在电子设备的开发中，温湿度的监测是一个重要的环节。AHT10 作为一款高精度的温湿度，凭借其出色的性能和广泛的适用性，成为了众多开发者的。而基于 FPGA（现场可编程门阵列）来驱动 AHT10 温，能够充分发挥 FPGA 的灵活性和可定制性，实现高效、准确的温湿度数据采集。下面，我们将详细介绍基于 FPGA 的 AHT10 驱动设计。

AHT10 传感器概述

AHT10 传感器输出经过标定的数字信号，并通过标准的 I2C 接口传输数据。其相对湿度的分辨率可达 0.024% RH，工作范围为 0~100% RH；温度值的分辨率为 0.01℃，工作范围为 - 40~85℃。该传感器的供电范围为 1.8~3.6V，推荐使用 3.3V 供电。

I2C 通信协议

I2C 通信协议是 AHT10 传感器与 FPGA 进行数据交互的基础。其具体内容如下：

• 起始位：主机在时钟高电平期间拉低总线，表示通信开始。
• 数据位：主机在时钟低电平期间发送数据，在高电平期间保持数据不变；从机在时钟高电平期间采样数据。
• 应答位：主机收到数据后发送应答信号，从机才会发送下一字节数据。
• 停止位：主机在时钟高电平期间释放总线，在低电平期间保持不变，表示通信结束。

可使用的 I2C 通信模式有经典型和高速模式，经典模式时钟周期是 250us，高速模式时钟周期是 100us。

AHT10 配置与通信流程

1. 上电启动：上电启动传感器后，需要先等待 40ms，让设备开始正常工作。
2. 获取状态字节：发送 8’h71 来获取状态字节，通过状态寄存器判断传感器是否已校准。
3. 初始化（若未校准）：若未校准，发送 8’hE1 进行初始化，然后发送 8’h08 和 8’h00。
4. 触发测量：发送 8’hAC，接着发送 8’h33 和 8’h00。
5. 等待测量完成：测量命令发送完成后，等待 80ms，用于温湿度的测量。
6. 读取状态寄存器：发送命令 8’h71，读取状态寄存器是否处于空闲状态（bit7 => idle）。
7. 读取温湿度数值：若处于空闲状态，可直接读取之后六个字节的温湿度数值。

温湿度数据转换

接收到的湿度值和温度值需要进行转换，以得到实际的温湿度数值。

• 相对湿度转换公式：RH[%]=(SRH/220)
• 温度转换公式：

设计框架

整个模块的设计流程如下：

1. 上位机发送命令：上位机通过 UART 发送命令，打开 AHT10 驱动控制模块、显示模块以及串口模块。
2. 设备驱动控制：设备驱动控制模块使用 I2C 与 AHT10 进行通信，读取温湿度值。
3. 数据处理：将读取的温湿度值先进行数值转换并取整，然后转换成 ASCII 码，方便查看温湿度值。
4. 数据输出：将数据缓存到 FIFO 中，当缓存了一组完整的温度值数据后进行输出，可发送给上位机，也可直接通过数码管显示。

I2C 模块设计

I2C 接口模块采用状态机实现数据的读写操作，其状态转移过程如下：

• 从空闲状态可以先发送起始位，再读写一个字节数据，或直接读写一个字节数据。
• 接着进行收发应答位操作。
• 发送停止位，完成一组数据的读写。

数据的传输速率选择为 50M/250 Bps。

AHT10 控制模块设计

AHT10 控制模块负责整个传感器的配置和通信过程，通过状态机实现各个状态的转移，包括启动、初始化、校准检查、触发测量、等待测量完成和读取数据等。

其他模块设计

1. 数据转换：将温湿度数值按照特定格式转换，例如：
   temp_data_r<=(((temp_data?2000)>>12)?(500))
   hum_data_r<=((hum_data?1000)>>12)
2. ASCII 码转换：将转换后的温湿度数据转换成 ASCII 码，方便显示和传输。
3. FIFO 缓存与输出：将数据通过 FIFO 缓存完整的 22 字节数据后输出，同时还可以将数据转换成 BCD 码显示到数码管上。