STM32驱动SHT30温湿度传感器并显示OLED：软件I2C移植与CRC校验

简介：这是一份基于正点原子STM32F1 mini板的SHT30温湿度传感器与0.96寸OLED显示屏联合应用源码，面向嵌入式初学者与电子设计爱好者，可快速搭建环境温湿度实时监测装置，也可直接用于课程设计或个人DIY项目。压缩包共200个文件，以38个.h头文件、34个.c源文件为主，另有Keil工程配置（.uvprojx）、编译链接产物（.o/.axf/.hex）及备份文件，整体大小4.89MB，解压后即可用Keil打开编译并烧录验证。目前已有2444人浏览下载。源码完整可用，涵盖I2C总线初始化、SHT30驱动时序（含命令写入、数据读取与校准）、SSD1306控制器的OLED显示驱动（字符/图形绘制）以及定时刷新逻辑；工程内还包含烧录文件与编译输出，对照正点原子mini板实物可快速核对引脚连接，理解传感器数据采集、处理与显示的完整嵌入式开发流程，尤其适合作为STM32驱动外部I2C器件与屏幕联调的入门练手项目。

1. SHT30 + OLED 源码：拿到手先想清楚的三件事

如果你的手头有一块STM32F1系列的mini开发板，想接SHT30温湿度传感器，再把温湿度实时显示在0.96寸OLED上，这套源码能省掉你大半个晚上的调试时间。SHT30并不是SHT20的简单升级，命令表、时序和数据格式都有区别；而STM32F1的硬件I2C外设又天生带些小毛病，所以工程里最常见的做法是软件模拟I2C直接驱动。

这份源码把SHT30读取、温湿度换算、OLED显示三件事串成一条完整流程，按mini开发板的PB6/PB7引脚布局预先配好。拿到手先确认三处：传感器从机地址、I2C总线速率、OLED初始化序列。适合正在做环境监测、室内温湿度计、实验室记录仪这类小项目的开发者，新手能照着接线跑通，熟手可以直接把驱动模块抽出来复用到自己的板子上。

2. SHT30驱动移植：软件I2C时序与两个公式

2.1 为什么选用软件模拟I2C：不给硬件外设添乱

STM32F1的硬件I2C在标准外设库的轮询写法下，需要处理EV5、EV6、BTF这一堆事件标志，时序稍紧就会卡在某个标志位上，表现是第一次通信正常、第二次就在等待ACK的地方死循环。很多开发者后来都转向GPIO翻转模拟，至少出错时你能拿示波器指着某一条波形说“这里不对”，代码逻辑完全透明。对这个项目而言，每次读取SHT30不过是写命令、等测量、读6个字节，总线速率用到100kHz就足够，软件模拟完全不存在性能瓶颈。

另一个原因是接线方便。软件I2C可以选任意两个GPIO，不跟板上的I2C1、I2C2外设引脚冲突，mini开发板的排针引出PB6、PB7，直接作为SCL和SDA，OLED也能挂在同一条总线上，两个设备的地址不冲突。

提示：如果只是临时点个灯，硬件I2C可能也能跑通；但你要连续采集几分钟不出错，软件I2C的稳定性明显高一个级别。

2.2 引脚初始化与总线寻址：先把线接对

SHT30是I2C接口，默认从机地址0x44（8位写地址0x88、读地址0x89），由ADDR引脚电平决定。mini开发板上SHT30模块的ADDR一般接地，地址就是0x44。SCL接PB6，SDA接PB7，VCC接3.3V，GND接GND，个别模块在板上自带4.7k上拉电阻，不需要额外接。

void SHT30_IIC_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; // 开漏输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7); // 默认释放总线 }

