单片机 BMP280（GY-BM E/P 280模块）大气压强与温度传感器使用详解

单片机 BMP280大气压强与温度传感器使用详解

最近实习中一个项目要用到多种传感器，其中就包括BMP280模块，但是发现网上有用的资料非常少，只好从头看datasheet，使用过程中也算积累了相关的知识，分享给大家。在这里也给各位一个建议，使用一个芯片之前最好还是多看看datasheet，写datasheet的人就是制造芯片的人，他们的操作手册比任何人都有权威性。废话不多说，开始正题：

目录

模块引脚及相关参数

• 本次使用的模块型号为GY-BM E/P 280,淘宝上到处可以买到，这是对德国博世公司的BMP280芯片的一个应用封装（实物图片和封装基本电路都放在下面）。采用的主控芯片为STC8A8K64S4A12单片机，所以写的代码都是最底层的，比较适合小白看（代码贴在后面）。
• 引脚说明：
  Pin1：VCC（3.3V供电）
  Pin2：GND
  Pin3：SCL（I2C通信模式时钟信号）
  Pin4：SDA（I2C通信模式数据信号）
  Pin5：CSB（SPI通信模式下用到的引脚，本次没用到，可以悬空）
  Pin6：SDO（传感器地址控制位，接GND的时候I2C中器件地址为0xEC，接高电平为0xEC+ 1，本次接GND）
• 传感器测试范围：
  温度：-45℃~+85℃
  大气压强：0~20000hPa（百帕）
• 测量主要模式：
  Sleep Mode：作电流达到uA级别，典型值为0.1uA，最大值为0.3uA，所有测量工作都停止。
  Normal Mode: 正常工作，相关工作间隔时间可以通过寄存器控制。
  Forced Mode：主控发起一次采集命令，传感器采集一次信号，然后进入Sleep Mode，等待下次唤起（本次没用到）。
  
  

相关寄存器说明

BMP280传感器内部所有寄存器及其地址如下图所示：

• 测量控制寄存器（ctrl_meas）（0xF4）：
  Bit7~Bit5：osrs_t[2:0] 控制温度采样模式，主要是采样数据的位数（位数越大，精度越高），具体配置如下（本次三位都配置为1，最大采样位数20Bit）：
  
  Bit4~Bit2：osrs_p[2:0] 控制大气压强采样模式，主要是采样数据的位数（位数越大，精度越高），具体配置如下（本次三位都配置为1，最大采样位数20Bit）：
  
  Bit1~Bit0：mode[1:0] 传感器工作模式控制，00为Sleep Mode，01/10为Forced Mode，11为 Normal Mode（本次配置为11）。
• 配置寄存器（config）（0xF5）：
  Bit7~Bit5：t_sb[2:0] 设置Normal Mode下的转换间隔时间，具体配置如下（本次配置为000，0.5ms转换一次）
  
  Bit4~Bit2：filter[2:0] 设置传感器接收外界信号时的，前端滤波电路的滤波系数的，我也没仔细研究，就设置了个000，有兴趣的童鞋可以自己研究一下，datasheet上说和稳定度有关，可以有效减少外界环境的干扰：
  
  Bit0：spi3w_en 与SPI模式有关，本次没用到，没设置。
• 身份编号寄存器（id）（0xD0）：
  寄存器内固定值为0x58，读取0xD0数据的时候，传感器返回0x58，代表身份辨认完毕。
• 复位寄存器（reset）（0xE0）：
  写入0xB6时，所有寄存器（除身份编号寄存器）数据全部清零。
• 状态寄存器（status）（0xF3）：
  具体定义如下，感兴趣的童鞋自己研究，本次没用到：
  

数据处理基本过程

该传感器是使用测量值和校准值（初始化中获得），通过公式计算得出的，相关公式在datasheet中已经贴出了，还给了样本数据（公式挺复杂的，建议先把公式抄到程序中，然后用样本数据传进去，测试一遍结果对不对，保证公式没抄错）。
数据处理中有个坑，请注意，就是读取补偿值数据的时候，下图的数据存储位是LSB/MSB，即数据是反过来存储的，低位字节在前，高位字节在后，所以处理数据的时候要注意，具体可以见我的代码中bmp280_MultipleReadTwo()函数：

