT   PB_OUT(6)
#define HTU_I2C_SDA_IN    PB_IN(6)


/*I2C引脚初始化函数*/
void HTU_I2CInit(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //使能GPIOB时钟      
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6);           //SCL和SDA初始输出高电平
    //先设置引脚电平可以避免IO初始化过程中可能产生的毛刺

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6;  //选择SCL和SDA引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;      //选择开漏输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;     //输出速率10MHz
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
注意：有些童鞋在使用软件模式IIC时，经常需要将SDA引脚频换切换引入与输出模式。由于STM32引脚结构，再此不需要设置为输入状态也能读取引脚数据，具体原因，有兴趣的同学可以查看STM32的引脚结构，一看便知，不再赘述。

二、HTU21D IIC 时序


HTU21D可以采用IIC总线进行操作，也就是可以使用标准IIC去读写。关于IIC总线，再此不在多讲，不会的自行百度即可，下面直接贴代码。


HTU21D的器件地址长度为7位(地址0x40，0b1000000), 通讯时，先发送起始位+7位地址+W/R位+ACK。
其中W/R位,0-表示写数据，1-表示读数据。


1、起始信号，启动传输时，必须发出一个起始位。在SCK为高时降低数据线，然后降低SCK。


/* 产生总线起始信号 */
void HTU_I2CStart(void)
{
    HTU_I2C_SDA_OUT = 1; //首先确保SDA、SCL都是高电平
    HTU_I2C_SCL_OUT = 1;
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SDA_OUT = 0; //先拉低SDA
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SCL_OUT = 0; //再拉低SCL
}
2、停止信号，停止传输时，必须发出一个停止位。当SCK为高时，在SCK升高之前的SDA线拉高。


/* 产生总线停止信号 */
void HTU_I2CStop(void)
{
    HTU_I2C_SCL_OUT = 0; //首先确保SDA、SCL都是低电平
    HTU_I2C_SDA_OUT = 0;
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SCL_OUT = 1; //先拉高SCL
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SDA_OUT = 1; //再拉高SDA
    delay_us(5);
}
3、ACK应答


再此特别说明下ACK应答


0：表示从机应答，可以继续下一步操作；
1：表示从机非应答，不能进行下一步操作


由于从机接收到数据响应后会拉低数据线，也就是发送0 表示接收到数据。 因此主机在操作后读取ACK应答位，可以判断从机状态。为了符合正常逻辑


我们对读到的ACK位进行取反操作，也就是从机发送0 表示应答，但是通常 0表示 错误或者失败，所对0 进行取反 得到1，表示检测到应答位。反之，从机返回1，取反得 0，表示未检测到应答。





4、写入一个字节数据


/* I2C总线写操作，dat-待写入字节，返回值-从机应答位的值 */
u8 HTU_I2CWrite(u8 dat)
{
    int i;
    u8 ack;   //用于暂存应答位的值
   
    for (i=0; i<8; i++)  //循环将8bit数据输出到总线上
    {
        HTU_I2C_SDA_OUT = (dat&0x80) ? 1 : 0; //将最高位的值输出到SDA上
        delay_us(5);
        HTU_I2C_SCL_OUT = 1; //拉高SCL
        delay_us(5);
        HTU_I2C_SCL_OUT = 0; //再拉低SCL，完成一个位周期
        dat <<= 1;       //左移将次高位变为最高位，实现高位在先低位在后的发送顺序
    }
    HTU_I2C_SDA_OUT = 1;  //8位数据发送完后，主机释放SDA，以检测从机应答
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SCL_OUT = 1;  //拉高SCL
    ack = HTU_I2C_SDA_IN; //读取此时的SDA值，即为从机的应答值
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SCL_OUT = 0;  //再拉低SCL完成应答位，并保持住总线        
    delay_us(5);
   
    return (!ack); //应答值取反以符合通常的逻辑：
                   //0=不存在或忙或写入失败，1=存在且空闲或写入成功
}
5、读取一个字节数据


/* I2C总线读取8位数据，返回值-读到的字节 */
u8 HTU_I2CRead(void)
{
    int i;
    u8 dat = 0; //数据接收变量赋初值0
   
