【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 寄存器的值才增加 1[1]。 與定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 和 1 相關(guān)的特殊功能寄存器 ① 計(jì)數(shù)寄存器 TH0、 TL0和 TH TL1 計(jì)數(shù)寄存器是 16位的，再啟動(dòng)定時(shí)器時(shí)需要對(duì)它設(shè)定初始值。 THx 是計(jì) 數(shù)寄存器的高 8位，TLx 是計(jì)數(shù)寄存器的低 8位。 TH0、 TL0對(duì)應(yīng) T/C0， TH TL1對(duì)應(yīng) T/C1。 ② 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON的格式如下： TF1 TR1 TF0 TR1 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1為 T/C1的溢出標(biāo)志，溢出時(shí)由硬件置 1，進(jìn)入中斷后又由硬件自動(dòng)清 0。 TR1為 T/C1的啟動(dòng)和停止位，由軟件控制。置 1時(shí)啟動(dòng) T/C1；清 0時(shí)停止 T/C1。 TF0和 TR0的功能和使用方法以 TF TR1類(lèi)似，只是它們針對(duì)的是 T/C0。 ③ 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TMOD 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TMOD的格式如下所示。它的控制位都是由軟件控制的，其中高4位是針對(duì) T/C1的，低 4位是針對(duì) T/C0的，其功能和使用方法相似。 GATE TC/ M1 M0 GATE CT/ M1 M0 現(xiàn)在以 T/C0來(lái)說(shuō)明各控制位的使用方法： GATE是一個(gè)選通位，當(dāng) GATE位置 1時(shí)， T/C0受到雙重控制，只有 INT0 為高電平且 TR0位置 1是 T/C0才開(kāi)始工作，當(dāng) GATE位清 0時(shí)， T/C0僅受到TR0的控制。 TC/ 用來(lái)選擇工作在定時(shí)器方式還是計(jì)數(shù)器方式。當(dāng)該位置 1時(shí)工作在計(jì)數(shù)器方式，清 0時(shí)工作在定時(shí)器方式。 M1和 M0 聯(lián)合起來(lái)用于選擇操作模式，一共有四種操作模式，如表 22所示。 表 22 操作模式 M1 M0 操作模式 計(jì)數(shù)器配置 0 0 模式 0 13 位計(jì)數(shù)器 1 0 模式 2 自動(dòng)重轉(zhuǎn)載的 8 位計(jì)數(shù)器 1 0 模式 2 自動(dòng)重轉(zhuǎn)載的 8 位計(jì)數(shù)器 1 1 模 式 3 T0 分為兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器， T1 停止計(jì)數(shù) 3 溫濕度傳感器 傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路并要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過(guò)程 ,測(cè)量精度難以得到保證 ,且在線性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。為解決這些問(wèn)題，瑞士Sensirion 公司推出了新一代基于 CMOSensTM技術(shù)的數(shù)字式溫濕度傳感器。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問(wèn)題 ,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換功能 [3]。 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT11 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT— 11采用 COMSens專(zhuān)利傳 感器技術(shù)將溫度濕度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn) I2C總線等電路全部集成在一個(gè)芯片內(nèi)（其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31所示） [4]。 