【STM32Cube_14】使用硬件I2C读写环境光强度传感器（BH1750）

2024-02-16 19:29:28

本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的硬件I2C外设读取环境光强度传感器数据（BH1750）。

1. 准备工作

硬件准备

开发板
首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：
BH1750模块
BH1750FV1是两线式串行总线接口（IIC）的16位数字输出型环境光强度传感器，利用它的高分辨率可以探测较大范围内的光照强度变化（1lx - 65535lx）。

BH1750的原理图如下：

软件准备

需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码；

Keil MDK和串口助手Serial Port Utility 的安装包都可以在文末关注公众号获取，回复关键字获取相应的安装包：

2.生成MDK工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

搜索并选中芯片STM32L431RCT6:

配置时钟源

如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；

这里我都使用外部时钟：

配置串口

小熊派开发板板载ST-Link并且虚拟了一个串口，原理图如下：

这里我将开关拨到AT-MCU模式，使PC的串口与USART1之间连接。

接下来开始配置USART1：

配置硬件I2C

首先查看小熊派开发板的原理图，确定EEPROM接在哪个I2C接口上，如图：

接下来开始配置I2C接口1：

配置时钟树

STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：

生成工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码

修改I2C初始化代码的小BUG

重定向printf( )函数

参考：【STM32Cube_09】重定向printf函数到串口输出的多种方法。

4. 编写BH1750驱动程序

参考bh1750FVI中文数据手册.pdf进行编程。

宏定义BH1750器件地址

BH1750的器件地址由ADDR端口的高低电平决定：

结合原理图，在 bh1750_i2c_drv.h 头文件中可以定义如下：

#define	BH1750_ADDR_WRITE	0x46	//01000110
#define	BH1750_ADDR_READ	0x47	//01000111

枚举BH1750工作模式

参考数据手册在 bh1750_i2c_drv.h 头文件中进行如下枚举定义：

typedef enum
{
	POWER_OFF_CMD	=	0x00,	//断电：无激活状态
	POWER_ON_CMD	=	0x01,	//通电：等待测量指令
	RESET_REGISTER	=	0x07,	//重置数字寄存器（在断电状态下不起作用）
	CONT_H_MODE		=	0x10,	//连续H分辨率模式：在11x分辨率下开始测量，测量时间120ms
	CONT_H_MODE2	=	0x11,	//连续H分辨率模式2：在0.51x分辨率下开始测量，测量时间120ms
	CONT_L_MODE		=	0x13,	//连续L分辨率模式：在411分辨率下开始测量，测量时间16ms
	ONCE_H_MODE		=	0x20,	//一次高分辨率模式：在11x分辨率下开始测量，测量时间120ms，测量后自动设置为断电模式
	ONCE_H_MODE2	=	0x21,	//一次高分辨率模式2：在0.51x分辨率下开始测量，测量时间120ms，测量后自动设置为断电模式
	ONCE_L_MODE		=	0x23	//一次低分辨率模式：在411x分辨率下开始测量，测量时间16ms，测量后自动设置为断电模式
} BH1750_MODE;

发送命令和读取数据

接下来编写bh1750_i2c_drv.c驱动文件，参考数据手册中的这部分：

本驱动程序底层使用 HAL 库的 IIC 初始化文件，所以包含如下头文件：

#include "bh1750_i2c_drv.h"
#include "i2c.h"

根据上图，发送命令的函数如下：

/**
 * @brief	向BH1750发送一条指令
 * @param	cmd —— BH1750工作模式指令（在BH1750_MODE中枚举定义）
 * @retval	成功返回HAL_OK
*/
uint8_t	BH1750_Send_Cmd(BH1750_MODE cmd)
{
	return HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, BH1750_ADDR_WRITE, (uint8_t*)&cmd, 1, 0xFFFF);
}

接收光照强度数据的函数如下：

/**
 * @brief	从BH1750接收一次光强数据
 * @param	dat —— 存储光照强度的地址（两个字节数组）
 * @retval	成功 —— 返回HAL_OK
*/
uint8_t BH1750_Read_Dat(uint8_t* dat)
{
	return HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, BH1750_ADDR_READ, dat, 2, 0xFFFF);
}

数据转换函数

根据数据手册中给出的公式，编写将从BH1750读出的两个字节数据转换为对应强度值的函数：

/**
 * @brief	将BH1750的两个字节数据转换为光照强度值（0-65535）
 * @param	dat  —— 存储光照强度的地址（两个字节数组）
 * @retval	成功 —— 返回光照强度值
*/
uint16_t BH1750_Dat_To_Lux(uint8_t* dat)
{
	uint16_t lux = 0;
	lux = dat[0];
	lux <<= 8;
	lux += dat[1];
	lux = (int)(lux / 1.2);
	
	return lux;
}

5. 测试驱动程序

在main.c中测试驱动程序是否正常：

int main(void)
{
    uint8_t dat[2] = {0};		//dat[0]是高字节，dat[1]是低字节

    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_I2C1_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    while (1)
    {
        if(HAL_OK == BH1750_Send_Cmd(ONCE_H_MODE))
        {
            //printf("send ok\n");
        }
        else
        {
            //printf("send fail\n");
        }

        HAL_Delay(200);
        if(HAL_OK == BH1750_Read_Dat(dat))
        {
            //printf("recv ok\n");
            printf("current: %5d lux\n", BH1750_Dat_To_Lux(dat));
            
        }
        else
        {
            //printf("recv fail");
        }

        HAL_Delay(1000);
    }
}

编译下载运行，测试结果如下：

至此，我们已经学会如何使用硬件IIC接口读取环境光强度传感器数据（BH1750），下一节将讲述如何使用硬件IIC接口读取温湿度传感器数据并使用软件CRC校验（SHT30）。

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