这段初始化把PB6和PB7配置成开漏输出，开漏的目的是允许多个从机同时挂在总线上，任意一方都能把SDA拉低而不产生短路。GPIO_Speed设成50MHz只是IO翻转速度上限，实际总线速率由后面延时函数控制，不是这里决定的。如果板子上没有外部上拉电阻，内部上拉模式勉强能用，但SDA上升沿会变缓，通信距离短时没问题，量产或走线较长时还是建议外接4.7k上拉。

2.3 底层时序函数：起始、停止、字节收发与应答

软件I2C的四个基础函数是Start、Stop、SendByte、RecvByte。起始条件是在SCL高电平期间SDA产生一个下降沿，停止条件是在SCL高电平期间SDA产生一个上升沿，字节传输则按“高位在前、SCL高时采样”的规则逐位翻转。

#define SCL_H() GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6) #define SCL_L() GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6) #define SDA_H() GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7) #define SDA_L() GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7) #define SDA_READ() GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7) void IIC_Start(void) { SDA_H(); SCL_H(); delay_us(5); SDA_L(); // SCL高电平期间，SDA拉低 → 起始条件 delay_us(5); SCL_L(); }

起始条件之后SCL被拉低，之后SDA上的数据变化才允许发生在SCL低电平期间。delay_us的取值决定总线速率，5微秒对应大约100kbps，如果你需要400kbps，把延时压到1微秒级别，前提是IO翻转速度和上拉电阻都跟得上。

uint8_t IIC_SendByte(uint8_t dat) { uint8_t i; for (i = 0; i < 8; i++) { if (dat & 0x80) SDA_H(); else SDA_L(); dat <<= 1; SCL_H(); delay_us(2); SCL_L(); delay_us(2); } SDA_H(); // 释放SDA，等待从机应答 SCL_H(); delay_us(2); if (SDA_READ()) i = 1; // 从机拉低SDA表示ACK else i = 0; SCL_L(); return i; }

这个函数发送8位数据并返回从机应答状态，返回0表示有ACK，返回1表示NACK。SHT30收到正确地址和命令后会正常应答；如果设备没接对或地址写错，这里会返回NACK，是排查总线问题第一道关卡。注意发送完字节后SDA必须释放，否则从机无法拉低SDA应答。

uint8_t IIC_RecvByte(uint8_t ack) { uint8_t i, dat = 0; SDA_H(); // 释放SDA，让从机驱动 for (i = 0; i < 8; i++) { dat <<= 1; SCL_H(); delay_us(2); if (SDA_READ()) dat |= 1; SCL_L(); delay_us(2); } if (ack) SDA_L(); // 主机发送ACK else SDA_H(); // 最后一个字节发送NACK SCL_H(); delay_us(2); SCL_L(); SDA_H(); return dat; }

接收函数的ack参数是主机对被读字节的应答：中间字节传1让主机拉低SDA表示“继续发”，最后一个字节传0表示“不要再发”。SHT30读取测量结果时一共返回6个字节，前5个字节主机都要回ACK，第6个字节回NACK，从机才会释放总线，下一次Start才能正常发起。

2.4 单次测量命令与等待时间：命令也要算CRC

SHT30的单次测量命令是0x2C06，含义是“开启单次测量、高重复性”。要注意SHT30的命令由两个命令字节加一个CRC校验字节组成，芯片校验通过才执行命令。很多网上例程直接省掉这个CRC也能跑，但严格按手册是必须补的，否则在某些批次芯片上命令会被无视，表现为总线上有ACK但传感器始终不启动测量。

#define SHT30_ADDR_W 0x88 #define SHT30_ADDR_R 0x89 #define CMD_MEAS_HIGH 0x2C06 uint8_t SHT30_CalcCRC(uint8_t *data, uint8_t len) { uint8_t crc = 0xFF; uint8_t i; while (len--) { crc ^= *data++; for (i = 0; i < 8; i++) { if (crc & 0x80) crc = (crc << 1) ^ 0x31; else crc <<= 1; } } return crc; } uint8_t SHT30_SendCmd(uint16_t cmd) { uint8_t buf[2], crc; buf[0] = cmd >> 8; buf[1] = cmd & 0xFF; crc = SHT30_CalcCRC(buf, 2); IIC_Start(); if (IIC_SendByte(SHT30_ADDR_W)) return 1; // NACK直接退出 IIC_SendByte(buf[0]); IIC_SendByte(buf[1]); IIC_SendByte(crc); IIC_Stop(); return 0; }

