【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)數(shù)器 0 和 1 簡(jiǎn)介 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0和 1內(nèi)部有一個(gè)計(jì)數(shù)寄存器（ THx 和 TLx ），它實(shí)際上是一個(gè)累加寄存器進(jìn)行加 1計(jì)數(shù)。定時(shí)器和計(jì)數(shù)器共用這個(gè)寄存器，但定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器同一時(shí)刻只能工作在其中一種方式下，不可能既工作在定時(shí)器方式，同時(shí)又工作在計(jì)數(shù)器方式。這兩個(gè)工作方式的根本區(qū)別是在于計(jì)數(shù)脈沖的來源不同。工作在定時(shí)器方式時(shí)，對(duì)振蕩源 12分頻的脈沖計(jì)數(shù)，即每過一個(gè)機(jī)器周期（ 1個(gè)機(jī)器周期在時(shí)間上和 12個(gè)振蕩周期的時(shí)間相等），計(jì)數(shù)寄存器中 的值就加 1。工作在計(jì)數(shù)器方式時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖不是來自內(nèi)部的機(jī)器周期，而是來自外部輸入。對(duì)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1，計(jì)數(shù)脈沖分別來自 T0、 T1引腳。當(dāng)這些引腳上輸入的信號(hào)產(chǎn)生高電平至低電平的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)寄存器的值就加 1。單片機(jī)每個(gè)機(jī)器周期都要對(duì)對(duì)外部輸入進(jìn)行采樣，如果在第一個(gè)周期采得的外部信號(hào)為高電平，在下一個(gè)周期采得的信號(hào)為低電平，則在再下一個(gè)機(jī)器周期，即第三個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)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 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 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來說明各 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才開始工作，當(dāng) GATE位清 0時(shí)， T/C0僅受到TR0的控制。 TC/ 用來選擇工作在定時(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)過復(fù)雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定過程 ,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]。 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 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)試帶來極大的方便 ,這不僅能減少溫濕度測(cè)試系統(tǒng)的開發(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]。 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 （ 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 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 濕度值輸出 SHT11可通過 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 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 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 p leRH ??? 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。 ? ? ? ?? ? ? ?lin e a rRHSOttTtu r 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 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 （ 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 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 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“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 條用戶命令 ,具體命令格式見表 31。在程序編程時(shí)根據(jù)命令編號(hào)來設(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 寫寄存器 00110 “寫”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) 傳輸開始 初始化傳輸時(shí) ,應(yīng)發(fā)出“傳輸開始”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 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)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 SCK9 次以上 (含 9 次 ) ,并發(fā)一個(gè)前述的“傳輸開始”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，控制器必須通過使 DATA為低來確認(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