【硬件模块】SHT20温湿度传感器

SHT20是一个用IIC通信的温湿度传感器。我们知道这个就可以了。

它支持的电压范围是2.1~3.6V，推荐是3V，所以如果我们的MCU是5V的，那么就得转个电压才能用了。

IIC常见的速率有100k，400k，而SHT20是支持400k的（0.4MHz）。

SHT20的命令有上面几个，不放中文的原因是中文翻译的好烂，我直接解释一下这些是什么意思吧。

命令从上到下分别是触发温度测量（hold master），触发湿度测量（hold master），触发温度测量（no hold master），触发湿度测量（no hold master），写用户寄存器，读用户寄存器，软件复位。

其中hold master 和 no hold master 的意思就是，如果是hold，那么在测量过程中SHT20仍会霸占着IIC的总线，IIC总线上的其他设备无法占用，而no hold就是测量过程中SHT20不占用IIC总线了，一般我们用no hold master，但如果IIC总线上就SHT20一个设备，那么其实无所谓用哪一种。

而读写用户寄存器实际上就是读写配置。

一般来说要修改的就是bit0和bit7，这俩是决定我们温湿度的精度的，默认是00，也就是温度的精度是14bit，湿度的精度是12bit。除非是对采样时间有要求，否则一般情况我们是不用修改的。

接着看看时序图。从时序图可以得知SHT20的IIC从机地址是100 000，加上写命令就是0x80，加上读命令就是0x81。

我们要获取温湿度的话，首先先发送从机地址+写，接着我们发送触发测量的命令，等待测量完毕之后再发送从机地址+读，等到SHT20给我们了ACK回应之后，我们接收3个byte，分别是数据的高8位，数据的低8位，CRC校验码。如果不需要CRC校验，那么我们只需要读取前两个byte即可。

SHT20的CRC校验多项式是x8+x5+x4+1。

我们可以使用在线网站帮我们计算（或者需要在运行时校验的话就按照CRC校验的规则自己写个校验函数）。

CRC在线计算crc在线计算,循环冗余校验在线计算https://www.lddgo.net/encrypt/crc

另外在数据的低8位中的最后两位，是状态位，如果是“00”，那么表示这个数据是温度，如果是“10”则表示这个数据是湿度，但是这个其实没啥用，因为读出啥数据取决于我们之前发送的测量命令，我们要做的就是将最后两位清零，因为最大分辨率为14bit。

得到数据之后我们还需要做些处理。

湿度按照上面这个公式进行计算。

温度按照下面这个公司进行计算。

测量读取温湿度的流程就是上面这些。

读取修改用户寄存器（配置）的流程也大差不大。

如果是要读取，那么先发送从机地址+写，发送读取指令，然后再发送从机地址+读，接着接收一个byte即可。

如果是要修改，那么发送从机地址+读，发送写入指令，接着发送我们要修改的内容即可。

下面是ESP32使用ESP-IDF通过硬件I2C操作SHT20的完整示例代码。

#include <stdio.h>
#include "driver/gpio.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

#include "driver/i2c.h"

#define SHT20_SCL   5
#define SHT20_SDA   6

float SHT20_getVal(uint8_t command) {
    i2c_cmd_handle_t container = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(container);
    i2c_master_write_byte(container, 0x80, true);

    if (command == 'w') i2c_master_write_byte(container, 0xF3, true);
    else    i2c_master_write_byte(container, 0xF5, true);

    i2c_master_stop(container);
    i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, container, 100 / portTICK_PERIOD_MS);
    i2c_cmd_link_delete(container);

    vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS);

    uint8_t data_H = 0, data_L = 0;
    uint8_t CRC = 0;

    container = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(container);
    i2c_master_write_byte(container, 0x81, true);
    i2c_master_read_byte(container, &data_H, I2C_MASTER_ACK);
    i2c_master_read_byte(container, &data_L, I2C_MASTER_ACK);
    i2c_master_read_byte(container, &CRC, I2C_MASTER_NACK);
    i2c_master_stop(container);
    i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, container, 100 / portTICK_PERIOD_MS);

    i2c_cmd_link_delete(container);