CRC多项式0x31是SHT3x系列统一使用的CRC8算法，初值0xFF，计算范围是两个命令字节。为什么有的例程不发也没事，因为部分芯片对命令CRC的校验没那么严格，或者例程里隐藏了第三个字节。你不需要记忆每条命令的CRC结果，用这个动态计算函数最省事，换命令时不用查表。

发完命令后需要等待测量完成。高重复性单次测量的典型时间是18ms，最坏47ms，代码里延时20ms偏激进，稳妥起见可以延到50ms。

void SHT30_ReadRaw(uint16_t *temp_raw, uint16_t *humi_raw) { uint8_t buf[6]; SHT30_SendCmd(CMD_MEAS_HIGH); delay_ms(50); IIC_Start(); if (IIC_SendByte(SHT30_ADDR_R)) { IIC_Stop(); return; } buf[0] = IIC_RecvByte(1); buf[1] = IIC_RecvByte(1); buf[2] = IIC_RecvByte(1); // 温度数据CRC buf[3] = IIC_RecvByte(1); buf[4] = IIC_RecvByte(1); buf[5] = IIC_RecvByte(0); // 最后一个字节NACK IIC_Stop(); if (SHT30_CalcCRC(buf, 2) != buf[2]) return; if (SHT30_CalcCRC(buf + 3, 2) != buf[5]) return; *temp_raw = (buf[0] << 8) | buf[1]; *humi_raw = (buf[3] << 8) | buf[4]; }

这段代码把读6个字节和CRC校验合在一起。如果CRC不匹配，直接丢弃这一帧。SHT30返回的数据格式是温度高字节、低字节、CRC、湿度高字节、低字节、CRC，温度和湿度原始值都是16位无符号整数，范围0到65535。

2.5 温湿度换算公式：从原始值到物理量的两步

原始值需要经线性映射才能变成摄氏度和相对湿度。SHT30数据手册给出的换算公式非常简洁，如下表所示。

实际写代码时，我一般不建议直接上浮点，STM32F1开浮点printf会占掉不少Flash，显示驱动里做浮点格式化更容易把库函数拉进来。更干净的做法是把分子分母凑成整数，一次算出0.01℃精度的整形值，例如温度用((int32_t)raw * 17500 / 65535 - 4500)得到0.01℃单位，湿度用((int32_t)raw * 10000 / 65535)得到0.01%RH单位。这个整型值可以直接拆位送到OLED，后面第三章的显示代码就是这么处理的。

3. OLED显示接入：SSD1306初始化、页面寻址与免浮点显示

3.1 OLED在I2C总线上的地址：0x3C为什么不会和SHT30打架

mini开发板配套的0.96寸OLED模块用的是SSD1306驱动芯片，I2C版本默认从机地址0x3C（8位写地址0x78），由模块背面的SA0电阻决定。SHT30的从机地址是0x44，8位写地址0x88，两个地址完全不同，可以放心挂在同一条I2C总线上。

总线是分时复用的，每次通信都是Start开始、Stop结束，不存在两个从机同时抢线的问题。反而要注意的是OLED模块的I2C版本和SPI版本引脚定义不一样：I2C版本只有GND、VCC、SCL、SDA四个引脚，直接接线；SPI版本有CS、DC、RES、D0、D1等，用I2C工程时别接错。

