STM32 从 0 到 1 做智能家居（七）：ENS160 空气质量（I2C）

文章目录

• • 一、I2C 三句话讲明白
  • • 1.1 硬件：为什么必须上拉，为什么不能推挽
    • 1.2 起始信号 S 与终止信号 P
    • 1.3 数据位：高电平读，低电平改
    • 1.4 第 9 位：应答 ACK / 非应答 NACK
    • 1.5 寻址：7 位地址 + 1 位读写
    • 1.6 四种典型帧：就是四张"戏票"
    • 1.7 时序图 ↔ 代码对照表
  • 二、先确认"它在不在"：读 PART_ID
  • 三、地址与寄存器
  • • 3.1 地址由 ADDR 引脚决定
    • 3.2 本工程用到的寄存器
    • 3.3 硬件前提：裸芯片和模块不是一回事
  • 四、读写寄存器的封装
  • 五、初始化：先复位，再进标准模式
  • • 5.1 预热：前几分钟的数据不能当真
    • 5.2 一次完整测量的时序（状态 + 读数流程）
  • 六、读三个数据 + 小端拼接
  • • 6.1 什么是小端
    • 6.2 AQI 只有 1 个字节
    • 6.3 DEVICE_STATUS 可以判断"数据新不新"
  • 七、空气好坏的判定
  • 八、读不到数据时，按这个顺序查
  • 九、本章易错点总结
  • 十、小结与下一篇
  • 附录 A：完整代码（ens160.h / ens160.c）
  • • A.1 `ens160.h`（对外接口）
    • A.2 `ens160.c`（驱动实现）
    • A.3 在 `main.c` 中调用
    • A.4 最小验证步骤

系列第七篇。DHT11 是"一根线"，ENS160 是"两根线"。别看不起眼的两根线，I2C 的坑一点不比单总线少。

我第一次读 ENS160，HAL_I2C_Mem_Read 一直返回 HAL_ERROR，查了两个下午，最后发现是模块的 ADDR 引脚接法和我代码里的地址对不上。

一、I2C 三句话讲明白

1.1 硬件：为什么必须上拉，为什么不能推挽

I2C 总线上挂着很多设备，每根线的电路结构都是"开漏"：

• 设备只能做两件事：把线拉低（输出 0），或者松手不管（高阻，输出 1）；
• 松手时线为什么是高电平？靠外部的上拉电阻把线拉到 VCC；
• 所以总线上只要有任何一个设备拉低，整条线就是低。这就是"线与"。

VCC
│
┌──┴──┐ 上拉电阻（模块上一般 4.7k / 10k）
│ │
SCL ──┴─────┴── … ── 主机 + 从机1 + 从机2
SDA ──┬─────┬── … ── 每个设备的引脚都是开漏
│ │
└──┬──┘
│
GND（设备内部 MOS 导通时才拉低）

为什么不能用推挽？ 推挽会主动输出高电平。如果设备 A 输出高、设备 B 输出低，电源和地之间就被直接短路，电流瞬间很大，可能烧引脚。开漏没有这个问题。

多主设备同时说话怎么办？ 开漏天生支持"仲裁"：谁发 1（松手）却读到 0（被别人拉低），谁就知道自己抢输了，立刻退出。整个过程不会损坏硬件。

电平不匹配怎么办？ 高电平由上拉电阻接的 VCC 决定，和芯片自身供电无关。所以 3.3V 的 STM32 和 5V 传感器可以挂同一条总线，只要上拉接到 5V、STM32 引脚耐压够。

