一、内容

学习I2C总线通信协议，使用STM32F103完成基于I2C协议的AHT20温湿度传感器的数据采集，并将采集的温度-湿度值通过串口输出。
具体任务：
编程实现：每隔2秒钟采集一次温湿度数据，并通过串口发送到上位机（win10）。

二、关于I2C

1）I2C协议

I2C总线是由Philips公司在上世纪80年代开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

I2C既是一种总线，也是一种通信协议。总线和通信协议之间的关系类似于硬件和基于此硬件的软件，同一种总线上可以跑多种协议，如在RS485总线上可以跑莫迪康的MODBUS,松下的MEWTOCOL,西门子的profibus/DP等协议；同样地，同一种协议也可以跑在不同的总线上，如上述协议还可以跑在以太网上。一言以蔽之，总线涉及的是物理层的硬件，而协议可以认为是在物理层上传递信息的约定或规则。

或者也可以这么说，在嵌入式开发中，通信协议可分为两层：物理层和协议层。物理层是数据在物理媒介传输的保障；协议层主要规定通信逻辑，如同一收发双方的数据打包、解包标准。打个比方，物理层相当于现实中的公路，而协议层则是交通规则，汽车可以在路上行驶，但是需要交通规则对行驶规则进行约束，不然将出现危险，也就是数据传输紊乱、丢包。

物理层：I2C总线协议只需要2根信号线即可完成数据的传输，这两根线分别是时钟线SCL和信号线SDA。I2C线上有且只有1个主设备Master和若干个从设备Slave，区别Master和Slave的标准是SCL，即谁是SCL的提供者，谁就是Master，而与SDA无关。这点尤其需要注意，发送SDA不能作为区别Master和Slave的标准。

协议层规约了通讯的起始停止信号、数据有效性、响应、总线仲裁、时钟同步、地址广播等内容。
I2C协议规定SDA和SCL都为高电平时总线空闲；
I2C协议规定SCL保持高电平、SDA由高变低为起始信号(start)，所有命令和数据的传输必须以起始信号为首；
I2C协议规定SCL保持高电平、SDA由低变高为终止信号(stop)。所有命令和数据的传输必须以终止信号为尾。

具体请见参考内容。

2）软件I2C

软件I2C一般是使用GPIO管脚，用软件控制SCL,SDA线输出高低电平，模拟i2c协议的时序。

3）硬件I2C

硬件I2C对应芯片上的I2C外设，有相应I2C驱动电路，其所使用的I2C管脚也是专用的，因而效率要远高于软件模拟的I2C；一般也较为稳定，但是程序较为繁琐。硬件（固件）I2C是直接调用内部寄存器进行配置；而软件I2C是没有寄存器这个概念的。

三、温湿度数据采集

1）实验器材

stm32F103C8T6芯片
AHT20芯片
USB TO TTL串口
些许杜邦线
烧录软件
串口调试助手

烧录软件可翻看之前的博客，有对应安装链接。

2）代码

主要代码如下：
①AHT20芯片的使用过程：

void  read_AHT20_once(void)
{
	delay_ms(10);

	reset_AHT20();//重置AHT20芯片
	delay_ms(10);

	init_AHT20();//初始化AHT20芯片
	delay_ms(10);

	startMeasure_AHT20();//开始测试AHT20芯片
	delay_ms(80);

	read_AHT20();//读取AHT20采集的到的数据
	delay_ms(5);
}

②AHT20芯片读取数据：

void read_AHT20(void)
{
	uint8_t   i;

	for(i=0; i<6; i++)
	{
		readByte[i]=0;
	}
	I2C_Start();//I2C启动

	I2C_WriteByte(0x71);//I2C写数据
	ack_status = Receive_ACK();//收到的应答信息
	readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C读取数据
	Send_ACK();//发送应答信息

	readByte[1]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[2]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[3]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[4]= I2C_ReadByte();
	Send_ACK();

	readByte[5]= I2C_ReadByte();
	SendNot_Ack();
	//Send_ACK();

	I2C_Stop();//I2C停止函数
	//判断读取到的第一个字节是不是0x08，0x08是该芯片读取流程中规定的，如果读取过程没有问题，就对读到的数据进行相应的处理
	if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
	{
		H1 = readByte[1];
		H1 = (H1<<8) | readByte[2];
		H1 = (H1<<8) | readByte[3];
		H1 = H1>>4;

		H1 = (H1*1000)/1024/1024;

		T1 = readByte[3];
		T1 = T1 & 0x0000000F;
		T1 = (T1<<8) | readByte[4];
		T1 = (T1<<8) | readByte[5];

		T1 = (T1*2000)/1024/1024 - 500;

		AHT20_OutData[0] = (H1>>8) & 0x000000FF;
		AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;

		AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
		AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
	}
	else
	{
		AHT20_OutData[0] = 0xFF;
		AHT20_OutData[1] = 0xFF;

		AHT20_OutData[2] = 0xFF;
		AHT20_OutData[3] = 0xFF;
		printf("读取失败！！！");

	}
	printf("\r\n");
	//根据AHT20芯片中，温度和湿度的计算公式，得到最终的结果，通过串口显示
	printf("温度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
	printf("湿度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
	printf("\r\n");
}