目前网上大部分DHT20/AHT20温湿度传感器的读取都是基于stm32等单片机的，本篇文章讲一讲如何借助vivado和vitis在FPGA上进行DHT20温湿度传感器数据的读取。

Vivado部分

在Vivado中需完成软核的搭建，软核有很多种，自行搜索一个自己板子支持的就好。我的板子是NexysA7,搭建的软核是MicroBlaze。

 

MicroBlaze软核的搭建我是直接跟着B站上视频来的：

第一期 简介与搭建 基于ARTY A7的MicroBlaze系统搭建与应用_哔哩哔哩_bilibili

注意：视频中的部分步骤需要根据自己的板子实际情况来设置；更改波特率那部分需要自己进入设备管理器查看自己电脑上USB端口的波特率；另外，视频比较老了，里面提到的SDK现在是Vitis。

下一步需要导入AXI IIC的ip核，如下图所示，这是实现iic通信协议的关键。

为iic ip核的 sci 和sda分配FPGA上的引脚，两个pmod端口

 之后生成比特流，导出.xsa硬件平台文件，再在Vitis导入生成的.xsa文件。

Vitis部分

vitis内部对iic模块封装好了对应的通信函数，我主要使用了xiic_l.h中声明的XIic_Send()和XIic_Recv()进行数据通信，使用这两个函数前需要导入xiic_l.h这个头文件。

XIic_Send()四个参数分别为： 

• BaseAddress : 所用 iic接口的基地址

在vitis中可以在这里查看iic的基地址，我这里为0x4080 0000

 

• Address : iic从机的地址，DHT20从机地址固定为0x38
• BufferPtr : 向从机发送的数据指针
• ByteCount : 发送的数据字节数
• Option : 发送完数据后释放总线还是保持(有两个选择—— XIIC_STOP = 以STOP结束，即释放总线 ；XIIC_REPEATED_START = 不以STOP结束，保持总线）

XIic_Recv()函数的参数同理，注意使用这两个函数内部包含了iic协议开始通信的信号，在使用这两个函数前不需要额外发送开始通信信号，函数调用结束后是否释放数据总线需要自行设定Option参数进行设置。

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在上面可以了解到DHT20数据读取的流程:

 

 

依照此流程编写代码：

1.上电后等待不少于100ms,发送0x71，之后需要获取状态字，故使用XIic_Send()函数发送1字节数据，然后保持总线不释放，接着使用XIic_Recv()函数接受1字节数据，接受完后释放总线。

u8 init = 0x71;
u8 data;

XIic_Send(Iic.BaseAddress,0x38,&init,1,XIIC_REPEATED_START);
XIic_Recv(Iic.BaseAddress,0x38,&data,1,XIIC_STOP);

 函数的第三个参数要求数据指针，于是我提前定义了两个变量init和data分别保存要发送的数据和接受的数据。

2.判断接收到的数据是否等于0x18，若不等则进行寄存器初始化，初始化的流程较复杂这里没给出解释，我后面对着官方的例程代码复现了一遍，这里先不讨论，就假装他等于0x18继续进行。

3.等待10ms发送0xAC命令出发测量，接着再发送两个命令参数0x33和0x00。看上面第二张图片，在发送第二张图片前需要先发送一字节IIC address+write数据，此处为0x70，为什么呢？

这里iic的地址位为7位，前面说过DHT20的从机地址为0x38七位地址的前三位表示“3”的低三位即0011中取011，后四位为“8”即1000，同时“0”表示“write”，“1”表示“读”，所以七位从机地址在加上一位写组合起来就是 01110000,换成十六进制就是0x70。

综上所述，这一步要发送四个字节的数据，依次为0x70,0xAC, 0x33,0x00

先定义一个数组

u8 start_measure_signal[4] = {0x70,0xAC,0x33,0x00};

之后使用XIic_Send(）函数一次性发送四字节的数据，发送完毕后释放总线：

XIic_Send(Iic.BaseAddress,0x38,start_measure_signal,4,XIIC_STOP);

C语言中， 数组名表示的就是首元素地址，所以这里不需要加取地址符&

4.接着发送xiic address+read表示开始读取，与上面同理这里要发送的是0x71,接着可直接读取七字节的数据，理论上说应该先读取第一个字节的数据判断一下是否测量完成的，我这里嫌麻烦就没判断。

u8 rec_data[7];//0-1 地址和状态；2、3、4.5湿度;4.5,5,6温度；7:CRC校验
u8 read_signal = 0x71;

XIic_Send(Iic.BaseAddress,0x38,&read_signal,1,XIIC_REPEATED_START);
XIic_Recv(Iic.BaseAddress,0x38,rec_data,7,XIIC_STOP);

 5.接着就可根据以下公式进行数据处理，得到温度和湿度的十进制表示：

 

//数据处理

humid = (humid|rec_data[1])<<8;
humid = (humid|rec_data[2])<<8;
humid = (humid|rec_data[3]);
humid =humid >>4;
temper = (temper|rec_data[3])<<8;
temper = (temper|rec_data[4])<<8;
temper = (temper|rec_data[5]);
temper = temper&0xfffff;

int temp;int hum;
temp = temper*200*10/1024/1024 -500;
hum = humid*100*10/1024/1024;

在读取到温湿度后，便可进行串口输入至电脑，或者编写数码管展示模块：

 

其他：

• 上面提到的延时我适用vitis中封装的sleep函数实现，需要导入sleep.h头文件。

sleep()以秒为单位延时，usleep以微妙为单位延时，想延时80毫秒用usleep(80000)即可

• 下面是当第一步状态字不等于0x18时初始化寄存器的代码

  //判断状态字
  if((data&0x18)!=0x18)
  {
  	AHT20_Start_Init(Iic);
  	//usleep(10000);
  }
  
  
  //需要提前定义的函数
  void JH_Reset_REG(u8 addr,XIic Iic)
  {
  	u8 data = 0x71;
  	u8 message[4] = {0x70,0x00,0x00,0x00};
  	message[1] = addr;
  	u8 recv[3];
  	XIic_Send(Iic.BaseAddress,0x38,message,4,XIIC_STOP);
  
  	usleep(5000);
  
  	XIic_Send(Iic.BaseAddress,0x38,&data,1,XIIC_REPEATED_START);
  	XIic_Recv(Iic.BaseAddress,0x38,recv,3,XIIC_STOP);
  
  	usleep(10000);
  
  	message[0] = 0x70;message[1] = (0xB0|addr);
  	message[2] = recv[1];message[3] = recv[2];
  	XIic_Send(Iic.BaseAddress,0x38,message,4,XIIC_STOP);
  
  	recv[1] = 0x00;
  	recv[2] = 0x00;
  
  }
  
  void AHT20_Start_Init(XIic Iic)
  {
  	JH_Reset_REG(0x1b,Iic);
  	JH_Reset_REG(0x1c,Iic);
  	JH_Reset_REG(0x1e,Iic);
  }