公式的话，datasheet中也很模糊，就贴了一张自己代码中的，配合datasheet中的图片，凑合看吧：

long bmp280_GetValue(void)
{
    long adc_T;
    long adc_P;
    long var1, var2, t_fine, T, p;

    adc_T = bmp280_MultipleReadThree(BMP280_TEMP_ADDR);
    adc_P = bmp280_MultipleReadThree(BMP280_PRESS_ADDR);

    if(adc_P == 0)
    {
        return 0;
    }

    //Temperature
    var1 = (((double)adc_T)/16384.0-((double)dig_T1)/1024.0)*((double)dig_T2);
    var2 = ((((double)adc_T)/131072.0-((double)dig_T1)/8192.0)*(((double)adc_T)
                /131072.0-((double)dig_T1)/8192.0))*((double)dig_T3);

    t_fine = (unsigned long)(var1+var2);

    T = (var1+var2)/5120.0;

    //Pressure
    var1 = ((double)t_fine/2.0)-64000.0;
    var2 = var1*var1*((double)dig_P6)/32768.0;
    var2 = var2 +var1*((double)dig_P5)*2.0;
    var2 = (var2/4.0)+(((double)dig_P4)*65536.0);
    var1 = (((double)dig_P3)*var1*var1/524288.0+((double)dig_P2)*var1)/524288.0;
    var1 = (1.0+var1/32768.0)*((double)dig_P1);
    p = 1048576.0-(double)adc_P;
    p = (p-(var2/4096.0))*6250.0/var1;
    var1 = ((double)dig_P9)*p*p/2147483648.0;
    var2 = p*((double)dig_P8)/32768.0;
    p = p+(var1+var2+((double)dig_P7))/16.0;

    return p;
}

测量的基本流程

• 初始化
  包括I2C初始化（和传感器通信用），串口初始化（和上位机通信用，查看数据），传感器初始化，两个通信协议就不说了，不会的童鞋可以先去看看相关教程，下面主要说说传感器初始化：
  
  1. 数据全部清零：写数据0xB6到地址0xE0；
  2. 读芯片ID：读地址0xD0；
  3. 设置测量控制寄存器：写数据0xFF到地址0xF4（测量数据位20Bit，Normal Mode）；
  4. 设置配置寄存器：写数据0x00到地址0xF5（测量间隔时间0.5ms，滤波器我没仔细看，感兴趣童鞋自己研究）；
  5. 读取补偿值数据
• I2C循环读取传感器参数，代入公式计算获得结果，并且将结果通过串口输出到上位机。

STC8A8K64S4A12单片机程序（51单片机，STM32等改一下就行了）

注意串口通信引脚用的RXD：P3.0，TXD：P3.1（波特率9600，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位），I2C引脚用的SCL：P1.5，SDA：P1.4，芯片供电电源用的3.3V。

#include "intrins.h"
#include "stc8.h"

#define BMP280_ADDR         0xec
#define BMP280_TEMP_ADDR    0xfa
#define BMP280_PRESS_ADDR   0xf7

unsigned short dig_T1;
short dig_T2;
short dig_T3;
unsigned short dig_P1;
short dig_P2;
short dig_P3;
short dig_P4;
short dig_P5;
short dig_P6;
short dig_P7;
short dig_P8;
short dig_P9;


#define FOSC    11059200UL
#define BRT     (256 - FOSC / 9600 / 32)
bit Uart1_BusyFlag;
char bufferPtr;
char Uart1Buffer[16];


void delay_ms(int x)
{
    unsigned char i, j;

    while(x-- > 0)
    {
        i = 15;
        j = 90;
        do
        {
            while (--j);
        } while (--i);
    }
}

void Uart1Int() interrupt 4 using 1
{

    if(TI)
    {
        TI = 0;
        Uart1_BusyFlag = 0;
    }
    if(RI)
    {
        RI = 0;
        Uart1Buffer[bufferPtr++] = SBUF;
    }
}

void Uart1Init()
{
    SCON = 0x50;
    TMOD = 0x20;

