分享STM32F103硬件IIC驱动高精度数字温度传感器GXT310的调试心得

GXT310传感器概述

GXT310是一款专为人体测温优化的全集成数字式温度传感器，可用于消费电子、医疗温度计或高精度温度探头等应用中的温度测量。

GXT310无需任何外部感温单元即可实现16位温度输出，并且在30℃~45℃温度范围内具有小于±0.1℃的测温误差。每颗芯片在出厂时均已完成精密校准，用户无需对温度输出进行任何额外补偿处理。

一、基本性能

• 测温范围：-55℃ ~ +150℃
• 最大精度：±0.1℃ (+30℃ ~ +45℃)
• 高分辨率：0.0078125℃@16bits
• 电源电压：1.6V ~ 5.5V
• 转换时间：50ms
• 低功耗：平均电流3μA@1Hz，关断电流0.5μA
• 数字输出：兼容SMBus、I 2 C接口
• 专为人体测温优化

二、引脚说明及参考电路

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

三、温度读取

1.通信说明

GXT310 使用指针寄存器来指示当前读写流程所操作的寄存器名称。指针寄存器是主机写操作的第二个字节，对 GXT310 的每次写操作都需要写入指针寄存器。两个数据字节紧随指针字节之后，代表即将写入指定寄存器中的数据。对 GXT310 的每次读操作都需要先修改指针寄存器，以指示本次读操作即将读取的寄存器名称。具体实现方法为先通过写操作发送指针字节，再发送启动条件，并设置读写标志位为 1b，以更改数据传输方向，从而允许 GXT310 向总线发送指针所选定目标寄存器的数据。
读写操作的具体时序如图 4 和图 5 所示。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.温度格式

在这里插入图片描述

四、硬件IIC调试记录

1.硬件IIC初始化

软件模拟I2C直接使用CPU内核按照 I2C协议要求控制GPIO输出高低电平，而使用硬件I2C 可以直接通过外设寄存器来控制MCU产生 I2C 协议方式的通讯，而不需要内核直接控制引脚的电平。

本次调试采用的MCU型号是STM32F103C8T6，使用PB6和PB7复用为硬件IIC功能，下面代码是硬件IIC的初始化函数，每行代码都加了详细注释。
在这里插入图片描述

2.使用硬件IIC执行写命令时序

下图为STM32F103参考手册上的主发送器传输序列图，EVx为I2C通信过程中的各个事件，用户需要确保每个事件完成后才能开始下一事件，否则可能会发生数据混乱。例如向DR寄存器写入一个字节数据后，MCU会自动向从机设备传输这个字节，刚传输到一半，又向DR寄存器写入下一字节数据，这时传输数据就会出错，正确做法是等到上一字节传输结束再写入下一字节。搞懂这个原理后，写程序就容易多了，只需按照下面的传输序列图写就可以。
在这里插入图片描述
下图是STM32标准库列出的硬件I2C的各个事件，根据这些事件编写I2C读写函数。
在这里插入图片描述
下图是向IIC总线上某一地址设备的某一寄存器写入两个字节的函数，可以看到整个流程都是根据STM32F103参考手册提供的主发送器传输序列图写的，实际测试也没有问题。
在这里插入图片描述

3.使用硬件IIC执行读命令时序

使用硬件IIC执行写命令时序看起来和软件模拟IIC的流程差不多，按照这个思想编写读命令时序，如下图，但是当用示波器查看波形时发现了问题。。。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
程序里写了接收两字节数据，但是从波形中可以看到实际接收了三个字节数据，那么最后的九个时钟是从哪来的？仔细查阅手册发现这么一段描述。
在这里插入图片描述
这段描述说明要想在最后一个字节后产生NACK和STOP信号，需要在接收最后一个字节之前(也就是倒数第二个字节之后)进行配置，因此把代码顺序调整一下，把产生NACK信号和设置停止信号放在接收两个字节之间，如下图。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
调整代码后波形正常了，接收到0x0D98，按照GXT310的温度格式可以计算得到温度为27.1875℃。

小测试：如果把产生NACK信号代码去掉，那MCU在接收完最后一个字节后也产生ACK信号，而不是NACK，如下图。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
至此调试结束。

五、硬件IIC驱动GXT310完整代码

在 I2C 通信中，如果从机不存在或未响应，上述代码中的while循环会因为无法满足事件条件而导致 STM32 卡死（死循环），因此需要通过添加超时机制来解决。完整代码如下。

5.1 iic.c

#include "iic.h"

static __IO uint32_t  IICTimeout = 10000;  
//初始化I2C接口为I2C主机模式
void IIC_INIT()
{
	
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);  //初始化GPIO的时钟
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);   //初始化I2C的时钟

  /*初始化GPIO*/
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;  //SDA和SCL的IO
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;  //复用开漏输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO输出速率最大50mhz
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);  //初始化GPIO
	