圖 31 數(shù)字溫濕度傳感器 SHT— 11 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可看出 SHT11具有不同保護(hù)的?微型結(jié)構(gòu)?檢測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層組成了傳感器芯片的電容 ,這樣除保持了電容式濕敏器件的原有特性外還可抵御來(lái)自其它方面的影響。將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體 ,這就使得測(cè)量精度提高并且可以精確得出露點(diǎn) ,而不會(huì)產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間 隨溫度梯度變化而引起的誤差。而且將傳感器元件、信號(hào)放大器、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器、 OTP 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 I2C 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行總線等，電路功能部件全部采用 CMOS 技術(shù)與溫濕度傳感器一起放置在一個(gè)芯片內(nèi)。這不僅使信號(hào)強(qiáng)度增加 ,更重要的是長(zhǎng)期穩(wěn)定性也得到增強(qiáng) ,這對(duì)傳感器系統(tǒng)是極為重要的。同時(shí) ,模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換也在一個(gè)芯片內(nèi)同時(shí)完成 ,這可使信號(hào)對(duì)噪聲不敏感 ,尤其重要的是 ,在傳感器芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)裝載的針對(duì)每一只傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只傳感器都有相同的功能 ,可以實(shí)現(xiàn) 100%的互換。此外 ,。該傳感器還具有 I2C 二線串行總 線接口 ,這可使傳感器方便的與任何類(lèi)型的微處理器、微控制器接口相連 ,為溫濕度的微機(jī)化測(cè)試帶來(lái)極大的方便 ,這不僅能減少溫濕度測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間 ,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。 該傳感器還有反應(yīng)迅速、高精度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。 SHT11 的傳感器輸出 SHT11的相對(duì)濕度絕對(duì)精度、溫度精度和 25℃露點(diǎn)精度如圖 32(a)～ (c)所示 [4]。 （ a）濕度絕對(duì)精度 （ b）溫度精度 （ C） 25℃露點(diǎn)精度 圖 32 相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)的精度曲線 濕度值輸出 SHT11可通過(guò) I2C 總線直接輸出數(shù)字量濕度值 ,其相對(duì)濕度輸出特性曲線如圖 32所示。從中可以看出 ,SHT11 的輸出特性呈一定的非線性 ,為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù) ,可按式（ 31）修正濕度值 : ? ?linearRH = 2321 RHRH SOcSOcc ?? ? ?13? 式中 ,SORH 表示傳感器相對(duì)濕度測(cè)量值 ,系數(shù)取值分別如下 : 12位時(shí)： 6321 ,0 4 0 ,4 ??????? ccc ； 8位時(shí)： 4321 ,6 4 ,4 ??????? ccc 。 溫度值輸出 SHT11溫度傳感器的線性非常好 ,可用下列公式（ 32）將溫度數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫度值 T : TSOddT 21 ?? ? ?23? 式中， TSO 表示傳感器溫度測(cè)量值。當(dāng)電源電壓為 5V，溫度傳感器的分辨率為 14位時(shí)， 401 ??d ，?d ；當(dāng)溫度傳感器的分辨率為 12位時(shí)， 401 ??d ， ?d 。 