    TL1 = BRT;
    TH1 = BRT;
    AUXR = 0x40;
    TR1 = 1;

    bufferPtr = 0;
    Uart1_BusyFlag = 0;
}

void Uart1SendByte(char dat)
{
    while(Uart1_BusyFlag);
    Uart1_BusyFlag = 1;
    SBUF = dat;
}

void Uart1SendStr(char *p)
{
    while(*p)
    {
        Uart1SendByte(*p++);
    }
}

void I2C_Wait()
{
    while(!(I2CMSST & 0x40));
        //Uart1SendStr("i2c wait...\r\n");
    I2CMSST &= ~0x40;
}

void I2C_Start()
{
    I2CMSCR = 0x01;
    I2C_Wait();
}

void I2C_SendData(char dat)
{
    I2CTXD = dat;
    I2CMSCR = 0x02;
    I2C_Wait();
}

void I2C_RecvACK()
{
    I2CMSCR = 0x03;
    I2C_Wait();
}

char I2C_RecvData()
{
    I2CMSCR = 0x04;
    I2C_Wait();
    return(I2CRXD);
}

void I2C_SendACK()
{
    I2CMSST = 0x00;
    I2CMSCR = 0x05;
    I2C_Wait();
}

void I2C_SendNAK()
{
    I2CMSST = 0x01;
    I2CMSCR = 0x05;
    I2C_Wait();
}

void I2C_Stop()
{
    I2CMSCR = 0x06;
    I2C_Wait();
}

void I2C_Init()
{
    P_SW2 = 0x80;
    I2CCFG = 0xe0;
    I2CMSST = 0x00;
}

void printHex(unsigned char i)
{
    unsigned char j;

    for(j = 0;j < 8;j++)
    {
        if(j == 4)
        {
            Uart1SendByte(' ');
        }

        if(i & 0x80)
        {
            Uart1SendByte('1');
        }
        else
        {
            Uart1SendByte('0');
        }
        i <<= 1;
    }

    Uart1SendByte(' ');
}

unsigned char bmp280_ReadByte(unsigned char addr)
{
    unsigned char temp;

    I2C_Start();
    I2C_SendData(BMP280_ADDR);
    I2C_RecvACK();
    I2C_SendData(addr);
    I2C_RecvACK();

    I2C_Start();
    I2C_SendData(BMP280_ADDR + 1);
    I2C_RecvACK();
    temp = I2C_RecvData();
    I2C_SendNAK();
    I2C_Stop();

    return temp;
}

void bmp280_WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat)
{
    I2C_Start();
    I2C_SendData(BMP280_ADDR);
    I2C_RecvACK();
    I2C_SendData(addr);
    I2C_RecvACK();
    I2C_SendData(dat);
    I2C_RecvACK();
    I2C_Stop();
}

long bmp280_MultipleReadThree(unsigned char addr)
{
    unsigned char msb, lsb, xlsb;
    long temp = 0;
    msb = bmp280_ReadByte(addr);
    lsb = bmp280_ReadByte(addr + 1);
    xlsb = bmp280_ReadByte(addr + 2);

    temp = (long)(((unsigned long)msb << 12)|((unsigned long)lsb << 4)|((unsigned long)xlsb >> 4));

    return temp;
}

short bmp280_MultipleReadTwo(unsigned char addr)
{
    unsigned char msb, lsb;
    short temp = 0;
    lsb = bmp280_ReadByte(addr);
    msb = bmp280_ReadByte(addr + 1);

    temp = (short)msb << 8;
    temp |= (short)lsb;

    return temp;
}

void bmp280_Init(void)
{
    unsigned char temp = 0;

    //状态全部清零
    bmp280_WriteByte(0xe0, 0xb6);