上拉电阻的作用 避免总线冲突和实现“线与”（Wire-AND）功能

这是最核心的原因。I²C协议支持多主多从（Multiple Masters and Slaves）的架构。

• 开漏输出：意味着芯片内部的输出级电路只有一个连接到地的MOSFET（像是一个开关），而没有直接连接到电源（VCC）的上拉部分。
  • 当MOSFET关闭（开关断开）时，输出引脚为高阻态，不影响总线。
  • 当MOSFET开启（开关闭合）时，输出引脚被强行拉低到地（GND），输出逻辑’0’。
• “线与”逻辑：由于所有设备的总线（SDA和SCL）都是开漏结构并通过上拉电阻连接到VCC，任何一个设备只要主动拉低总线（输出’0’），整条总线就是低电平。
  • 逻辑“与”关系：总线的最终状态 = 设备1的输出 AND 设备2的输出 AND … 设备N的输出。只有所有设备都输出’1’（即释放总线，不拉低），总线才为高电平’1’。
• 如何避免冲突：这种“线与”特性使得总线天生就具备冲突检测（Arbitration） 机制。
  • 假设两个主设备同时开始发送数据。它们一边发送，一边会读取总线上的实际电平，并与自己发送的电平进行比较。
  • 如果某个主设备发送了一个高电平’1’（释放总线），但它检测到总线实际是低电平’0’（被另一个主设备拉低了），它就立刻知道自己失去了仲裁，会立即停止操作，转为从接收模式。
  • 这个过程不会损坏硬件，也无需额外的冲突检测线路。这是推挽输出（Push-Pull）绝对无法实现的，如果两个推挽输出的设备一个输出高一个输出低，会造成电源对地短路，烧毁器件。 电平转换的灵活性（兼容不同电压的设备） 这是另一个巨大的优势。由于总线上的高电平电压完全由上拉电阻所连接的电源（VCC） 决定，而与各个设备自身的工作电压（VDD）无关。
• 场景：一个3.3V的STM32（主设备）想要和一个5V的传感器（从设备）通信。
• 实现：
  • 将I²C总线的上拉电阻连接到5V电源。
  • 3.3V的STM32的I²C引脚设置为开漏模式，并且其耐压需要能承受5V（很多现代MCU的IO口是5V tolerant的）。
• 工作原理：
  • 当STM32要输出’0’时，它内部MOSFET导通，将总线拉低到GND（0V）。对于5V的传感器来说，0V显然是逻辑’0’。
  • 当STM32要输出’1’时，它释放总线（高阻态），上拉电阻将总线拉高到5V。STM32会读取到这个5V的高电平，虽然超过了其本身的3.3V供电，但只要引脚耐压足够就没有问题。同时，5V的传感器也正确地看到了5V的逻辑’1’。
• 好处：你可以在一条I²C总线上混用不同工作电压的芯片，而不需要任何额外的电平转换电路。只需将上拉电阻接到一个所有设备都能接受的最高电压即可。 简化驱动电路 开漏结构非常简单，只需要一个MOSFET管来控制对地的导通，而不需要更复杂的推挽电路（既有上拉P-MOS，又有下拉N-MOS）。这使得IC内部的电路更简单，成本更低。

1.2 起始信号 S 与终止信号 P

这两条规则只有一句话，但方向记反就永远通信不上：

• 起始 S：SCL 为高期间，SDA 由高 → 低；
• 终止 P：SCL 为高期间，SDA 由低 → 高。

起始 S：
SCL ‾‾‾‾‾‾‾‾\\__________
SDA ‾‾‾‾\\______________
↑ SCL 高电平期间，SDA 下降沿 = 起始

终止 P：
SCL ________/‾‾‾‾‾‾‾‾‾
SDA ______/‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾
↑ SCL 高电平期间，SDA 上升沿 = 终止

为什么必须在 SCL 高电平期间判断？因为数据位只允许在 SCL 低电平期间变化。高电平期间 SDA 的任何跳变都是"命令"，不是数据。

起始之后总线处于"占用"状态，终止之后回到"空闲"。一次完整的通信必须成对出现 S 和 P，中间不能只发 S 不发 P，否则总线会一直被占着，下次通信直接失败。

1.3 数据位：高电平读，低电平改

• SCL 低电平期间：发送方可以改 SDA（准备下一位）；
• SCL 高电平期间：SDA 必须稳定，接收方在这时采样。

SCL ____/‾‾‾‾\\____/‾‾‾‾\\____/‾‾‾‾\\____
SDA ‾‾‾‾‾‾‾‾\\____/‾‾‾‾‾‾‾‾\\____/‾‾‾‾‾‾
保持 变化 保持 变化 保持
↑ 只在 SCL 低电平期间允许变化

一个 SCL 周期传 1 位，先传最高位（MSB）。所以一个字节 8 位要 8 个时钟周期。

这也是为什么软件模拟 I2C 时，代码总是这个套路：

SCL_LOW(); // 低电平期间改数据
SDA_WRITE(bit);
delay_us(...);
SCL_HIGH(); // 高电平期间数据稳定
delay_us(...);
SCL_LOW();