    HTU_I2C_SDA_OUT = 1;    //首先确保主机释放SDA
    for (i=0; i<8; i++) //循环将总线上的8bit数据读入dat中
    {
        delay_us(5);
        HTU_I2C_SCL_OUT = 1;    //拉高SCL
        dat <<= 1;          //左移将己读到的位向高位移动，实现高位在先低位在后的接收顺序
        if(HTU_I2C_SDA_IN != 0) //读取SDA的值到dat最低位上
        {
            dat |= 0x01;    //SDA为1时设置dat最低位为1，SDA为0时无操作，即仍为初始值的0
        }
        delay_us(5);
        HTU_I2C_SCL_OUT = 0;    //再拉低SCL，以使从机发送出下一位
    }
    return dat;
}

/* I2C总线读操作，并发送非应答信号，返回值-读到的字节 */
u8 HTU_I2CReadNAK(void)
{
    u8 dat;
   
    dat = HTU_I2CRead();  //读取8位数据
    HTU_I2C_SDA_OUT = 1;  //8位数据读取完后，拉高SDA，发送非应答信号
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SCL_OUT = 1;  //拉高SCL
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SCL_OUT = 0;  //再拉低SCL完成非应答位，并保持住总线
    delay_us(5);
   
    return dat;
}

/* I2C总线读操作，并发送应答信号，返回值-读到的字节 */
u8 HTU_I2CReadACK(void)
{
    u8 dat;
   
    dat = HTU_I2CRead();  //读取8位数据
    HTU_I2C_SDA_OUT = 0;  //8位数据读取完后，拉低SDA，发送应答信号
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SCL_OUT = 1;  //拉高SCL
    delay_us(5);
    HTU_I2C_SCL_OUT = 0;  //再拉低SCL完成应答位，并保持住总线
    delay_us(5);
   
    return dat;





上面为 No Hold Master模式下的发送指令读取温度数据的时序。
写数据流程：发送起始位 >>  写入0x80(器件地址0x40+写模式0, 0b10000000)  >> 检测ACK应答  >> 写入数据  >>检测ACK应答 >> 直至写完所有数据
读数据流程  发送起始位 >>  写入0x81(器件地址0x40+读模式1, 0b10000001)  >> 检测ACK应答  >> 读取数据  >>检测ACK应答 >> 最后1字节数据不需要检测ACK应答。
注意：读去温湿度数据时，如果如果写入0x81 ,没有检测到ACK应答 说明传感器内部未转换完毕。

6、写入多个字节数据


* HTU写数据 ；pbdata-数据指针，len-数据长度*/
u8 HTU_WriteBytes(u8 *pbdata, u8 len)
{
        u8 res = 0;
        u8 i = 0;
        u8 num = 0;
       
        do { //用寻址操作查询当前是否可进行读写
        HTU_I2CStart();
        if (HTU_I2CWrite(0x40<<1)) //寻址器件，写操作，应答则跳出循环，否则继续查询
        {
            break;
        }
        HTU_I2CStop();
                if(num++ > 100) //连续100次读取失败
                {
                        return 0; //未查找到器件
                }
                delay_us(5);
    } while(1);                
        for (i=0; i         {
                res = HTU_I2CWrite(pbdata);
                if (res == 0)//写入失败
                {
                        HTU_I2CStop();
                        return 0;
                }
        }
        HTU_I2CStop();
       
        return 1; //写入成功
       
}
7、读取多个字节数据


/* HTU读数据 pbdata-数据指针，len-数据长度*/
u8 HTU_ReadBytes(u8 *pbdata, u16 len)
{
        u8 res = 0;
        u8 i = 0;
        u8 num = 0;
       
        do { //用寻址操作查询当前是否可进行读写
        HTU_I2CStart();
        if (HTU_I2CWrite(0x40<<1 | 0x01)) //寻址器件，读操作，读操作应答则跳出循环，否则继续查询
        {
            break;
        }
        HTU_I2CStop();
                if(num++ > 100) //连续100次读取失败
                {
                        return 0; //寻址失败，未发现器件
                }
                delay_us(5);
    } while(1);       
        for (i=0; i         {
                *pbdata++ = HTU_I2CReadACK(); //写入数据
        }
        *pbdata  = HTU_I2CReadNAK(); //最后1字节数据非应答
        HTU_I2CStop();

        return 1;
}


三、HTU21D驱动函数
传感器通信有两种不同的操作模式:保持主模式和不保持主模式。
保持主模式，SCK线在测量过程中被阻塞(由HTU21D(F)传感器控制)，也就是IIC总线只能挂在一个HTU21D传感器 ，不能挂载多个IIC器件
不保持主模式下，SCK线在传感器处理测量过程中保持开放进行其他通信。可以挂载多个IIC器件。通常我们选择不保持主模式。
下面是HTU21D的操作指令