圖 33 相對(duì)濕度輸出特性曲線 露點(diǎn)計(jì)算 空氣的露點(diǎn)值可根據(jù)相對(duì)濕度和溫度值由下面公式計(jì)算： ? ? ? ? ? ?? ?????? RHTTEW ? ?33? ? ?? ?? ? ? ?? ?1 6 0 7 ???? EWEWD P ? ?43? 式中， ? ?EW —— 飽和水蒸氣壓強(qiáng)（ mmHg） 非線性校正及溫度補(bǔ)償 式（ 31）為相對(duì)濕度的非線性補(bǔ)償計(jì)算公式 ,對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)而言 ,計(jì)算量大而過(guò)復(fù)雜 ,下面給出簡(jiǎn)化的計(jì)算方法。 （ 1）線性 當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求不高時(shí) ,可采用以下的線性計(jì)算公式。 ? ? RHSOccsim pl eRH ??? 21 ? ?53? 式中， ??cc 。 （ 2） 2線性 當(dāng)系統(tǒng)對(duì)濕度測(cè)量精度要求較高時(shí) ,可采用以下的 2線性計(jì)算公式 ,即用最小的計(jì)算復(fù)雜性來(lái)提高精確度。 ? ? ? ? 2 5 6???? bSOarea lRH ? ?63? 式中， SO 為 8位濕度傳感器輸出濕度值。 當(dāng) 1070 ??SO 時(shí)， 143?a ， 512?b ；當(dāng) 255108 ??SO 時(shí)， 143?a ， 512?b 。 （ 3）溫度補(bǔ)償 上述濕度計(jì)算公式是按環(huán)境溫度為 25℃進(jìn)行計(jì)算的 ,而實(shí)際的測(cè)量溫度值則在一定的范圍內(nèi)變化 ,所以應(yīng)考慮濕度傳感器的溫度系數(shù) ,可按式 ? ?53? 對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行補(bǔ)償。 ? ? ? ?? ? ? ?line arRHSOttTtur eRH RH ???? 2125 ? ?73? 當(dāng) RHSO 為 12位時(shí)， ?t ， ?t ；當(dāng) RHSO 為 8位時(shí)， ?t ， ?t SHT11 的特性 SHT11 的特點(diǎn) SHT11傳感器的特點(diǎn)如下 : 1）相對(duì)濕度和溫度一體測(cè)量； 2）精確露點(diǎn)測(cè)量； 3）全量程標(biāo)定，無(wú)需重新標(biāo)定即可互換使用； 4）超快響應(yīng)時(shí)間； 5）兩線制數(shù)字接口（最簡(jiǎn) 單的系統(tǒng)集成，較低的價(jià)格）； 6）超小尺寸（ 5 ）； 7）高可靠性（工業(yè) CMOS工業(yè)）； 8）優(yōu)化的長(zhǎng)期穩(wěn)定性； 9）可完全浸沒(méi)水中； 10）基于請(qǐng)求式測(cè)量，因此低能耗； 11）具有濕度傳感器元件的自檢測(cè)能力； 12）傳感器元件加熱應(yīng)用，亦可獲得極高的精度和穩(wěn)定性。 SHT 的詳細(xì)規(guī)格 （ RH）的性能參數(shù)如下： 范圍： 0— 100%RH； 精度：177。 3%RH（ 20— 80%RH）； 響應(yīng)時(shí)間：≤ 4s； 復(fù)現(xiàn)性：177。 %RH； 分辨率： %RH； 工作溫度：－ 40℃ — ＋ 120℃。 （ T）的性能參數(shù)如下： 范圍：－ 40℃ — ＋ 120℃； 精度：177。 ℃（在 25℃時(shí)），177。 ℃（在 0— 40℃時(shí)）； 響應(yīng)時(shí)間：≤ 20s； 復(fù)現(xiàn)性：177。 ℃； 分辨率： ℃。 能耗：典型 30uW（ @5V， 12bit，測(cè)量周期 2秒） 典型 1uW（ @,8bit，測(cè)量周期 2分）； 供電范圍： — ； 檢測(cè)電流： ； 待機(jī)電流： 。 SHT11 的引腳 SHT11的引腳圖如圖 34所示。 圖 34 SHT11 的引腳圖 引腳簡(jiǎn)介 引腳 1— GND接地端； SHT11的供電電壓為 ～ ，傳感器上電后要等待 11ms以越過(guò)?休眠?狀態(tài)。在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令，電源引腳（ VDD,GND）之間可增加一個(gè) 100uF 的電容，用以去耦濾波。 引腳 2— DATA 雙向串行數(shù)據(jù)線； SHT11 的串行接口，在傳感器的讀取及電源損耗方面都做了優(yōu)化處理。 DATA三態(tài)門(mén)用于數(shù)據(jù)的讀取。 