1.4 第 9 位：应答 ACK / 非应答 NACK

8 位数据发完，必须再来 1 个时钟，这一位由接收方控制：

• 接收方把 SDA 拉低 → ACK（应答），表示"我收到了"；
• 接收方松手让 SDA 为高 → NACK（非应答），表示"我不要了 / 没有这个设备"。

第1位 … 第8位 第9位
SCL __/‾\\__/‾\\…__/‾\\__
SDA D7 D6 … D0 ACK
↑ 接收方在这期间拉低 = ACK

所以一帧是 8 + 1 = 9 个时钟。

HAL 返回值里的 HAL_ERROR，很大一部分就是"第 9 位没等到 ACK"。常见原因只有三个：地址不对、设备没供电、上拉缺失。

1.5 寻址：7 位地址 + 1 位读写

起始信号之后，主机发的第一个字节不是数据，而是"喊谁"：

bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W
└──────────── 7 位从机地址 ────────────┘ └ 0=写 1=读

ENS160 的 7 位地址是 0x53，套进这个格式：

0x53 = 101 0011
左移 1 位 → 1010 0110 = 0xA6 （最低位 0，写）
最低位置 1 → 1010 0111 = 0xA7 （最低位 1，读）

所以代码里必须写：

#define ENS160_ADDR_7BIT 0x53U
#define ENS160_ADDR (ENS160_ADDR_7BIT << 1) // 0xA6

直接把 0x53 传给 HAL，HAL 会把它当成 8 位地址用，结果就是永远 NACK、读不到任何数据。这是 I2C 驱动最常见的一个错。

//IIC地址的表示方式一般使用两位16进制表示 //但是IIC地址只有7位，两位16进制表示了8位二进制 //此时会有两种分配方式 // 假设IIC地址为1100 111 //1从最低位补零的方式 1100 1110=0xCE 此种方式写的话地址可以直接用，而读时需要或等于0x01 //2从最高位补零 0110 0111=0x67 此种方式发送时需要先左移1位然后根据都或者写操作进行或等于或者与等于

1.6 四种典型帧：就是四张"戏票"

HAL 的 Mem_Read / Mem_Write 本质上只做四件事，看懂这四张图，就再也不用死记参数：

① 主机给从机写 1 个字节（写寄存器）

S → 地址+W → ACK → 寄存器号 → ACK → 数据 → ACK → P

② 主机给从机写多个字节（连续写）

S → 地址+W → ACK → 寄存器号 → ACK → 数据1 → ACK → 数据2 → ACK → … → P

③ 主机从从机读 1 个字节（读寄存器，最常用）

S → 地址+W → ACK → 寄存器号 → ACK → Sr → 地址+R → ACK → 数据 → NACK → P
↑
重复起始，不先发 P

④ 主机从从机读多个字节（连续读）

S → 地址+W → ACK → 寄存器号 → ACK → Sr → 地址+R → ACK
→ 数据1 → ACK → 数据2 → ACK → … → 最后一个数据 → NACK → P

两个关键点：

• 读寄存器必须"先写寄存器号，再读"，中间用重复起始 Sr 换方向，不能先停止再起始（停止会释放总线，别的设备可能插进来）；
• 最后一个字节主机要回 NACK，告诉从机"够了，别再发了"，然后发 P。

HAL_I2C_Mem_Read 把这整套流程封装好了，你只要给"地址、寄存器号、长度"三个信息：

HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c3, ENS160_ADDR, 0x21, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, 1, 100);
// ↑寄存器号 ↑地址是 8 位 ↑读 1 字节

Mem_Write 同理：

HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c3, ENS160_ADDR, 0x10, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &mode, 1, 100);

“Mem” 的意思是：把这个芯片当成一块内存来访问，给它一个"寄存器地址"，就能读写对应位置的值。

1.7 时序图 ↔ 代码对照表

这张表就是排错地图：如果逻辑分析仪上看到"地址发了、没有 ACK"，问题在硬件或地址；如果"ACK 都有、数据全 0"，问题在寄存器号或工作模式。

二、先确认"它在不在"：读 PART_ID

在写任何业务代码之前，先做一件事：读器件 ID。

ENS160 的 PART_ID 寄存器（0x00）正常应读回两个字节，顺序不能反：

第 1 个字节：0x60 （PART_ID_LSB，低字节）
第 2 个字节：0x01 （PART_ID_MSB，高字节）

uint8_t id[2];
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c3, 0x53 << 1, 0x00,
I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, id, 2, 100);

printf("PART_ID = %02X %02X\\r\\n", id[0], id[1]);

• 读回 60 01：总线通、地址对、传感器活着，可以往下走；
• 读回 00 00 或超时：先别怀疑初始化，问题一定在硬件或地址；
• 如果你在串口上看到 01 60：先检查 printf 里是不是把 id[0] 和 id[1] 写反了。

