【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和31 字 節(jié)靜態(tài) RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒分時(shí)日、日期月年的信息。 每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時(shí)格式。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線： RES 復(fù)位、 I/O 數(shù)據(jù)線、 SCLK 串行時(shí)鐘。時(shí)鐘 RAM的讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信， DS1302 工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1 毫瓦 [4]。 DS1302 是由 DS1202 改進(jìn)而來(lái)，增加了以下的特性：雙電源管 腳用于主電源和備份電源供應(yīng)； Vcc1 為可編程涓流充電電源；附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器；它廣泛應(yīng)用于電話(huà)傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。 傳感電路設(shè)計(jì) 此模塊是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的信號(hào)采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片 SHT11構(gòu)成， 如圖 所示 。 (1) SHT11 簡(jiǎn)介 SHT11 是瑞士 Ssirion 公司推出的一款 集 數(shù)字溫濕度傳感器于一體 的 傳感器芯片。 溫濕度傳感器 SHT11 集溫度傳感器和濕度傳感器于一體， 因此采用 SHT11 進(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接 口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；另外 SHT11 芯片內(nèi)部集成了 14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號(hào)輸出，因此抗干擾能力也比同類(lèi)芯片高。該芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車(chē)、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。 其主要特點(diǎn)如下： ① 高度集成，將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、 A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上； ② 提供二線數(shù)字串行接口 SCK 和 DATA，接口簡(jiǎn)單，支持 CRC 傳輸校驗(yàn)，傳輸可靠性高； ③ 測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置 A/D 轉(zhuǎn)換器 （ 分辨率為 8～ 12 位，可以通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器編程選擇 ） ； ④ 測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度 傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能； ⑤ 封裝尺寸超小 ( mm mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式； ⑥ 高可靠性，采用 CMOSens 工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 SHT11 傳感器電路 (2) SHT11 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 溫濕度傳感器 SHT11 將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、 A/D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。該芯片包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度 敏感元件。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大，然后進(jìn)入一個(gè) 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過(guò)二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。 SHT11 在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境 中 進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中，在測(cè)量過(guò)程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)自傳感器的信號(hào)。此外， SHT11 內(nèi)部還集成了一個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11 的溫度升高 5℃左右，同時(shí)功耗也會(huì)有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗(yàn)證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕 (95％ RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預(yù)防傳感器結(jié)露，同時(shí)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高精度。加熱后 SHT11 溫度升高、相對(duì)濕度降低，較加熱前，測(cè)量值會(huì)略有差異 [5]。 G N DD A T AS C KA / D 轉(zhuǎn) 換 器溫 度 傳 感 器濕 度 傳 感 器運(yùn) 算放 大 器校 準(zhǔn) 寄 存 器二 線 串行 數(shù) 字接 口 和C R C 校驗(yàn)V C C 圖 SHT11 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 表 SHT11 控制指令代碼 命令代碼 含 義 00011 測(cè)量溫度 00101 測(cè)量濕度 00111 讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器 00110 寫(xiě)內(nèi)部狀態(tài)寄存器 11110 復(fù)位命令，使內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復(fù)默認(rèn)值。下一次命令前至少等待 11ms 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 其他 保留 微處 理器是通過(guò)二線串行數(shù)字接口與 SHT11 進(jìn)行通信的。通信協(xié)議與通用的 I2C總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器 I/O 口模擬該通信時(shí)序。 微處理器對(duì)SHT11 的控制是通過(guò) 5 個(gè) 5 位命令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義如 表 所示 。 (3) SHT11 應(yīng)用設(shè)計(jì) ① 濕度線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償 SHT11 可通過(guò) DATA 數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字量濕度值。該濕度值稱(chēng)為“相對(duì)濕度”，需要進(jìn)行線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后才能得到較為準(zhǔn)確的濕度值。由于相對(duì)濕度數(shù)字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性， 要對(duì) 濕度值 加以修 正 ， 修正 式如式 所示： *C*CCRH 2321l i n e a r RHRH SOSO ??? () 式中： RHlinear 為經(jīng)過(guò)線性補(bǔ)償后的濕度值， SORH 為相對(duì)濕度測(cè)量值， C C C3 為線性補(bǔ)償系數(shù)。 由于溫度對(duì)濕度的影響十分明顯，而實(shí)際溫度和測(cè)試參考溫度 25℃有所不同，所以對(duì)線性補(bǔ)償后的濕度值進(jìn)行溫度補(bǔ)償很有必要。補(bǔ)償公式如式 所示： line a rRH RHSOT ??? )*t(t*2 5 )(RH 21t r u e () 式中： RHtrue 為經(jīng)過(guò)線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后的濕度值， T 為測(cè)試濕度值時(shí)的溫度 (℃ )，t1 和 t2 為溫度補(bǔ)償系數(shù)。 ② 溫度值輸出 由于 SHT11 是采用 PTAT 能隙材料制成的溫度敏感元件，因而具有很好的線性輸出。實(shí)際溫度值可由式 算得。 S O T* T e m p e r 21 dd ?? () 式中： d1 和 d2 為特定系數(shù)， d1 的取值與 SHT11 工作電壓有關(guān)， d2 的取值則與 SHT11 內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換器采用的分辨率有關(guān)。 ③ 露點(diǎn)計(jì)算 露點(diǎn)是一個(gè)特殊的溫度值，是空氣保持某一定濕度必須達(dá)到的最低溫度。當(dāng)空氣的溫度低于露點(diǎn)時(shí)，空氣容納不了過(guò)多的水分，這些水分會(huì)變成霧、露水或霜。露點(diǎn)可以根據(jù)當(dāng)前相對(duì)濕度值和溫度值計(jì)算得出，具體的計(jì)算公式如式 與式 所示： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 2)l o g 1 0 ()( 2 3 7 . 3 *7 . 50 . 6 6 0 7 7L o g E W RHSOT T?? ?? () 8 . 1 6 0 7 7l o g 2 3 7 . 3 ) ]*)l o g[ ( 0 . 6 6 0 7 7Dp EW EW? () 式中： T 為當(dāng)前溫度值 ， SORH 為相對(duì)濕度值， Dp 為露點(diǎn)。 顯示電路設(shè)計(jì) 此模塊分為兩個(gè)顯示部分，一個(gè)部分是由 LCD1604 芯片組成的日期時(shí)間和實(shí)時(shí)溫濕度顯示的電路部分， 如圖 所示 。 另一部分是由 LCD128 64 液晶顯示模塊組成的電路部分 ，如圖 所示 。 LCD1604 是一個(gè)四行每行 16 字的液晶顯示屏， D0D7 接 P0口， RS、 RW、 E 接 、 、 起控制作用。 LCD128 64 組成部分用來(lái)顯示“溫度和濕度的控制與測(cè)量” 及 “溫度 ： ℃ ， 濕度： %” ，其作用是讓人了解此實(shí)驗(yàn)的目的，作用不明顯，這里不做重點(diǎn)介 紹。 圖 LCD1604 顯示及其連接電路 1604 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為地電源 。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度 。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 5 腳： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址， 當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳：空腳。 圖 LCD128 64 顯示及其連接電路 表 字符發(fā)生存儲(chǔ)器中 的部分 字符代碼 低位 高位 0000 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0000 (1) （ 1） 0 ? P \ p — タ 三 α P 0000 (2) ！ 1 A Q a q □ ァ チ ム 228。 q 0000 (3) 〞 2 B R b r Γ ィ 川 メ β θ 0000 (4) 3 C S c s ゥ ラ モ ε ∞ 0000 (5) $ 4 D T d t \ ェ ト セ μ Ω 0000 (6) % 5 E U e u ロ ォ ナ ュ B 0 0000 (7) amp。 6 F V F v テ カ ニ ョ P Σ 0000 (8) ＞ 7 G W g w ァ キ ヌ ラ g π 0000 (1) ( 8 H X h x ィ ク ネ リ ∫ 0000 (2) ) 9 I Y i y ゥ ケ ル — 1 y 0000 (3) * ： J Z j z ェ コ リ レ j 千 0000 (4) + ： K [ k { ォ サ ヒ ロ x 萬(wàn) 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 0000 (5) フ ＜ L ￥ l ｜ セ シ フ ヮ ￠ 0000 (6) — = M ] m } ュ ス ソ + 0000 (7) ． ＞ N n ^ ョ セ ホ ハ 0000 (8) / ？ O — o ← ッ ソ マ ロ 214。 1604 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器 (CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如表 [6]所示，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“ A”的代碼是 01000001B(41H)，顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“ A”。 表 1604 液晶模塊內(nèi)部控制指令 指 令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 顯示開(kāi) /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 寫(xiě)數(shù)到 CGRAM 或 DDRAM 1 0 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 其模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令， 如 表 [7]所示 。它的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 （說(shuō)明： 1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置 。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式 ， 設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 ； S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效 。 指令 4：顯示開(kāi)關(guān)控制 ， D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 ； C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo)