基于STM32F103驱动MS5611读取气压与温度数据

一、MS5611模块简介

MS5611是一款高分辨率高度计传感器，配备 SPI 和 I2C 总线接口。这款气压传感器针对高度计和变高仪进行了优化，高度分辨率可达 10 厘米。MS5611包含一个高线性度压力传感器和一个超低功耗的 24 位 ΔΣ ADC，并内置出厂校准系数。它可提供精确的 24 位数字压力和温度值，并提供多种工作模式，用户可根据需求优化转换速度和功耗。高分辨率温度输出无需额外传感器即可实现高度计/温度计功能。

参数特性

• 供电电压：DC 3.3V / 5V
• 通讯方式：I2C / SPI通讯
• ADC：24位
• 气压量程：10~1200mbar
• 分辨率：0.065 / 0.042 / 0.027 / 0.018 / 0.012 mbar
• 精度：
  Accuracy 25°C, 750 mbar（准确度，理想环境）：±1.5mbar。
  Error band -20°C to +85°C, 450~1100 mbar（误差带，最大允许偏离范围）：±2.5mbar。
• 响应时间：0.5 / 1.1 / 2.1 / 4.1 / 8.22 ms
• 温度量程：-40 ~ 85℃
• 分辨率：<0.01℃
• 精度：±0.8℃

应用场景

• 移动式高度计/气压计系统
• 自行车码表
• 变距仪
• 用于医疗警报的高度感应
• 室内导航

二、MS5611引脚说明

VCC	电源正
GND	电源负
SCL	I2C / SPI时钟
SDA	I2C / SPI 串行数据输入
CSB	芯片选择，反补码，接低电平：7位器件地址为1110111，接高电平：7位器件地址为1110110，模块默认低电平
SDO	SPI串行数据输出
PS	通讯协议选择，高电平为I2C通讯，低电平为SPI通讯，模块默认高电平

三、MS5611气压与温度读取流程与补偿分析说明

气压与温度读取流程图

第一步：读取校准参数（PROM），这些是工厂标定的补偿系数，决定精度。

C1：压力灵敏度（SENS）
C2：压力偏移（OFF）
C3：温度对SENS影响
C4：温度对OFF影响
C5：参考温度
C6：温度系数

第二步：读取原始ADC数据

D1：气压原始值（24bit）
D2：温度原始值（24bit）

第三步：计算温度

温差 dT = D2 − C5 * 2^8，dT是指当前温度 vs 参考温度 的差值。
实际温度 TEMP = 2000 + （dT * C6）/ 2^23，单位：0.01℃，如TEMP = 2007 → 20.07°C。

第四步：计算压力补偿参数

OFF（偏移）= C2 * 2^16 + （C4 * dT）/ 2^7
SENS（灵敏度）= C1 * 2^15 + （C3 * dT）/ 2^8
OFF零点偏移和SENS增益（温度会影响），这一步就是把温度误差带入气压模型修正。

第五步：计算最终气压

P = D1 * SENS - OFF = [（D1 * SENS）/ 2^21 - OFF] / 2^15，输出单位：0.01 mbar，如10009 → 100.09 mbar

上面的流程只是基础版，数据只在20℃以上准确，低温时会出现严重非线性误差，这时就需要手动补偿。补偿流程图如下：

情况1：温度 ≥ 20°C，T2，OFF2，SENS2为0，高温区已经比较线性，不需要补偿。

情况2：温度 < 20°C（低温）
温度补偿：T2 = dT^2 / 2^31
压力补偿：OFF2 = 5 * （TEMP − 2000）^2 / 2
SENS2 = 5 * （TEMP−2000）^2 / 4

情况3：温度 < -15°C（极低温）进一步补偿
OFF2 = OFF2 + 7 * （TEMP + 1500）^2
SENS2 = SENS2 + 11 * （TEMP + 1500）^2​ / 2

最终修正补偿：
TEMP = TEMP - T2
OFF = OFF - OFF2
SENS = SENS - SENS2

四、MS5611主要寄存器说明

Reset（0x1E）：复位寄存器

Convert D1（0x40~0x48）：气压配置寄存器

Convert D2（0x50~0x58）：温度配置寄存器

ADC Read（0x00）：ADC读取寄存器

PROM Read（0xA0~0xAE）：只读校准存储器

其中PROM Read只读校准存储器，MS5611在出厂时进行了校准，校准的6个系数存储 在PROM寄存器，PROM 一共 8个地址（每个16bit），从0xA0到0XAE, 一共8 * 16 = 128位，其中每两个字节为一个地址：
第0个地址：厂家保留，不用在意
第1到第6个地址：我们需要读取，后面用于气压计算
第7个地址：CRC