手册里常把 PART_ID 写成 0x0160，这是把高字节和低字节拼在一起的写法：高字节 0x01、低字节 0x60。而寄存器是低字节先出，所以实际读回的顺序是 60 01。这两件事不矛盾，只是"数值表示"和"传输顺序"的区别。

这一步的价值在于：把"I2C 通信问题"和"传感器配置问题"分开。如果连 ID 都读不到，后面写 OPMODE、读 AQI 全是白费。

三、地址与寄存器

3.1 地址由 ADDR 引脚决定

本工程代码用的是 0x53，所以模块的 ADDR 应该接高（或模块内部已上拉）。如果你的模块 ADDR 是接地的，就读不到——这是"代码没错但读不到"的第一嫌疑。

调试时最省事的做法：

if(HAL_I2C_IsDeviceReady(&hi2c3, 0x52 << 1, 3, 100) == HAL_OK)
printf("found 0x52\\r\\n");
if(HAL_I2C_IsDeviceReady(&hi2c3, 0x53 << 1, 3, 100) == HAL_OK)
printf("found 0x53\\r\\n");

两个都试一遍，哪个 OK 用哪个。

3.2 本工程用到的寄存器

注意 AQI 是 1 个字节，TVOC 和 eCO2 各 2 个字节。这三个量在地址上是连续的：0x21 ~ 0x25 一共 5 个字节，一次读回来就能全部拿到，后面第六节会用到。

一个概念要提前说清楚：ENS160 的 eCO2 不是真的 CO2 传感器测出来的，它是根据 TVOC 等数据"推算"的等效值（equivalent CO2）。所以它和专业的 NDIR CO2 传感器数值不会完全一致，不要拿它去校准空调。

3.3 硬件前提：裸芯片和模块不是一回事

这一节很重要，因为接错电源会直接烧芯片。

ENS160 有两种供电引脚：

为什么搞两个电源？因为芯片内部只能承受 1.8V，但 STM32 是 3.3V 电平。VDDIO 接 3.3V 后，SDA/SCL 输出的高电平也是 3.3V，STM32 才认得出来。

如果你买的是"ENS160 模块"：板上通常已经有 LDO（把 3.3V 降到 1.8V）和上拉电阻，你只要给模块 VCC 接 3.3V、GND 共地即可。绝对不能接 5V。

如果你买的是"裸芯片"：必须自己加 1.8V LDO，VDD 和 VDDIO 分开接。直接把 VDD 接 3.3V，芯片会瞬间损坏，而且这种损坏是不可逆的。

另外三个引脚也和"能不能通"直接相关：

模块上的 SCL/SDA 一般已有 4.7k~10k 上拉。如果你用裸芯片，必须自己加，否则总线空闲时不是高电平，连起始信号都发不出去。

四、读写寄存器的封装

static HAL_StatusTypeDef ENS160_READ_REG(uint8_t reg, uint8_t *data, uint8_t len)
{
return HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c3, ENS160_ADDR, reg,
I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len,
HAL_MAX_DELAY);
}

static HAL_StatusTypeDef ENS160_WriteReg(uint8_t reg, uint8_t *data, uint8_t len)
{
return HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c3, ENS160_ADDR, reg,
I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len,
HAL_MAX_DELAY);
}

三个细节：

① I2C_MEMADD_SIZE_8BIT

ENS160 的寄存器地址是 8 位（一个字节）。有些芯片是 16 位地址，这时要选 I2C_MEMADD_SIZE_16BIT。选错会访问到完全不同的寄存器，读出来全是 0。

② hi2c3 来自 i2c.c，不要重复定义

extern I2C_HandleTypeDef hi2c3; // 在 i2c.h 里

如果你在 ens160.c 里再写一遍 I2C_HandleTypeDef hi2c3;，链接会报：

L6200E: Symbol hi2c3 multiply defined

③ HAL_MAX_DELAY 是一把双刃剑

它表示"永不超时"。总线正常时没问题；一旦 SDA 被拉死、模块没接好，程序会永久卡在 HAL_I2C_Mem_Read 里，现象是整机不响应、按键全无反应。

调试阶段建议先改成 100（100ms）：

HAL_I2C_Mem_Read(..., 100);

等确认通信正常，再决定要不要恢复 HAL_MAX_DELAY。

五、初始化：先复位，再进标准模式

ENS160 有四种工作模式：

初始化就两步：

uint8_t ens160_init(void)
{
uint8_t mode = 0xF0; // ① 软复位
if(ENS160_WriteReg(0x10, &mode, 1) != HAL_OK) return 2;
HAL_Delay(20);

mode = 0x02; // ② 标准模式
if(ENS160_WriteReg(0x10, &mode, 1) != HAL_OK) return 3;
HAL_Delay(20);

return 0; // 成功
}

关键点：

• 不写 0x02，读出来永远是 0 或初值。因为芯片还在深度睡眠，数据寄存器根本不更新；
• 复位后要等 10~20ms，等芯片内部稳定；
• 每次写寄存器都要检查返回值。本项目用 ENS160_ERROR_CODE 记录失败在哪一步（2=复位失败，3=进标准模式失败，4~8=读各寄存器失败），调试时打印这个码，比猜快得多。

5.1 预热：前几分钟的数据不能当真

ENS160 上电后需要初始预热，刚上电的前几分钟读数会明显漂移，完全稳定通常要更久。

所以：

• 不要在上电 10 秒内判断"这个传感器是不是坏了"；
• 开机初期 AQI 偏高、TVOC 乱跳，属于正常现象；
• 项目里 main() 的 HAL_Delay(2500) 只是等系统上电稳定，不等于传感器预热完成。

5.2 一次完整测量的时序（状态 + 读数流程）

把手册里的状态图和读数步骤画在一起，就是下面这张图。建议收藏，调试时逐格对照：

上电（VDD 1.8V、VDDIO 3.3V 稳定）
│
▼
深度睡眠 0x00（POR 默认）──写 OPMODE=0xF0 可重新复位
│ 写 OPMODE=0x01（可选，进入空闲，可配置指令）
▼
空闲模式 0x01
│ 写 OPMODE=0x02
▼
标准模式 0x02 ────────── 持续测量 ──────────┐
│ │
│ 读 DEVICE_STATUS(0x20) │
│ bit1 NEWDAT == 1 ? ────── 否 ────────┘
│ │ 是
│ ▼
│ 读 0x21 ~ 0x25 连续 5 个字节
│ │
│ ▼
│ AQI = buf[0]
│ TVOC = buf[1] | (buf[2] << 8)
│ eCO2 = buf[3] | (buf[4] << 8)
│ │
└────────────┘ NEWDAT 在首次读 DATA 后自动清零，等下一组

这张图里有三个"卡点"，对应三种最常见的失败：

六、读三个数据 + 小端拼接

最省事的读法是一次读 5 个字节，因为 AQI、TVOC、eCO2 在地址上连续：

uint8_t buf[5];

ENS160_READ_REG(0x21, buf, 5); // 从 DATA_AQI 开始，连续读 5 字节

g_AQI = buf[0]; // 第 1 字节：AQI（1~5）
g_TVOC = buf[1] | (buf[2] << 8); // 第 2、3 字节：TVOC 小端
g_ECO2 = buf[3] | (buf[4] << 8); // 第 4、5 字节：eCO2 小端

5 个字节的排布：

本工程实际是分三次读（读 AQI 1 字节、读 TVOC 2 字节、读 eCO2 2 字节），结果与连续读完全一样，只是多占了一点总线时间：

uint8_t buf[2];

getAQI(&g_AQI); // 1 字节，直接取
getDATA_TVOC(buf); g_TVOC = buf[0] | (buf[1] << 8); // 2 字节，小端
getDATA_ECO2(buf); g_ECO2 = buf[0] | (buf[1] << 8); // 2 字节，小端

6.1 什么是小端

“小端”= 低字节放在低地址。ENS160 的 TVOC 和 eCO2 都是小端，所以：

读回 buf[1] = 0x64, buf[2] = 0x02
正确：0x64 | (0x02 << 8) = 0x0264 = 612
拼反：0x64 << 8 | 0x02 = 0x6402 = 25602

612 ppb（约 0.6 ppm）对 TVOC 是正常室内水平，25602 一眼就知道不对。看到几万的 eCO2/TVOC，先查拼接顺序，不要怀疑传感器。

6.2 AQI 只有 1 个字节

AQI 是 1~5 的等级，不是 0~500 的指数。读 1 个字节就够，不要按 2 字节读，否则会把后面的寄存器也读进来。

6.3 DEVICE_STATUS 可以判断"数据新不新"

DEVICE_STATUS（0x20）的 bit1 是 NEWDAT：置 1 表示 DATA 寄存器里有一组新数据，第一次读 DATA 后会自动清零。

注意是 bit1，掩码是 0x02，不是 0x04。 这是很容易记错的一位——bit2 属于 VALIDITY FLAG（数据有效性的高位），不是"有新数据"。

本工程是每 2 秒直接读一次，没有查 NEWDAT。如果你发现"读到的值一直不变"，可以加一句：

uint8_t st;
ENS160_READ_REG(0x20, &st, 1);
if(st & 0x02) { /* 有新数据，再读 AQI/TVOC/eCO2 */ }