    double res = ((uint16_t)data_H << 8 | data_L) & 0xFFFC;  // 把最后两位去掉,因为分辨率为14bit

    if (command == 'w')     return (res / 65536.0) * 175.72 - 46.85;
    return (res / 65536.0) * 125.0 - 6;
}

void SHT20_init(void) {
    i2c_config_t i2c_initer = {.clk_flags = 0,           // 默认时钟源
                               .master.clk_speed = 4e5,  // 400k
                               .mode = I2C_MODE_MASTER,  // 主机
                               .scl_io_num = SHT20_SCL,
                               .scl_pullup_en = true,
                               .sda_io_num = SHT20_SDA,
                               .sda_pullup_en = true};
    i2c_param_config(I2C_NUM_0, &i2c_initer);

    i2c_driver_install(I2C_NUM_0, I2C_MODE_MASTER, 0, 0, 0);
}

void app_main(void) {
    SHT20_init();
    float w,s;
    while (1) {
        w = SHT20_getVal('w');
        s = SHT20_getVal('s');
        printf("T is %f ℃    RH is %f%%\r\n", w , s);
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

下面是GD32使用硬件I2C操作SHT20的完整示例代码。里面涉及串口的部分可以删除，串口只是为了把数据打印出来方便观察，也可以查看我往期的文章了解GD32的串口怎么使用。

【GD32】07 - UART串口通信_gd32 uart自发自收-CSDN博客文章浏览阅读1.4k次，点赞27次，收藏20次。根据之前STM32串口的经验，我们可以将printf重定向到串口上，在STM32中我们直接重写fputc，然后在Keil的设置中勾选Use MicroLlB就行了，但是在GD32F407中勾选Use MicroLlB在编译后会有两个错误。发送数据，注意这边参数的取值范围，发送数据的范围居然是0~0x1FF，类型是uint32_t。今天我用的型号是GD32F407，用其他型号的小伙伴在使用UART的时候注意一下自己手上板子的资源就行，我们使用固件库就算是不同型号其实也是没有什么太大差别的。_gd32 uart自发自收https://blog.csdn.net/m0_63235356/article/details/139904819

#include "board.h"
#include <stdio.h>
#include "Z_UART.h"
 
float SHT20_GetData(uint8_t command){
    uint16_t res = 0;
 
    i2c_start_on_bus(I2C0);                             //起始时序
    while(!i2c_flag_get(I2C0,I2C_FLAG_SBSEND) );        //等待起始位发送完. 这个不用手动清除标志位
    
    i2c_master_addressing(I2C0, 0x80, I2C_TRANSMITTER); //发送从机地址(0x80)+写命令(0)
    while(!i2c_flag_get(I2C0,I2C_FLAG_ADDSEND) );       //等待从机发送完毕之后得到回应(即从机地址正确)
    i2c_flag_clear(I2C0,I2C_FLAG_ADDSEND);              //清除标志位
    
    while(!i2c_flag_get(I2C0,I2C_FLAG_TBE));            //等待发送缓冲区空
    
    if(command == 'w')  i2c_data_transmit(I2C0,0xF3);   //发送数据,发送SHT20的指令,F3为获取温度,F5为获取湿度
    else    i2c_data_transmit(I2C0,0xF5);
    
    while(!i2c_flag_get(I2C0,I2C_FLAG_BTC) );           //等待字节传输完毕
 
    i2c_stop_on_bus(I2C0);                              //发送结束时序
    
    uint8_t count = 0;                                  //计数,因为SHT20采集数据需要时间,我们设置个超时时间
    do{
        i2c_start_on_bus(I2C0);                         //起始时序
        while(!i2c_flag_get(I2C0,I2C_FLAG_SBSEND));     //等待起始位发送完毕
     
        i2c_master_addressing(I2C0, 0x80, I2C_RECEIVER);//发送从机地址(0x80)+读命令(1)
        
        delay_ms(10);                                   //延时10ms
        if(++count >= 10) return 0;                     //超过100ms我们就算读取失败
    }while(!i2c_flag_get(I2C0,I2C_FLAG_ADDSEND));       //等待回应
 