地址	命令	内容
0	0xA0	厂家保留
1	0xA2	C1压力灵敏度
2	0xA4	C2压力偏移
3	0xA6	C3压力灵敏度温度系数
4	0xA8	C4压力偏移温度系数
5	0xAA	C5参考温度
6	0xAC	C6温度系数
7	0xAE	4位 CRC 校验，检测C1~C6 是否读取正确

其中，CRC校验如下

五、STM32F103驱动MS5611读取气压与温度数据

准备工作

STM32F103C8T6最小系统板，MS5611传感器模块，OLED模块，导线若干等。

接线说明

STM32F103C8T6	MS5611
3.3V	VCC
GND	GND
PA0	SCL
PA1	SDA
PB8	OLED -> SCL
PB9	OLED -> SDA

代码示例

MS5611.c

#include "ms5611.h"

uint16_t Cal_C1_6[8];
uint32_t D1 = 0, D2 = 0, dT = 0;

void MS5611_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(PORT_MS5611, MS5611_SCL, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

void MS5611_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(PORT_MS5611, MS5611_SDA, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

uint8_t MS5611_R_SDA(void)
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(PORT_MS5611, MS5611_SDA);
	Delay_us(10);
	return BitValue;
}
	
void MS5611_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_MS5611, ENABLE);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MS5611_SCL | MS5611_SDA;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(PORT_MS5611, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(PORT_MS5611, MS5611_SCL|MS5611_SDA);
}

void MyI2C_Start(void)
{
	MS5611_W_SDA(1);
	MS5611_W_SCL(1);
	MS5611_W_SDA(0);
	MS5611_W_SCL(0);
}

void MyI2C_Stop(void)
{
	MS5611_W_SDA(0);
	MS5611_W_SCL(1);
	MS5611_W_SDA(1);
}

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MS5611_W_SDA(Byte & (0x80 > > i));
		MS5611_W_SCL(1);
		MS5611_W_SCL(0);
	}
}

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
	uint8_t i, Byte = 0x00;
	MS5611_W_SDA(1);
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MS5611_W_SCL(1);
		if (MS5611_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 > > i);}
		MS5611_W_SCL(0);
	}
	return Byte;
}

void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
	MS5611_W_SDA(AckBit);
	MS5611_W_SCL(1);
	MS5611_W_SCL(0);
}

uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{
	uint8_t AckBit;
	MS5611_W_SDA(1);
	MS5611_W_SCL(1);
	AckBit = MS5611_R_SDA();
	MS5611_W_SCL(0);
	return AckBit;
}

uint8_t MS5611_Reset(void)
{
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MS5611_ADDR|0);
	if(MyI2C_ReceiveAck() == 1) return 1;
	MyI2C_SendByte(MS5611_RESET);
	if(MyI2C_ReceiveAck() == 1) return 2;
	MyI2C_Stop();
	return 0;
}

void MS5611_Read_PROM(void)
{
	uint8_t data_H=0,data_L=0;
	uint8_t i = 0;
	
	for( i = 0; i < 8; i++ )
	{
		MyI2C_Start();//起始信号
		MyI2C_SendByte(MS5611_ADDR|0); //器件地址+写
		MyI2C_ReceiveAck();
		MyI2C_SendByte( MS5611_PROM + i * 2 ); //寄存器地址
		MyI2C_ReceiveAck();
		MyI2C_Stop();
		
		Delay_us(200);
		
		MyI2C_Start();//起始信号
		MyI2C_SendByte(MS5611_ADDR|1); //器件地址+读
		MyI2C_ReceiveAck();
		
		data_H = MyI2C_ReceiveByte();//读取的数据高8位
		MyI2C_SendByte(0);
		data_L = MyI2C_ReceiveByte();//读取的数据低8位
		MyI2C_SendByte(1);
		
		MyI2C_Stop();
		//保存出厂校准数据
		Cal_C1_6[i] = (data_H< < 8) | data_L;
	}
}

uint32_t MS5611_Read_D1_D2(uint8_t regaddr)        
{
	uint32_t dat = 0;
	uint8_t buff[3] ={0};
	MyI2C_Start();//起始信号
	MyI2C_SendByte(MS5611_ADDR|0); //器件地址+写
	if( MyI2C_ReceiveAck() == 1 )printf("D1 NACK -1rn");
	MyI2C_SendByte(regaddr); //OSR = 4096
	if( MyI2C_ReceiveAck() == 1 )printf("D1 NACK -2rn");
	MyI2C_Stop();
	
	Delay_ms(10);
	