3.2 SSD1306初始化序列：这几条命令决定能不能亮

SSD1306上电后默认处于关闭状态，必须完成初始化序列才会显示。初始化序列由一组控制字节和命令参数组成，其中最关键的三条是关显示0xAE、打开电荷泵0x8D 0x14、开显示0xAF。电荷泵没打开时屏幕不会亮，但数据写入都正常，这是黑屏问题最常见的根因。

void OLED_Init(void) { delay_ms(50); OLED_WriteCmd(0xAE); // 关闭显示 OLED_WriteCmd(0xD5); OLED_WriteCmd(0x80); // 时钟分频 OLED_WriteCmd(0xA8); OLED_WriteCmd(0x3F); // 复用比64 OLED_WriteCmd(0xD3); OLED_WriteCmd(0x00); // 显示偏移0 OLED_WriteCmd(0x40); // 起始行0 OLED_WriteCmd(0x8D); OLED_WriteCmd(0x14); // 打开电荷泵 OLED_WriteCmd(0x20); OLED_WriteCmd(0x02); // 页面寻址模式 OLED_WriteCmd(0xA1); // 段重映射 OLED_WriteCmd(0xC8); // 扫描方向 OLED_WriteCmd(0xDA); OLED_WriteCmd(0x12); // 引脚配置 OLED_WriteCmd(0xAF); // 开启显示 OLED_Clear(); }

OLED_WriteCmd的第一个参数是控制字节，I2C模式下要发送0x00表示后续字节是命令，发送0x40表示后续字节是显示数据。初始化序列里的0x20 0x02把芯片设成页面寻址模式，这是代码里刷新逻辑必须匹配的关键，页面模式下一页128个字节正好对应屏幕一行8像素。

3.3 从显存到屏幕：页面寻址与刷新函数

SSD1306的128x64屏幕在逻辑上分成8页，每页8像素高，128像素宽。显示数据按页写入，屏幕左上角第一页覆盖第0到第7行，第二页覆盖第8到第15行，以此类推。用户程序里维护一个128x8字节的缓冲区，显示内容先画进缓冲区，再一次性刷到屏幕上，避免逐字符刷新产生的闪烁。

uint8_t OLED_GRAM[128][8]; void OLED_SetPos(uint8_t x, uint8_t y) { OLED_WriteCmd(0xB0 + y); // 设置页地址 OLED_WriteCmd(x & 0x0F); // 低4位列地址 OLED_WriteCmd(0x10 | (x >> 4)); // 高4位列地址 } void OLED_Refresh(void) { uint8_t i, j; for (i = 0; i < 8; i++) { OLED_SetPos(0, i); for (j = 0; j < 128; j++) { OLED_WriteData(OLED_GRAM[j][i]); } } }

OLED_Refresh逐页把缓冲区内容发到屏幕，每次刷新要写8次页地址、共1024个数据字节。在100kHz I2C下刷新一帧大约需要90ms，这个速度对温湿度显示够用。如果后续要做动画或波形，建议把总线提到400kHz，或者换SPI接口的OLED。

3.4 显示温度与湿度：不用浮点库的整型拆位法

显示函数只需要两个原语：定位到某个页的某个列、画字符。5x7点阵英文字符每个占1字节宽，直接查表。核心显示逻辑是把2.5节算出来的整型温湿度拆成整数位和小数位，一个一个数字写进缓冲区。

void OLED_ShowNum(uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len) { uint8_t i; for (i = 0; i < len; i++) { uint8_t digit = (num / pow10(len - i - 1)) % 10; OLED_ShowChar(x + i * 6, y, '0' + digit); } }

pow10是预计算的10的幂次查找表，避免引入数学库。比如显示温度时，t100 = ((int32_t)temp_raw * 17500 / 65535 - 4500)得到0.01℃单位，整数部分是t100 / 100，小数部分是t100 % 100，先显示整数，再显示一个小数点字符，最后补两位小数。整个过程只有整数除法，不占浮点库。

void OLED_ShowTempHumi(int32_t t100, int32_t h100) { uint8_t x = 16, y = 2; OLED_ShowCN(x, y, 0); // 显示"温度" if (t100 < 0) { OLED_ShowChar(x + 16, y, '-'); t100 = -t100; } OLED_ShowNum(x + 22, y, t100 / 100, 2); OLED_ShowChar(x + 33, y, '.'); OLED_ShowNum(x + 39, y, t100 % 100, 2); OLED_ShowChar(x + 51, y, 'C'); // 湿度同理，放在第4页 }

OLED_ShowCN是点阵字库函数，16x16中文字模从取模软件生成后放进const数组。这份源码里已经预置了“温度”“湿度”“摄氏”等常用字模，如果你要显示自定义中文，需要用取模软件重新生成，注意取模方式和代码里的位序保持一致：逐行扫描还是逐列扫描，方向设为横向还是纵向，这一项错了显示出来的就是镜像或乱码。

4. 避坑：SHT30与OLED共存的五个常见问题与排查步骤

4.1 五个高频问题：现象、原因与解决

问题一：读回来的温度湿度一直是0xFFFF或固定值。

现象是OLED上显示的温度是130.0℃、湿度100.0%RH，或者始终不动。原因几乎都是SHT30没有正常响应，命令没有发出去，或者总线根本没有ACK。解决方法是先在SendCmd内部检查IIC_SendByte的返回值，一旦NACK就点亮一个LED或者串口打印错误标志，不要继续往下读。如果NACK发生在发完地址之后，优先查硬件接线和地址；如果NACK发生在发命令字节之后，问题集中在SDA线的上拉电阻或总线被其他设备拉死。

问题二：OLED完全无显示，但SHT30读数正常。

现象是传感器数据串口打印正常，屏幕却一片黑。原因通常有三类：第一是OLED地址写错成0x7A，第二是初始化序列里电荷泵没打开，第三是OLED模块本身需要RES引脚复位，程序里没有给复位时序。解决方法是先看代码里OLED地址是0x78还是0x7A，对照模块背面SA0电阻；然后在OLED_Init开头加一个50ms延时，通过控制RES引脚或软件延时保证上电稳定。确认基本盘时，可以在Clear后往缓冲区写满0xFF再刷新，全屏应该变白，否则问题在通信或初始化。

问题三：显示一帧之后I2C总线卡死，SCL或SDA被拉低。

现象是程序跑到某次读取后卡在延时或循环里，用逻辑分析仪看到SDA一直为低。原因是主机或从机在某个字节的应答阶段没有正确释放总线，常见的是最后一个字节没有发NACK却发了ACK，导致从机还在等待下一字节。解决方法是逐个检查IIC_RecvByte的ack参数，SHT30读6个字节必须前5个传1、最后传0；OLED写数据时则所有字节都等待ACK。另外可以在IIC_Start前加一个总线恢复函数，连续发9个SCL脉冲让卡死的从机释放SDA。

void IIC_Bus_Recover(void) { uint8_t i; SDA_H(); for (i = 0; i < 9; i++) { SCL_L(); delay_us(5); SCL_H(); delay_us(5); } IIC_Start(); IIC_Stop(); }

这个恢复函数对SSD1306这种可能会锁住SDA的从机很有效，它模拟9个时钟脉冲让从机的内部状态机复位。我一般把这段放在主循环外部，用一个按键触发，调试时总线一卡就手动恢复，不需要重新上电。

问题四：在mini开发板上正常，换到自己画的板子读数乱跳。

现象是同一套代码换板子后，温度在正常值附近抖动几度，或者偶发读到0。原因是供电和上拉电阻变了：SHT30的VDD最好就近放一个100nF去耦电容，总线SCL和SDA各接一个4.7k上拉到3.3V。mini开发板模块自带上拉所以没暴露问题，自绘板如果漏了这两个电阻，上升沿变缓，在快速翻转下会采到错误电平。解决方法是补上拉和去耦电容，再把delay微调到2~5微秒让时序更宽松。