    i2c_flag_clear(I2C0,I2C_FLAG_ADDSEND);              //清除标志位
 
    i2c_ack_config(I2C0, I2C_ACK_ENABLE);               //开启应答
 
    while(!i2c_flag_get(I2C0,I2C_FLAG_RBNE) );          //等待接收缓冲区不为空
 
    res = i2c_data_receive (I2C0);                      //读取SHT传来的数据的高8位
    res <<= 8;
 
    i2c_ack_config(I2C0, I2C_ACK_DISABLE);              //关闭应答,因为我们就获取俩8bit数据
 
    while(!i2c_flag_get(I2C0,I2C_FLAG_RBNE) );          //等待接收缓冲区不为空
 
    res |= i2c_data_receive (I2C0);                     //读取SHT传来的数据的低8位
    
    i2c_stop_on_bus(I2C0);                              //结束时序
 
    res &= 0xFFFC;                                      //清除最后两位,这是SHT20要求的
    
    //根据指令的不同(获取温度/湿度)来计算数据
    if(command == 'w') return ((res / 65536.0) * 175.72 - 46.85);
    return (( res / 65536.0) * 125 - 6);
}
 
int main(void){
    board_init();
    //初始化串口,为了将结果打印到串口助手上,不懂怎么操作的小伙伴可以看看上一篇文章
    Z_UART_Init();
    //开启时钟
    rcu_periph_clock_enable(RCU_I2C0);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    //初始化硬件IIC的引脚
    gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_4,GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9);
    gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9);
    gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9);
       
    i2c_deinit(I2C0);                                           //复位IIC0
    i2c_clock_config(I2C0, 100000, I2C_DTCY_2);                 //设置IIC速率为100k
    i2c_mode_addr_config(I2C0, I2C_I2CMODE_ENABLE, I2C_ADDFORMAT_7BITS, 0X80);  //设置SHT20的七位地址
    i2c_ack_config(I2C0, I2C_ACK_ENABLE);                       //使能应答
    i2c_enable(I2C0);                                           //使能IIC
    
    printf("hello world!\r\n");
    while (1){
        printf("%f\t%f\r\n",SHT20_GetData('w'),SHT20_GetData('s'));
        delay_ms(1000);
    }
}

下面是STM32使用软件I2C操作SHT20的完整示例代码，其中延时函数需要自己准备，OLED的部分可以删除，是用来观察数据的，可以拿串口来代替。也可以查阅我往期的文章了解STM32利用滴答定时器实现的延时函数，以及串口、OLED的使用。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
 
#define SCL_Pin GPIO_Pin_0
#define SDA_Pin GPIO_Pin_1
 
void Z_I2C_Init(void){
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    
    GPIO_InitTypeDef itd;
    itd.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;        
    itd.GPIO_Pin=SCL_Pin|SDA_Pin;    
    itd.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;                   
    GPIO_Init(GPIOA,&itd);
 
    GPIO_WriteBit(GPIOA,SCL_Pin,Bit_SET);       //SCL和SDA默认都是高电平
    GPIO_WriteBit(GPIOA,SDA_Pin,Bit_SET);       //因此初始化后设为高电平
}
    
void Z_I2C_SetSCL(uint8_t signal){
    if(signal==1) GPIO_WriteBit(GPIOA,SCL_Pin,Bit_SET);
    else GPIO_WriteBit(GPIOA,SCL_Pin,Bit_RESET);
    Delay_us(5);                    //防止电平翻转过快,因此加上延时
}
 
void Z_I2C_SetSDA(uint8_t signal){
    if(signal==1) GPIO_WriteBit(GPIOA,SDA_Pin,Bit_SET);
    else GPIO_WriteBit(GPIOA,SDA_Pin,Bit_RESET);
    Delay_us(5);
}
 
uint8_t Z_I2C_GetSDA(void){
    return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,SDA_Pin);
}
 
void Z_I2C_Start(void){
    Z_I2C_SetSDA(1);
    Z_I2C_SetSCL(1);
    Z_I2C_SetSDA(0);
    Z_I2C_SetSCL(0);
}
 
void Z_I2C_End(){
    Z_I2C_SetSDA(0);
    Z_I2C_SetSCL(1);
    Z_I2C_SetSDA(1);
}
 
