ESP32-C3 入门教程基础篇（四、I2C 总线 — 与 SHT21 温湿度传感器通讯）

2022 年 9 月 20 日
江苏
本文字数：6495 字
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测试第四课，了解ESP32-C3的 I2C 总线使用，与SHT21 温湿度传感器通讯这一课把基础介绍放在前面，先看基本流程，再去修改代码

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前言

测试使用的开发板：
自己画一块 ESP32-C3 的开发板（第一次使用立创 EDA）（PCB 到手）
https://xie.infoq.cn/article/30387388381a0d915b2494f91
测试使用的开发环境：
ESP32-C3 VScode 开发环境搭建（基于乐鑫官方 ESP-IDF——Windows 和 Ubuntu 双环境）
https://xie.infoq.cn/article/5b639e112cabba00cc1b8941a
基础篇系列相关博文：
ESP32-C3 入门教程基础篇（一、ADC 采样）
https://xie.infoq.cn/article/78eff739dd2ed4971f445272a
ESP32-C3 入门教程基础篇（二、GPIO 中断、按键驱动测试）
https://xie.infoq.cn/article/7d090d74fb0a9449986954810
ESP32-C3 入门教程基础篇（三、UART 模块 — 与 Enocean 无线模块串口通信）
https://xie.infoq.cn/article/55d8a9cbd211b4d99b53935ee

1、GPIO 示例测试

在开发板上面，我画了一个 HTU21D I2C 温湿度传感器（和 SHT21 pin to pin，驱动也一样），使用的是 GPIO3 （SDA）和 GPIO10 （SCL）：

示例程序我们选用i2c_self_test，要注意这个示例的说明，下图中右边介绍这一部分，好好看看：

1、 ESP32-C3 I2C 基础介绍

对于 ESP32-C3 I2C 的介绍，乐鑫的官网的说明链接如下：

乐鑫官方ESP32-C3 I2C部分说明

国产的芯片终于遇到个中文资料了，呵呵~

ESP32-C3 只有一个 I2C 接口，可做主机也可以做从机。

本文的测试以及说明是以 ESP23-C3 作为主机来说明。

1.1 I2C 初始化

根据官方文档，ESP32-C3 UART 使用步骤如下：

设置参数，使用i2c_config_t结构体可以统一设置：
例如示例中：
示例中，最后使用了i2c_param_config配置好 I2C 的所有参数，除了自己定义的，其他的参数会被配置成 I2C 总线协议规范中定义的默认值。和 UART 一样，I2C 的这些默认值也可以使用一些函数对某些参数单独进行设置：
使用i2c_driver_install函数进行 I2C 设备的初始化，其中包括端口好、通讯模式，发送接收缓存区，中断标志：
以示例中的主机初始化为例：

1.2 I2C 读写

完成，上述步骤以后，下面就可以发起通讯，在官方文档中的说明有一张流程图：
流程说明如下：
通过示例说明一下上述流程：
最后放一张官方介绍的 I2C 工作的整体流程图：

2、 I2C 示例测试 — SHT21 驱动移植

通过示例工程i2c_self_test创建好工程，通过上面的基础介绍和分析，基本上知道了 I2C 通讯的步骤和方式了，因为示例代码是与 BH1750 传感器进行的通讯，所以这里示例代码是无法测试的，直接修改 SHT21 的代码。

2.1 驱动移植修改

因为 SHT21 驱动函数以前在 STM32 上用过，这里就相当于移植过来，先把sht21.c 和sht21.h文件放进来，当然得注意包含关系，宏定义等一些东西：