另外，DEVICE_STATUS 的 bit3~bit2 是 VALIDITY FLAG：

所以如果读数明显不合理，除了查拼接，也可以读一下 DEVICE_STATUS，看看是不是还在预热。

七、空气好坏的判定

#define AIR_AQI_BAD 3 // AQI ≥ 3（中等及以上）
#define AIR_ECO2_BAD 1000 // eCO2 > 1000 ppm
#define AIR_TVOC_BAD 650 // TVOC > 650 ppb（= 0.65 ppm）

g_air_bad = (g_AQI >= AIR_AQI_BAD) ||
(g_ECO2 > AIR_ECO2_BAD) ||
(g_TVOC > AIR_TVOC_BAD);

三个条件任一满足就算空气差：

这套阈值必须在三个地方保持一致：

有一个细节要提前知道：设备端用的是 AQI >= 3，H5 端把 AQI == 3 显示成"空气一般"、> 3 才显示"空气差"。所以当 AQI 正好等于 3 时，设备会开风扇，网页却显示"空气一般"。

这不是 bug，是显示粒度不同。介意的话，把两边统一成 >=3 或 >3 即可。

八、读不到数据时，按这个顺序查

I2C 的问题排查有一个好处：它只有那么几种可能。

如果前 7 步都正常，第 8 步读到 0x00，说明模式没切成功——回去检查 ENS160_WriteReg 的返回值。

逻辑分析仪是降维打击：接上 SCL/SDA，看第一个字节是不是 0xA6。如果发出来的是 0x53，就是地址没左移；如果根本没有波形，就是引脚或供电问题。一眼就能定位。

九、本章易错点总结

十、小结与下一篇

ENS160 这一章，记住五件事就够了：

• 地址要左移：0x53 << 1 = 0xA6；
• 先读 PART_ID：60 01 能区分"通信问题"和"配置问题"；
• 必须进标准模式：OPMODE=0x02，否则数据永远不刷新；
• 连续读 5 字节：0x21~0x25 一次拿全 AQI / TVOC / eCO2；
• 小端拼接：buf[1] | (buf[2] << 8)，拼反会得到离谱的大数。

下一篇进入执行器：PWM 控制风扇、加热片和 SG90 舵机。你会看到 1kHz 和 50Hz 是怎么算出来的、CCR 为什么能直接当微秒用，以及自动模式里那 1℃ 回差是干什么的。

如果这篇文章对你有帮助，欢迎点赞收藏。系列更新中，下一篇见。

附录 A：完整代码（ens160.h / ens160.c）

下面是本工程实际使用的 ens160.h 与 ens160.c，可直接复制进 App/ 目录。

两点说明

A.1 ens160.h（对外接口）

#ifndef __ENS160_H
#define __ENS160_H

/*
* ENS160 数字空气质量传感器驱动 —— 对外接口定义
* ————————————————
* ENS160 通过 I2C 总线通信，上电后需切到标准工作模式(0x02)，
* 之后可输出三种空气质量数据：
* AQI ：空气质量指数（1~5，数值越小空气越好）
* TVOC ：总挥发性有机物浓度（单位 ppb，2 字节，小端）
* eCO2 ：等效二氧化碳浓度（单位 ppm，2 字节，小端）
*/

#include <stdio.h>
#include "stm32f4xx_hal.h"

#define ENS160_I2C_ADDR (0x53<<1) // ADDR 引脚接高时的器件地址（左移 1 位）
#define ENS160_PART_ID_REG 0x00 // 器件ID寄存器（只读，依次读回 0x60、0x01）
#define ENS160_OPMODE_REG 0x10 // 工作模式寄存器（写 0x02 进入标准测量模式）
#define ENS160_CONFIG_REG 0x11 // 配置寄存器（中断使能、节能模式等）
#define ENS160_STATUS_REG 0x20 // 状态寄存器（bit1=NEWDAT：新数据就绪标志）
#define ENS160_DATA_AQI_REG 0x21 // AQI空气质量指数寄存器（1 字节，范围 1~5）
#define ENS160_DATA_TVOC_REG 0x22 // TVOC总挥发性有机物寄存器（2 字节，单位 ppb）
#define ENS160_DATA_ECO2_REG 0x24 // eCO2等效二氧化碳寄存器（2 字节，单位 ppm）
#define ENS160_DATA_T_REG 0x26 // 温度输出寄存器（2 字节有符号，单位K，分辨率1/64K）
#define ENS160_TEMP_IN_REG 0x13 // 温度补偿输入寄存器（写入外部温度，提高精度）
#define ENS160_RH_IN_REG 0x15 // 湿度补偿输入寄存器（写入外部湿度，提高精度）