    //读取ID的时候不知道为啥读不出来了，索性跳过去了
//  temp = bmp280_ReadByte(0xd0);
//  if(temp == 0x58)
//      Uart1SendStr("bmp280 id is right...\r\n");
//  else
//      Uart1SendStr("bmp280 id is error...\r\n");

    bmp280_WriteByte(0xf4, 0xff);
    bmp280_WriteByte(0xf5, 0x00);

    dig_T1 = bmp280_MultipleReadTwo(0x88);
    dig_T2 = bmp280_MultipleReadTwo(0x8A);
    dig_T3 = bmp280_MultipleReadTwo(0x8C);
    dig_P1 = bmp280_MultipleReadTwo(0x8E);
    dig_P2 = bmp280_MultipleReadTwo(0x90);
    dig_P3 = bmp280_MultipleReadTwo(0x92);
    dig_P4 = bmp280_MultipleReadTwo(0x94);
    dig_P5 = bmp280_MultipleReadTwo(0x96);
    dig_P6 = bmp280_MultipleReadTwo(0x98);
    dig_P7 = bmp280_MultipleReadTwo(0x9A);
    dig_P8 = bmp280_MultipleReadTwo(0x9C);
    dig_P9 = bmp280_MultipleReadTwo(0x9E);

    delay_ms(200);        
}

//  dig_T1 = 27504;
//  dig_T2 = 26435;
//  dig_T3 = -1000;
//  dig_P1 = 36477;
//  dig_P2 = -10685;
//  dig_P3 = 3024;
//  dig_P4 = 2855;
//  dig_P5 = 140;
//  dig_P6 = -7;
//  dig_P7 = 15500;
//  dig_P8 = -14600;
//  dig_P9 = 6000;
//  adc_T = 519888;
//  adc_P = 415148;

long bmp280_GetValue(void)
{
    long adc_T;
    long adc_P;
    long var1, var2, t_fine, T, p;

    adc_T = bmp280_MultipleReadThree(BMP280_TEMP_ADDR);
    adc_P = bmp280_MultipleReadThree(BMP280_PRESS_ADDR);

    if(adc_P == 0)
    {
        return 0;
    }

    //Temperature
    var1 = (((double)adc_T)/16384.0-((double)dig_T1)/1024.0)*((double)dig_T2);
    var2 = ((((double)adc_T)/131072.0-((double)dig_T1)/8192.0)*(((double)adc_T)
                /131072.0-((double)dig_T1)/8192.0))*((double)dig_T3);

    t_fine = (unsigned long)(var1+var2);

    T = (var1+var2)/5120.0;

    var1 = ((double)t_fine/2.0)-64000.0;
    var2 = var1*var1*((double)dig_P6)/32768.0;
    var2 = var2 +var1*((double)dig_P5)*2.0;
    var2 = (var2/4.0)+(((double)dig_P4)*65536.0);
    var1 = (((double)dig_P3)*var1*var1/524288.0+((double)dig_P2)*var1)/524288.0;
    var1 = (1.0+var1/32768.0)*((double)dig_P1);
    p = 1048576.0-(double)adc_P;
    p = (p-(var2/4096.0))*6250.0/var1;
    var1 = ((double)dig_P9)*p*p/2147483648.0;
    var2 = p*((double)dig_P8)/32768.0;
    p = p+(var1+var2+((double)dig_P7))/16.0;

    return p;
}

void main()
{
    long temp;
    unsigned char u8;

    I2C_Init();
    Uart1Init();
    bmp280_Init();
    ES = 1;
    EA = 1;

    while(1)
    {
        temp = bmp280_GetValue();


        Uart1SendStr("test : ");
        u8 = (temp >> 24) & 0xff;
        printHex(u8);
        u8 = (temp >> 16) & 0xff;
        printHex(u8);
        u8 = (temp >> 8) & 0xff;
        printHex(u8);
        u8 = (temp) & 0xff;
        printHex(u8);

        Uart1SendStr("\r\n\r\n\r\n");

        delay_ms(500);
    }
}