既然增加了驱动，所以代码就放在驱这两个文件里面，对于sht21.h 文件，宏定义放在此文件中，函数在sht21.c文件中实现（下面会放源码），在此处声明：

在 sht21.c 中的温湿度读取函数是如何实现的呢，先来看一张 STH21 读取的时序图，是我在另一篇博文中写好的：

上图出自：nRF52832学习记录（十一、TWI总线的应用 SHT21程序移植）

这里我就直接上源码：

#include "sht21.h"
struct {    sint16 value;    uint16 raw;    uint8  crc;} aTemperature, aHumidity;

esp_err_t i2c_master_init(void){    int i2c_master_port = I2C_MASTER_NUM;    i2c_config_t conf = {        .mode = I2C_MODE_MASTER,        .sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,        .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,        .scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,        .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,        .master.clk_speed = I2C_MASTER_FREQ_HZ,        // .clk_flags = 0,          /*!< Optional, you can use I2C_SCLK_SRC_FLAG_* flags to choose i2c source clock here. */    };    esp_err_t err = i2c_param_config(i2c_master_port, &conf);    if (err != ESP_OK) {        return err;    }    return i2c_driver_install(i2c_master_port, conf.mode, I2C_MASTER_RX_BUF_DISABLE, I2C_MASTER_TX_BUF_DISABLE, 0);}

//    fT  = 175.72*u16T/65536.0 - 46.85;//    fRH = 125.0*u16RH/65536.0 - 6.0;
// -------------------------------------------------------------------sint16 sht21_calcRH(uint16 u16RH){  sint16 humidityRH;              // variable for result
  u16RH &= ~0x0003;          // clear bits [1..0] (status bits)  //-- calculate relative humidity [%RH] --
  humidityRH = (sint16)(-600 + (12500*(sint32)u16RH)/65536 ); // RH = -6 + 125 * SRH/2^16  return humidityRH;                                          // Return RH*100}
// -------------------------------------------------------------------sint16 sht21_calcTemperature(uint16 u16T){  sint16 temperature;            // variable for result
  u16T &= ~0x0003;           // clear bits [1..0] (status bits)
  //-- calculate temperature [癈] --  temperature= (sint16)(-4685 + (17572*(sint32)u16T)/65536); //T = -46.85 + 175.72 * ST/2^16  return temperature;                                        //return T*100}