/* —- 对外接口 —- */
extern uint8_t part_id[2]; // 读回的器件 ID 缓冲区（2 字节）
extern uint8_t temp_data[2]; // 读回的温度原始值缓冲区（2 字节）
extern void MX_I2C3_Init(void); // I2C3 初始化（由 i2c.c 提供，main.c 直接调用）
extern uint8_t getPART_ID(uint8_t *pID); // 读器件 ID，用于验证 I2C 通信
extern uint8_t getDATA_T(uint8_t *pT); // 读温度输出值（需先进入标准模式）

/* —- ens160_init / 数据读取 / 输出 —- */
extern uint8_t ens160_init(void); // 复位 ENS160 并切到标准模式(0x02)
extern uint8_t getAQI(uint8_t *pAQI); // 读 AQI（1 字节）
extern uint8_t getDATA_TVOC(uint8_t *pTVOC); // 读 TVOC（2 字节，小端）
extern uint8_t getDATA_ECO2(uint8_t *pECO2); // 读 eCO2（2 字节，小端）
extern void outputENS160(void); // 串口依次打印 AQI、TVOC、eCO2
extern uint8_t ENS160_ERROR_CODE; // 错误码：0 正常；2~8 对应各寄存器读写失败

#endif

A.2 ens160.c（驱动实现）

/**
******************************************************************************
* 文件名称 ： ens160.c
* 功 能 ： 通过 I2C3 端口控制 ENS160 模块
******************************************************************************
**/

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "stdio.h"
#include "i2c.h" // 复用 i2c.c(CubeMX 生成)提供的 hi2c3 句柄
#include "ens160.h"

void Error_Handler(void);

/* —————- 私有宏定义 —————- */
// 【I2C 寻址原理】主机通信时第一个字节 = 7位地址 << 1 | R/W位
#define ENS160_ADDR_7BIT 0x53U // ADDR 引脚接高时为 0x53，接低时为 0x52
#define ENS160_ADDR (ENS160_ADDR_7BIT << 1) // HAL 要求左移 1 位

// 寄存器地址
#define ENS160_REG_PART_ID 0x00U
#define ENS160_REG_OPMODE 0x10U
#define ENS160_REG_DATA_T 0x26U

// 四种工作模式
#define ENS160_OPMODE_DEEP_SLEEP 0x00U // 深度睡眠：不测量
#define ENS160_OPMODE_IDLE 0x01U // 空闲：算法预热
#define ENS160_OPMODE_STANDARD 0x02U // 标准模式：连续测量（常用）
#define ENS160_OPMODE_RESET 0xF0U // 软复位

/* —————- 私有变量 —————- */
// I2C3 句柄 hi2c3 统一由 i2c.c 提供，本文件不再定义，避免重复定义(L6200E)

typedef struct ENS160Data {
uint8_t AQI;
uint16_t TVOC;
uint16_t ECO2;
} ENS160DataType;

uint8_t part_id[2]; // 器件 ID（2 字节，正常依次为 0x60、0x01）
ENS160DataType data; // 三种数据
uint8_t temp_data[2]; // 温度原始值（2 字节）

/* —————- 私有函数 —————- */
static HAL_StatusTypeDef ENS160_READ_REG (uint8_t reg, uint8_t *data, uint8_t len);
static HAL_StatusTypeDef ENS160_WriteReg (uint8_t reg, uint8_t *data, uint8_t len);

uint8_t retvalue;
uint8_t ENS160_ERROR_CODE = 0; // 错误码：0 正常；2~8 对应各寄存器读写失败

/*
* 读寄存器：HAL_I2C_Mem_Read 会自动完成「发地址+W → 发寄存器号 →
* 重复起始 → 发地址+R → 接收 len 字节」整个流程
*/
static HAL_StatusTypeDef ENS160_READ_REG(uint8_t reg, uint8_t *data, uint8_t len)
{
return HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c3, ENS160_ADDR, reg,
I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, HAL_MAX_DELAY);
}