	MyI2C_Start();//起始信号
	MyI2C_SendByte(MS5611_ADDR|0); //器件地址+写
	if( MyI2C_ReceiveAck() == 1 )printf("D1 NACK -3rn");
	MyI2C_SendByte(MS5611_ADC); 
	if( MyI2C_ReceiveAck() == 1 )printf("D1 NACK -4rn");
	MyI2C_Stop();
	
	Delay_ms(10);
	
	MyI2C_Start();//起始信号
	MyI2C_SendByte(MS5611_ADDR|1); //器件地址+读
	if( MyI2C_ReceiveAck() == 1 )printf("D1 NACK -5rn");

	buff[0] = MyI2C_ReceiveByte();
	MyI2C_SendByte(0);
	buff[1] = MyI2C_ReceiveByte();
	MyI2C_SendByte(0);
	buff[2] = MyI2C_ReceiveByte();
	MyI2C_SendByte(1);
	MyI2C_Stop();
	
	dat = (((buff[0]< < 16) | ( buff[1]< < 8)) | buff[2]);
	return dat;
}

float Get_TEMP(void)
{
    int64_t TEMP;
    int64_t T2 = 0;

    D2 = MS5611_Read_D1_D2(MS5611_CONVERT_D2);

    dT = (int64_t)D2 - ((int64_t)Cal_C1_6[5] < < 8);

    TEMP = 2000 + ((dT * (int64_t)Cal_C1_6[6]) > > 23);

    if(TEMP < 2000)
    {
        T2 = (dT * dT) > > 31;
        TEMP -= T2;
    }

    return TEMP / 100.0f;
}

float Get_pressure(void)
{
    int64_t TEMP;
    int64_t OFF, SENS;
    int64_t OFF2 = 0, SENS2 = 0;
    int64_t T2 = 0;
    int64_t P;

    D1 = MS5611_Read_D1_D2(MS5611_CONVERT_D1);
	Delay_ms(10);
    D2 = MS5611_Read_D1_D2(MS5611_CONVERT_D2);
	Delay_ms(10);

    dT = (int64_t)D2 - ((int64_t)Cal_C1_6[5] < < 8);

    TEMP = 2000 + ((dT * (int64_t)Cal_C1_6[6]) > > 23);

    OFF = ((int64_t)Cal_C1_6[2] < < 16) +
          ((int64_t)Cal_C1_6[4] * dT > > 7);

    SENS = ((int64_t)Cal_C1_6[1] < < 15) +
           ((int64_t)Cal_C1_6[3] * dT > > 8);

    if(TEMP < 2000)
    {
        T2 = (dT * dT) > > 31;

        OFF2 = (5 * (TEMP - 2000) * (TEMP - 2000)) > > 1;
        SENS2 = (5 * (TEMP - 2000) * (TEMP - 2000)) > > 2;

        if(TEMP < -1500)
        {
            OFF2 += 7 * (TEMP + 1500) * (TEMP + 1500);
            SENS2 += (11 * (TEMP + 1500) * (TEMP + 1500)) > > 1;
        }

        TEMP -= T2;
        OFF -= OFF2;
        SENS -= SENS2;
    }

    P = (((D1 * SENS) > > 21) - OFF) > > 15;

    return P / 100.0f - 10.0f;
}

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "Serial.h"
#include "ms5611.h"
#include "oled.h"

float temp, pressure;

int main(void)
{
	Serial_Init();
	MS5611_Init();
	MS5611_Reset();
	Delay_ms(300);

    MS5611_Read_PROM();
	
	OLED_Init();
	
	OLED_ShowString(0,0,"MS5611",16,1);
	OLED_ShowChinese(0,18,0,16,1);
	OLED_ShowChinese(18,18,1,16,1);
	OLED_ShowString(34,18,": ",16,1);  
	OLED_ShowChinese(70,18,2,16,1);
	OLED_ShowChinese(0,36,3,16,1);
	OLED_ShowChinese(18,36,4,16,1);
	OLED_ShowString(34,36,": ",16,1); 
	OLED_ShowString(100,36,"HPa",16,1); 
	OLED_Refresh();
	
	printf("MS5611rn");
	
	while (1) 
	{       
		temp = Get_TEMP();
		pressure = Get_pressure();
		
		OLED_ShowNum(46,18,temp,2,16,1);
		OLED_ShowNum(46,36,pressure,4,16,1);
		OLED_ShowString(80,36,".",16,1); 
		OLED_ShowNum(86,36,(uint32_t)(pressure*10)/10,1,16,1);
		OLED_Refresh();
		
		//输出温度
        printf("温度 = %.0f℃rn",temp );
        //输出气压
        printf("气压 = %.2fHParn",pressure ); 
        printf("n");
		  
		Delay_ms(1000);
	} 
}

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