// i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();// i2c_master_start(cmd);// i2c_master_write_byte(cmd, BH1750_SENSOR_ADDR << 1 | WRITE_BIT, ACK_CHECK_EN);// i2c_master_write_byte(cmd, BH1750_CMD_START, ACK_CHECK_EN);// i2c_master_stop(cmd);// ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);// i2c_cmd_link_delete(cmd);// if (ret != ESP_OK) {//     return ret;// }// vTaskDelay(30 / portTICK_RATE_MS);// cmd = i2c_cmd_link_create();// i2c_master_start(cmd);// i2c_master_write_byte(cmd, BH1750_SENSOR_ADDR << 1 | READ_BIT, ACK_CHECK_EN);// i2c_master_read_byte(cmd, data_h, ACK_VAL);// i2c_master_read_byte(cmd, data_l, NACK_VAL);// i2c_master_stop(cmd);// ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);// i2c_cmd_link_delete(cmd);
esp_err_t SHT2X_THMeasure(i2c_port_t i2c_num){    // uint8 u8Ack;    int ret;    uint8 t_value[3];    uint8 h_value[3];
#if (SHT2X_RESOLUTION != 0x00)                                          // only needed if used resolution other than default    // i2c_start();                                                        // send start sequence (S)    // u8Ack = i2c_write((SHT2X_SLAVEADDRESS<<1)|I2C_WRITE);               // write to slave 0x40    // u8Ack = (u8Ack<<1)|i2c_write(SHT2X_CMD_RD_REG);                     // request to read from user register            // i2c_start();                                                        // send start sequence (S)    // u8Ack = (u8Ack<<1)|i2c_write((SHT2X_SLAVEADDRESS<<1)|I2C_READ);     // read from slave 0x40    // u8UserReg = i2c_read(I2C_NACK);                                     // read user register                 // i2c_start();                                                        // send start sequence (S)      // u8Ack = i2c_write((SHT2X_SLAVEADDRESS<<1)|I2C_WRITE);               // write to slave 0x40    // u8Ack = (u8Ack<<1)|i2c_write(SHT2X_CMD_WR_REG);                     // request to write user register    // u8Ack = (u8Ack<<1)|i2c_write(SHT2X_RESOLUTION | (u8UserReg & ~0x81)); // write new user register data    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();    i2c_master_start(cmd);    i2c_master_write_byte(cmd, SHT2X_SLAVEADDRESS<<1 | WRITE_BIT, ACK_CHECK_EN);    i2c_master_write_byte(cmd, SHT2X_CMD_WR_REG, ACK_CHECK_EN);    i2c_master_stop(cmd);    ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 500 / portTICK_RATE_MS);    i2c_cmd_link_delete(cmd);    if (ret != ESP_OK) {        return ret;    }#endif//(SHT2X_RESOLUTION != 0x00)      // --------------------    // measure temperature    // --------------------    // i2c_start();     // send start sequence (S)    // u8Ack = i2c_write((SHT2X_SLAVEADDRESS<<1)|I2C_WRITE);//----IIC???(8?)???7??IIC????0x80(???HT2X_SLAVEADDRESS=0x40)???DATA???(?R:1 ,?WRITE?0) //a write to slave 0x40     // u8Ack = (u8Ack<<1)|i2c_write(SHT2X_CMD_MEAS_T);      //----SHT2X_CMD_MEAS_T=0xF3(??????,???)//request to measure temperature            // i2c_stop();
    i2c_cmd_handle_t  cmd = i2c_cmd_link_create();    i2c_master_start(cmd);    i2c_master_write_byte(cmd, SHT2X_SLAVEADDRESS<<1 | WRITE_BIT, ACK_CHECK_EN);    i2c_master_write_byte(cmd, SHT2X_CMD_MEAS_T, ACK_CHECK_EN);    i2c_master_stop(cmd);    ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 500 / portTICK_RATE_MS);    i2c_cmd_link_delete(cmd);    if (ret != ESP_OK) {        return ret;    }
    vTaskDelay(SHT2X_TEMP_MEAS_TIME / portTICK_RATE_MS);
    // shortTermSleep(SHT2X_TEMP_MEAS_TIME);      // HAL_Delay(SHT2X_TEMP_MEAS_TIME);    // time_wait(SHT2X_TEMP_MEAS_TIME);                // i2c_start();                 // send start sequence (SR)    // u8Ack = i2c_write((SHT2X_SLAVEADDRESS<<1)|I2C_READ); //----IIC???(8?)???7??IIC????0x80(???HT2X_SLAVEADDRESS=0x40)???DATA???(?R:1 ,?WRITE?0)  // a read from slave 0x40        cmd = i2c_cmd_link_create();    i2c_master_start(cmd);    i2c_master_write_byte(cmd, SHT2X_SLAVEADDRESS << 1 | READ_BIT, ACK_CHECK_EN);    i2c_master_read_byte(cmd, &t_value[0], ACK_VAL);    i2c_master_read_byte(cmd, &t_value[1], ACK_VAL);    i2c_master_read_byte(cmd, &t_value[2], NACK_VAL);    i2c_master_stop(cmd);    ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 500 / portTICK_RATE_MS);    i2c_cmd_link_delete(cmd);