/*
* 写寄存器：HAL_I2C_Mem_Write 完成「发地址+W → 发寄存器号 → 写 len 字节」
*/
static HAL_StatusTypeDef ENS160_WriteReg(uint8_t reg, uint8_t *data, uint8_t len)
{
return HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c3, ENS160_ADDR, reg,
I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, len, HAL_MAX_DELAY);
}

// ENS160 初始化：软复位 → 标准模式
uint8_t ens160_init(void)
{
uint8_t mode = ENS160_OPMODE_RESET; // ① 软复位
retvalue = ENS160_WriteReg(ENS160_REG_OPMODE, &mode, 1);
if (retvalue != HAL_OK) ENS160_ERROR_CODE = 2;
HAL_Delay(20);

mode = ENS160_OPMODE_STANDARD; // ② 切到标准模式
retvalue = ENS160_WriteReg(ENS160_REG_OPMODE, &mode, 1);
if (retvalue != HAL_OK) ENS160_ERROR_CODE = 3;
HAL_Delay(20);

return ENS160_ERROR_CODE;
}

// 读器件 ID（PART_ID，2 字节）：用于上电后验证 I2C 通信是否正常
uint8_t getPART_ID(uint8_t *pID)
{
retvalue = ENS160_READ_REG(ENS160_REG_PART_ID, pID, 2);
if (retvalue != HAL_OK) ENS160_ERROR_CODE = 4;
return ENS160_ERROR_CODE;
}

// 读温度输出（DATA_T 0x26，2 字节有符号，T[K]=原始值/64）
uint8_t getDATA_T(uint8_t *pT)
{
retvalue = ENS160_READ_REG(ENS160_REG_DATA_T, pT, 2);
if (retvalue != HAL_OK) ENS160_ERROR_CODE = 5;
return ENS160_ERROR_CODE;
}

// 读 AQI（1 字节，1~5）
uint8_t getAQI(uint8_t *pAQI)
{
retvalue = ENS160_READ_REG(ENS160_DATA_AQI_REG, pAQI, 1);
if (retvalue != HAL_OK) ENS160_ERROR_CODE = 6;
return ENS160_ERROR_CODE;
}

// 读 TVOC（2 字节，小端，单位 ppb）
uint8_t getDATA_TVOC(uint8_t *pDATA_TVOC)
{
retvalue = ENS160_READ_REG(ENS160_DATA_TVOC_REG, pDATA_TVOC, 2);
if (retvalue != HAL_OK) ENS160_ERROR_CODE = 7;
return ENS160_ERROR_CODE;
}

// 读 eCO2（2 字节，小端，单位 ppm）
uint8_t getDATA_ECO2(uint8_t *pDATA_ECO2)
{
retvalue = ENS160_READ_REG(ENS160_DATA_ECO2_REG, pDATA_ECO2, 2);
if (retvalue != HAL_OK) ENS160_ERROR_CODE = 8;
return ENS160_ERROR_CODE;
}

// 串口依次打印 AQI / TVOC / eCO2（调用前必须先 ens160_init）
void outputENS160(void)
{
uint8_t buf[2];

getAQI(&data.AQI); // 1 字节，直接取
getDATA_TVOC(buf); data.TVOC = buf[0] | (buf[1] << 8); // 小端拼接
getDATA_ECO2(buf); data.ECO2 = buf[0] | (buf[1] << 8); // 小端拼接

if (ENS160_ERROR_CODE == 0) {
printf("AQI = %d\\r\\n", data.AQI);
printf("TVOC = %d ppb\\r\\n", data.TVOC);
printf("eCO2 = %d ppm\\r\\n", data.ECO2);
} else {
printf("outputENS160_ERR:%d\\r\\n", ENS160_ERROR_CODE);
}
}

A.3 在 main.c 中调用

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "ens160.h"
/* USER CODE END Includes */

int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_I2C3_Init(); // CubeMX 生成的 I2C3 初始化
MX_USART1_UART_Init(); // printf 重定向到 USART1

/* USER CODE BEGIN 2 */
if (ens160_init() == 0)
printf("ENS160 init OK\\r\\n");
else
printf("ENS160 init FAIL, code=%d\\r\\n", ENS160_ERROR_CODE);
/* USER CODE END 2 */

while (1) {
outputENS160();
HAL_Delay(2000); // ENS160 每 2 秒刷新一次数据
}
}

A.4 最小验证步骤