问题五：温度数值整体偏高，或者开机后慢慢爬升。

现象是SHT30读数比环境温度高2~3℃。原因通常是芯片自热或加热器被意外打开。SHT30内部有一个加热器，状态寄存器里的加热器位默认关闭，但如果你调试时执行过其他命令把它打开了，读数会整体抬升。解决方法是软复位传感器并重新读取状态确认加热器处于关闭状态，同时确保传感器不要贴着主控芯片或电源芯片放置，外壳开孔保持空气流通。

4.2 排查工具与自检例程：先确认传感器在总线上

五类问题里有一半和总线通信相关，所以我强烈建议在工程里留一个自检例程：上电后读SHT30的状态寄存器，把读取结果通过串口或OLED打出来。状态寄存器的读取命令是0xF32D，返回3个字节，其中2个数据字节加1个CRC字节。

uint8_t SHT30_ReadStatus(void) { uint8_t buf[3]; IIC_Start(); if (IIC_SendByte(SHT30_ADDR_W)) { IIC_Stop(); return 0xFF; } IIC_SendByte(0xF3); IIC_SendByte(0x2D); IIC_Stop(); IIC_Start(); if (IIC_SendByte(SHT30_ADDR_R)) { IIC_Stop(); return 0xFF; } buf[0] = IIC_RecvByte(1); buf[1] = IIC_RecvByte(1); buf[2] = IIC_RecvByte(0); IIC_Stop(); if (SHT30_CalcCRC(buf, 2) != buf[2]) return 0xFE; return (buf[0] << 8) | buf[1]; }

自检通过的条件是返回值不是0xFF也不是0xFE。0xFF说明从机地址NACK，总线上没找到设备；0xFE说明CRC校验失败，总线时序有问题。这个函数不仅能验证SHT30是否存在，还能在修改时序参数后快速验证效果，比直接测温湿度更直观：温度对不上可能是环境问题，CRC不过就是实打实的时序问题。

5. 进阶：让温湿度数据可信的三个手段：CRC校验、滤波与降功耗

把数据采出来只是第一步，数据可信才是这个项目真正能交付的关键。我在资源里已经内置了CRC校验，但实际做产品时还需要再做三层加固。

第一层是保留CRC校验并且不要把CRC错误静默吞掉。SHT30每个测量通道返回2字节数据加1字节CRC，这是一个免费的总线健康检测机制。如果你的程序连续采集一小时，CRC错误出现次数超过个位数，说明总线上拉到有问题或者IO配置不当，这时候应该在日志里累计错误帧数，而不是直接跳过去。静默丢弃会在数据上留下不易察觉的坑。

第二层是软件滤波。SHT30本身精度不错，但环境气流波动会让读数跳变。我一般用滑动中值滤波：连续采集5帧，取中间值作为当前显示值，既保留响应速度又滤掉单点毛刺。实现时不需要排序函数，对5个数做三层比较就能得到中值，代码只有十几行，但效果比简单平均好很多，尤其适合有人在房间里走动的场景。

第三层是功耗控制。如果你的项目要用电池供电，SHT30的单次测量模式本身就比较友好：测完一次后芯片会自动回到空闲状态，电流在微安级。不要开启周期测量模式还让主控一直刷OLED，那是功耗黑洞。比较合理的做法是每10秒醒一次，读数据、刷屏、然后让SHT30和主控同时进入低功耗。

我第一次接SHT30时，为了省事把CRC校验函数注释掉了，结果数据显示偶尔跳一下，当时以为是传感器坏了，折腾了一晚上才发现是总线上拉电阻接触不良。从那以后我每次接SHT30都会强制走一遍完整流程：先IIC扫描确认ACK，再读状态寄存器验CRC，最后才进主循环刷OLED。这套流程也写进了这份源码，希望帮到你。

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