void Z_I2C_SendByte(uint8_t byte){
    Z_I2C_SetSCL(0);
    for(int i=0;i<8;++i){
        if((byte&0x80)==0) Z_I2C_SetSDA(0);
        else Z_I2C_SetSDA(1);
        byte<<=1;
        Z_I2C_SetSCL(1);
        Z_I2C_SetSCL(0);
    }
}
 
uint8_t Z_I2C_ReveiceByte(){
    uint8_t data=0x00;
    Z_I2C_SetSDA(1);
    for(int i=0;i<8;++i){
        Z_I2C_SetSCL(1);
        if(Z_I2C_GetSDA()==1) data|=(0x80>>i);
        Z_I2C_SetSCL(0);
    }
    return data;
}
 
void Z_I2C_SendACK(uint8_t ack){
    if(ack==0) Z_I2C_SetSDA(0);
    else Z_I2C_SetSDA(1);
    Z_I2C_SetSCL(1);
    Z_I2C_SetSCL(0);
}
 
uint8_t Z_I2C_ReveiceACK(){
    Z_I2C_SetSDA(1);
    Z_I2C_SetSCL(1);
    uint8_t ack=Z_I2C_GetSDA();
    Z_I2C_SetSCL(0);
    return ack;
}
 
#define WENDU_COMMAND 0xF3
#define SHIDU_COMMAND 0xF5
 
uint16_t STH20_WData=0;
uint16_t STH20_SData=0;
 
void Z_STH20_GetData(char command){
    Z_I2C_Start();
    Z_I2C_SendByte(0x80);
    
    if(Z_I2C_ReveiceACK()!=0) return;
    
    if(command=='w') Z_I2C_SendByte(WENDU_COMMAND);   //发送命令
    else Z_I2C_SendByte(SHIDU_COMMAND);
    
    if(Z_I2C_ReveiceACK()!=0) return;
    
    int count=0;
    do{
        Z_I2C_Start();
        Z_I2C_SendByte(0x81);
        Delay_ms(10);
        if(++count>=10) return;
    }while(Z_I2C_ReveiceACK()!=0);
    
    if(command=='w'){
        STH20_WData=0;                                  //数据清零
        STH20_WData|=Z_I2C_ReveiceByte();               //获取数据高位
        Z_I2C_SendACK(0);
        STH20_WData<<=8;
        STH20_WData|=Z_I2C_ReveiceByte();               //获取数据低位
        Z_I2C_SendACK(0);
        uint8_t check=Z_I2C_ReveiceByte();              //获取CRC校验位
        Z_I2C_End();
        STH20_WData&=0xFFFC;                            //清除最后两位
        return;
    }else{
        STH20_SData=0;                                  //数据清零
        STH20_SData|=Z_I2C_ReveiceByte();               //获取数据高位
        Z_I2C_SendACK(0);
        STH20_SData<<=8;
        STH20_SData|=Z_I2C_ReveiceByte();               //获取数据低位
        Z_I2C_SendACK(0);
        uint8_t check=Z_I2C_ReveiceByte();              //获取CRC校验位
        Z_I2C_End();
        STH20_SData&=0xFFFC;                            //清除最后两位
        return ;
    }
}
 
 
int main(void){
    OLED_Init();
    Z_I2C_Init();
    
    while(1){
        Z_STH20_GetData('w');
        Z_STH20_GetData('s');
        double wendu=STH20_WData;
        wendu=(wendu/65536.0)*175.72-46.85;
        OLED_ShowNum(1,1,(int)wendu%100,2);
        OLED_ShowChar(1,3,'.');
        OLED_ShowNum(1,4,((int)(wendu*100)%100),2);
        OLED_ShowNum(2,1,STH20_WData,6);
        
        double shidu=STH20_SData;
        shidu=(shidu/65536.0)*125-6;
        OLED_ShowNum(3,1,(int)shidu%100,2);
        OLED_ShowChar(3,3,'.');
        OLED_ShowNum(3,4,((int)(shidu*100)%100),2);
        OLED_ShowNum(4,1,STH20_SData,6);
        Delay_ms(500);
    }
}