    // if(u8Ack==I2C_ACK)  {    //     aTemperature.raw = i2c_read(I2C_ACK)<<8;                        // read hi byte     //     aTemperature.raw |= i2c_read(I2C_ACK);                          // read lo byte    //     aTemperature.crc = i2c_read(I2C_NACK);                          // read check sum and finish transfere    // }else {    //     aTemperature.raw = 0;                           // }    // i2c_stop();    aTemperature.raw = t_value[0]<<8;    aTemperature.raw |= t_value[1];    aTemperature.crc = t_value[2]; 
  // -------------------------// Humidity Measure // -------------------------    // i2c_start();                                                      // send start sequence (S)    // u8Ack = i2c_write((SHT2X_SLAVEADDRESS<<1)|I2C_WRITE);             // a write to slave 0x40           1000 0000    // u8Ack = (u8Ack<<1)|i2c_write(SHT2X_CMD_MEAS_RH);                  // request to measure humidity F5  1110 0101    // i2c_stop();            cmd = i2c_cmd_link_create();    i2c_master_start(cmd);    i2c_master_write_byte(cmd, SHT2X_SLAVEADDRESS<<1 | WRITE_BIT, ACK_CHECK_EN);    i2c_master_write_byte(cmd, SHT2X_CMD_MEAS_RH, ACK_CHECK_EN);    i2c_master_stop(cmd);    ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 500 / portTICK_RATE_MS);    i2c_cmd_link_delete(cmd);    if (ret != ESP_OK) {        return ret;    }    // shortTermSleep(SHT2X_HUMI_MEAS_TIME);    // HAL_Delay(SHT2X_HUMI_MEAS_TIME);    vTaskDelay(SHT2X_HUMI_MEAS_TIME / portTICK_RATE_MS);
          // i2c_start();                                                      // send start sequence (SR)    // u8Ack = i2c_write((SHT2X_SLAVEADDRESS<<1)|I2C_READ);              // read from slave 0x40            1000 0001
    cmd = i2c_cmd_link_create();    i2c_master_start(cmd);    i2c_master_write_byte(cmd, SHT2X_SLAVEADDRESS << 1 | READ_BIT, ACK_CHECK_EN);    i2c_master_read_byte(cmd, &h_value[0], ACK_VAL);    i2c_master_read_byte(cmd, &h_value[1], ACK_VAL);    i2c_master_read_byte(cmd, &h_value[2], NACK_VAL);    i2c_master_stop(cmd);    ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 500 / portTICK_RATE_MS);    i2c_cmd_link_delete(cmd);
    // if(u8Ack==I2C_ACK)  {                                             // timeout    //     aHumidity.raw = i2c_read(I2C_ACK)<<8;                           // read hi byte     //     aHumidity.raw |= i2c_read(I2C_ACK);                             // read lo byte    //     aHumidity.crc = i2c_read(I2C_NACK);                           // read check sum and finish transfere    // }else{    //     aHumidity.raw = 0;    // }    // i2c_stop();    // PowerOff();    aHumidity.raw = h_value[0] <<8;                           // read hi byte     aHumidity.raw |= h_value[1];                             // read lo byte    aHumidity.crc = h_value[2];                           // read check sum and finish transfere 
                 aTemperature.value = sht21_calcTemperature(aTemperature.raw);    aHumidity.value = sht21_calcRH(aHumidity.raw);      // signed value, temperature = aTemperature.value * 0.01?    if(aTemperature.crc!= sht21_CRC((uint8*)&aTemperature.raw, 2))  {}    if(aHumidity.crc!= sht21_CRC((uint8*)&aHumidity.raw, 2))  {}    if(aTemperature.value>5100) aTemperature.value=5100;              //prevent temperature over-/underflow    else if(aTemperature.value<0) aTemperature.value=0;    if(aHumidity.value>10000) aTemperature.value=10000;              //prevent temperature over-/underflow    else if(aTemperature.value<0) aTemperature.value=0;
    return ret;}
uint16_t getTemperature() {  return aTemperature.value;}
uint16_t getHumidity() {  return aHumidity.value;}
//==============================================================================uint8 sht21_CRC(uint8 value[], uint8 u8Bytes) {//  CRC    const uint16 POLYNOMIAL = 0x131;  //P(x)=x^8+x^5+x^4+1 = 100110001    uint8 crc = 0;      uint8 byteCtr;    uint8 bitCtr;
    //calculates 8-Bit checksum with given polynomial    for (byteCtr = 0; byteCtr < u8Bytes; ++byteCtr) {         crc ^= (value[byteCtr]);        for (bitCtr = 8; bitCtr > 0; --bitCtr)        {           if (crc & 0x80) crc = (crc << 1) ^ POLYNOMIAL;          else crc = (crc << 1);        }    }    return crc;}