#define HTDU21D_ADDRESS              0x40  //Unshifted 7-bit I2C address for the sensor
#define HOLD_TEMP_MEASURE            0xE3
#define HOLD_HUMD_MEASURE            0xE5
#define NOHOLD_TEMP_MEASURE          0xF3
#define NOHOLD_HUMI_MEASURE          0xF5
#define WRITE_USER_REG               0xE6
#define READ_USER_REG                0xE7
#define SOFT_RESET                   0xFE
1、上电，上电后需要等待15ms,传感器从休眠状态唤醒
2、软件复位，时序如下所示：

   
/* 软件复位 */
void HTU_Reset(void)
{
        u8 num = 0;
       
        do { //用寻址操作查询当前是否可进行读写
        HTU_I2CStart();
        if (HTU_I2CWrite(0x40<<1)) //寻址器件，应答则跳出循环，否则继续查询
        {
            break;
        }
        HTU_I2CStop();
                if(num++ > 100)
                {
                        break; //寻址失败，跳出
                }
    } while(1);       
        HTU_I2CWrite(SOFT_RESET);                //软复位
        HTU_I2CStop();
        delay_ms(15);                 //软复位时间最多需要15ms
}
2、用户寄存器
HTU21D拥有一个8位的User register 用于控制传感器状态。寄存器默认值为 0x01，
寄存器各个数据为信息如下表所示：


   (1)、设置User register
   设置寄存器需要发送0xE6 指令，之后写入要设置的数据即可，写User register时序如下：


/* 设置HTU21D 用户寄存器 */
u8 HTU_Set_UserReg(u8 data)
{
        u8 cmd[2];
       
        cmd[0] = WRITE_USER_REG;
        cmd[1] = data;
        HTU_WriteBytes(cmd, 2);//发送写寄存器指令和待写入数据
}
(2)、读取User register
读取寄存器需要发送0xE5 指令，之后读取数据即可，读User register时序如下：

/
/* 读取HTU21D 用户寄存器 */
u8 HTU_Read_UserReg(void)
{
        u8 cmd = READ_USER_REG;
        u8 data = 0;
       
        HTU_WriteBytes(&cmd, 1);//发送读寄存器指令
        HTU_ReadBytes(&data, 1);//读取寄存器数据
       
        return data; //返回寄存器数据
}
3、读取温度和湿度数据
读取温湿度数据与操作User register  一样需要先发送操作指令，高速传感器要读取说明数据。由于HTU21D分为HOLD和 NO HOLD 两种模式，因此每种数据对应两种指令。
本文以No Hold Master 模式下操作。读取温度时发送 0xF3, 读取湿度时发送0xF5。
发送读取指令后，传感器输出3字节数据，数据内容为  14位数据+2位状态信息+8位CRC校验
数据：占14位字节，数据按照MSB（高位在前，低位在后）
状态信息：占2字节，高字节表示数据状态， 0-温度 1-湿度；低字节保留，默认为0
CRC：占8字节，按照X8 + X5 + X4 + 1模式编码，

读数据时序如下：

获得数据后还要根据官方文档提供的公式转换为温湿度值，温湿度转换公式如下：



（1）读取温度数据


/* 获取温度数据 */
u8 HTU_Get_NoHold_Temp(float *t)
{
        u8 cmd = 0;
        u8 num = 0;
        u8 data[3]={0};
        u8 crc = 0;
        u16 buf = 0;
       
       
        cmd = NOHOLD_TEMP_MEASURE;
        HTU_WriteBytes(&cmd, 1); //发送读取温度命令
        delay_ms(50);
        while(HTU_ReadBytes(data, 3)) //读取转换数据和校验数据
        {
                if(num++ >100)
                {
                        return 0; //读取失败
                }
        }
       
        crc = Get_CRC8(data, 2); //根据读取的数据生产CRC校验码
        if(crc != data[2]) //CRC校验错误
        {
                return 0; //数据无效
        }
        buf = data[0]<<8 | data[1]; //获取温度数据
        *t = (float)(175.72f * buf /65535.0f -46.85f);
       
        return 1;
}


（2）获取湿度数据


/* 获取湿度数据 */
u8 HTU_Get_NoHold_Humi(float *h)
{
        u8 cmd = 0;
        u8 num = 0;
        u8 data[3]={0};
        u8 crc = 0;
        u16 buf = 0;
       