  /*初始化I2C接口*/
  I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;  //I2C主机模式
  I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; //占空比
  I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x5F; //STM32 IIC自身设备地址，只要是总线上唯一即可
  I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;  //是否开启ACK
  I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; //使用7位地址模式
  I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;  //I2C通信速率
  I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure); //初始化I2C接口

  I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);  //开启I2C接口
}
	

//向IIC总线上的w_addr地址器件的point_reg寄存器写入两字节数据
void IIC_Write_TwoByte(u8 w_addr,u8 point_reg,u8 data1,u8 data2)
{
  uint32_t timeout;       
  /*等待总线空闲*/
  timeout = IICTimeout;    
  while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY))  { if((timeout--) == 0) break;}

  /*产生起始信号*/
  I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))  { if((timeout--) == 0) break;} //Test on EV5 and clear it

  /*发送设备/从机地址 + 写标志*/
  I2C_Send7bitAddress(I2C1, w_addr, I2C_Direction_Transmitter);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))  { if((timeout--) == 0) break;}//Test on EV6 and clear it

  /*发送写入的寄存器地址*/
  I2C_SendData(I2C1, point_reg);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))  { if((timeout--) == 0) break;} //Test on EV8 and clear it

  /*写入一字节数据*/
  I2C_SendData(I2C1, data1);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))  { if((timeout--) == 0) break;}//Test on EV8 and clear it

  /*写入一字节数据*/
  I2C_SendData(I2C1, data2);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))  { if((timeout--) == 0) break;}//Test on EV8 and clear it
  
   /*发送停止信号*/
  I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);
}




//从IIC总线上的w_addr地址器件的point_reg寄存器读两个字节数据
u16 IIC_Read_TwoByte(u8 w_addr,u8 point_reg)
{
  u16 data=0,data1=0,data2=0;  
  uint32_t timeout;    
  /*等待总线空闲*/
  timeout = IICTimeout;
  while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY))  { if((timeout--) == 0) break;}

  /*产生起始信号*/
  I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))  { if((timeout--) == 0) break;} //Test on EV5 and clear it

  /*发送设备/从机地址 + 写标志*/
  I2C_Send7bitAddress(I2C1, w_addr, I2C_Direction_Transmitter);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))  { if((timeout--) == 0) break;} //Test on EV6 and clear it

  /*发送写入的寄存器地址*/
  I2C_SendData(I2C1, point_reg);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))  { if((timeout--) == 0) break;}  //Test on EV8 and clear it

  /*再次产生起始信号*/
  I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))  { if((timeout--) == 0) break;} //Test on EV5 and clear it

  /*发送设备/从机地址 + 读标志*/
  I2C_Send7bitAddress(I2C1, w_addr, I2C_Direction_Receiver);
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED))  { if((timeout--) == 0) break;} //Test on EV6 and clear it

  I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, ENABLE);
    
  /*读取两字节数据*/
  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED))  { if((timeout--) == 0) break;} //等待接收完成
  data1 = I2C_ReceiveData(I2C1);   //读取数据  

  I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);   //产生NACK信号
  I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);			//设置停止信号  

  timeout = IICTimeout;  
  while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED))  { if((timeout--) == 0) break;} //等待接收完成
  data2 = I2C_ReceiveData(I2C1);   //读取数据
  
   data=data1;
   data=(data<<8)|data2;
   return data;    
}


void GET_GXT310_TEMP(void)
{
  int16_t temp;
  temp = (int16_t) IIC_Read_TwoByte(0x90,0x00);
    
  printf("\r\nTEMP_LOCAL  = %#X\r\n",temp); //温度原码
  printf("\r\nTEMP_LOCAL  = %f\r\n", temp*0.0078125);    

}

5.2 iic.h

#ifndef _iic_H
#define _iic_H
#include "stm32f10x.h"

void IIC_INIT();
void IIC_Write_TwoByte(u8 w_addr,u8 point_reg,u8 data1,u8 data2);
u16 IIC_Read_TwoByte(u8 w_addr,u8 point_reg);

void GET_GXT310_TEMP(void);

#endif

欢迎各位伙伴咨询、测试GXT310，有任何问题可随时沟通交流。

# stm32 # 嵌入式硬件 # 单片机
Logo
AI硬件创业社区

智能硬件社区聚焦AI智能硬件技术生态，汇聚嵌入式AI、物联网硬件开发者，打造交流分享平台，同步全国赛事资讯、开展 OPC 核心人才招募，助力技术落地与开发者成长。

更多推荐

cover

量产设备安全启动：为什么你的eFuse密钥管理方案总在最后一刻崩盘？

avatar AI硬件创业社区
cover

嵌入式Linux在智能硬件中的成本陷阱：为什么你的MCU项目不该盲目升级

avatar AI硬件创业社区
cover

边缘AI设备量产必争之地：为什么你的OTA分区总是不够用？

avatar AI硬件创业社区