引腳 3— SCK串行時(shí)鐘輸入；用于微處理器與 SHT11之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小 SCK頻率。 引腳 4— VDD電源端， — 引腳 5— 8— NC空管腳 SHT11 的的內(nèi)部命令與接口時(shí)序 SHT11 的內(nèi)部命令 SHT11 傳感器共有 5 條用戶(hù)命令 ,具體命令格式見(jiàn)表 31。在程序編程時(shí)根據(jù)命令編號(hào)來(lái)設(shè)定SHT11的工作狀態(tài)。例如： 0x03設(shè)置 SHT11為溫度測(cè)量， 0x05是設(shè)置 SHT11為濕度測(cè)量 [5]。 表 31 SHT11 傳感器命令列表 命令 編號(hào) 說(shuō)明 測(cè)量溫度 00011 溫度測(cè)量 測(cè)量濕度 00101 濕度測(cè)量 讀寄存器 00111 ?讀?狀態(tài)寄存 器 寫(xiě)寄存器 00110 ?寫(xiě)?狀態(tài)寄存器 軟啟動(dòng) 11110 重啟芯片 ,清除狀態(tài)記錄器的錯(cuò)誤 記錄 11 毫秒后進(jìn)入下一個(gè)命令 SHT11的命令順序及命令時(shí)序 1) 傳輸開(kāi)始 初始化傳輸時(shí) ,應(yīng)發(fā)出?傳輸開(kāi)始?命令 ,具體為 SCK是高電平時(shí) ,DATA 高電平變?yōu)榈碗娖?,并在下一個(gè) SCK為高時(shí)將 DATA 升高。接著傳輸開(kāi)始下一個(gè)命令，包含 3個(gè)地址位 (目前只支持? 000? ) 和5 個(gè)命令位 ,通過(guò) DATA 腳的 ack 位處于低電位表示 SHT11正確收到命令。 2) 連接復(fù)位順序 如果與 SHT11傳 感器的通訊中斷 ,下列信號(hào)順序會(huì)使串口復(fù)位 :當(dāng)使 DATA線處于高電平時(shí) ,觸發(fā)SCK9 次以上 (含 9 次 ) ,并發(fā)一個(gè)前述的?傳輸開(kāi)始?命令。 3) 溫濕度測(cè)量時(shí)序 當(dāng)發(fā)出了溫 (濕 ) 度測(cè)量命令后，控制器就要等到測(cè)量完成后才開(kāi)始動(dòng)作。使用 8/ 12/ 14 位的分辨率測(cè)量分別需要大約 11/ 55/ 210 ms。為表明測(cè)量完成， SHT11會(huì)使 DATA為低電平 ,此時(shí)控制器必須重新啟動(dòng) SCK，然后 SHT11傳送兩字節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)與 1字節(jié) CRC校驗(yàn)和到控制器，控制器必須通過(guò)使 DATA為低來(lái)確認(rèn)每一字節(jié)，通訊在確認(rèn) CRC數(shù) 據(jù)位后停止。如果沒(méi)有用 CRC28校驗(yàn)和 ,則控制器就會(huì)在測(cè)量數(shù)據(jù) LSB后，保持 ack為高時(shí)停止通訊 ,SHT11在測(cè)量和通訊完成之后會(huì)自動(dòng)返回睡眠模式。需要注意的是，為使 SHT11溫升高低于 ℃，則此時(shí)工作頻率不能大 15%(如 :12 位精確度時(shí) ,每秒最多進(jìn)行 3 次測(cè)量 )。測(cè)量溫度和測(cè)量濕度命令所對(duì)應(yīng)的時(shí)序如圖 34所示。 圖 34 測(cè)量溫濕度時(shí)序圖 4) 加熱控制 將傳感器芯片中的加熱開(kāi)關(guān)接通，傳感器溫度大約增加 5 ℃，加熱用途如下 :其一，通過(guò)對(duì)啟動(dòng)加熱器前后的溫、濕度進(jìn)行比較，可以正確地區(qū)別傳感器的功 能；其二，在相對(duì)濕度較高的環(huán)境下，傳感器可通過(guò)加熱來(lái)避免冷凝。 5) 低電壓檢測(cè) SHT11的工作極限功能可以檢測(cè) VDD電壓是否低于 ，準(zhǔn)確度為177。 。 SHT11的狀態(tài)寄存器 SHT11的狀態(tài)寄存器的類(lèi)型及其說(shuō)明見(jiàn)表 32。 表 32 SHT11狀態(tài)寄存器及說(shuō)明 位 類(lèi)型 說(shuō)明 缺省 說(shuō)明 7 保留 0 6 讀 工檢限 X 5 保留 0 4 保留 0 續(xù)表 位 類(lèi)型 說(shuō)明 缺省 說(shuō)明 3 只用于試驗(yàn)，不可以使用 0 2 讀 /寫(xiě) 加熱 0 關(guān) 1 讀 /寫(xiě) 不從 OTP重下載 0 重下載 0 讀 /寫(xiě) ‘ 1’ — 8位相對(duì)濕度， 12位溫度分辨率；‘ 0’ — 12位相對(duì)濕度， 14位溫 分辨率 0 12位相對(duì)濕度