       
        cmd = NOHOLD_HUMI_MEASURE;
        HTU_WriteBytes(&cmd, 1); //发送读取湿度命令
        delay_ms(50);
        while(HTU_ReadBytes(data, 3)) //读取转换数据和校验数据
        {
                if(num++ >100)
                {
                        return 0; //读取失败
                }
        }
        crc = Get_CRC8(data, 2); //根据读取的数据生产CRC校验码
        if(crc != data[2]) //CRC校验错误
        {
                return 0; //数据无效
        }
        buf = data[0]<<8 | data[1]; //获取温度数据
        *h = (float)(125.0f * buf /65535.0f - 6);
       
        return 1;
}


（3）获取温湿度数据


/* 获取温湿度数据 */
void Get_HTUData(float *temp, float *humi)
{
        HTU_Get_NoHold_Temp(temp);
        HTU_Get_NoHold_Humi(humi);
}






4、读取数据是对数据进行了CRC校验，这里也可以不用判断CRC校验，为了安全起见，建议增加CRC校验。


一下是CRC校验代码


static const unsigned char crc_table[] =
{
    0x00,0x31,0x62,0x53,0xc4,0xf5,0xa6,0x97,0xb9,0x88,0xdb,0xea,0x7d,0x4c,0x1f,0x2e,
    0x43,0x72,0x21,0x10,0x87,0xb6,0xe5,0xd4,0xfa,0xcb,0x98,0xa9,0x3e,0x0f,0x5c,0x6d,
    0x86,0xb7,0xe4,0xd5,0x42,0x73,0x20,0x11,0x3f,0x0e,0x5d,0x6c,0xfb,0xca,0x99,0xa8,
    0xc5,0xf4,0xa7,0x96,0x01,0x30,0x63,0x52,0x7c,0x4d,0x1e,0x2f,0xb8,0x89,0xda,0xeb,
    0x3d,0x0c,0x5f,0x6e,0xf9,0xc8,0x9b,0xaa,0x84,0xb5,0xe6,0xd7,0x40,0x71,0x22,0x13,
    0x7e,0x4f,0x1c,0x2d,0xba,0x8b,0xd8,0xe9,0xc7,0xf6,0xa5,0x94,0x03,0x32,0x61,0x50,
    0xbb,0x8a,0xd9,0xe8,0x7f,0x4e,0x1d,0x2c,0x02,0x33,0x60,0x51,0xc6,0xf7,0xa4,0x95,
    0xf8,0xc9,0x9a,0xab,0x3c,0x0d,0x5e,0x6f,0x41,0x70,0x23,0x12,0x85,0xb4,0xe7,0xd6,
    0x7a,0x4b,0x18,0x29,0xbe,0x8f,0xdc,0xed,0xc3,0xf2,0xa1,0x90,0x07,0x36,0x65,0x54,
    0x39,0x08,0x5b,0x6a,0xfd,0xcc,0x9f,0xae,0x80,0xb1,0xe2,0xd3,0x44,0x75,0x26,0x17,
    0xfc,0xcd,0x9e,0xaf,0x38,0x09,0x5a,0x6b,0x45,0x74,0x27,0x16,0x81,0xb0,0xe3,0xd2,
    0xbf,0x8e,0xdd,0xec,0x7b,0x4a,0x19,0x28,0x06,0x37,0x64,0x55,0xc2,0xf3,0xa0,0x91,
    0x47,0x76,0x25,0x14,0x83,0xb2,0xe1,0xd0,0xfe,0xcf,0x9c,0xad,0x3a,0x0b,0x58,0x69,
    0x04,0x35,0x66,0x57,0xc0,0xf1,0xa2,0x93,0xbd,0x8c,0xdf,0xee,0x79,0x48,0x1b,0x2a,
    0xc1,0xf0,0xa3,0x92,0x05,0x34,0x67,0x56,0x78,0x49,0x1a,0x2b,0xbc,0x8d,0xde,0xef,
    0x82,0xb3,0xe0,0xd1,0x46,0x77,0x24,0x15,0x3b,0x0a,0x59,0x68,0xff,0xce,0x9d,0xac
};

/* 获取CRC8校验 */
u8 Get_CRC8(u8 *ptr, u8 len)
{
    u8  crc = 0x00;

    while (len--)
    {
        crc = crc_table[crc ^ *ptr++];
    }
    return (crc);
}