【正文】 S1302 與單片機連接 4 DS1302 時鐘芯片 DS1302是 Dallas公司推出的高性能低功耗涓流充電時鐘芯片。 恢復(fù)處理 置于極限工作條件下或化學蒸汽中的傳感器，經(jīng)過在 80～ 90℃（ 176～ 194F）和＜ 5％ RH的濕度條件下保持 24小時（ 烘干），隨后在 20～ 30℃（ 70～ 90F）和＞ 74％ RH的濕度條件下保持 48小時以上（重新水和）的處理后可使其恢復(fù)到剛校準時的狀態(tài) [7]。 表 32 SHT11狀態(tài)寄存器及說明 位 類型 說明 缺省 說明 7 保留 0 6 讀 工檢限 X 5 保留 0 4 保留 0 續(xù)表 位 類型 說明 缺省 說明 3 只用于試驗，不可以使用 0 2 讀 /寫 加熱 0 關(guān) 1 讀 /寫 不從 OTP重下載 0 重下載 0 讀 /寫 ‘ 1’ — 8位相對濕度， 12位溫度分辨率；‘ 0’ — 12位相對濕度， 14位溫 分辨率 0 12位相對濕度， 14溫度 硬件接口 SHT11與單片機接口構(gòu)成的溫濕度測量電路 ,如圖 35所示 。 。 圖 34 測量溫濕度時序圖 4) 加熱控制 將傳感器芯片中的加熱開關(guān)接通，傳感器溫度大約增加 5 ℃，加熱用途如下 :其一，通過對啟動加熱器前后的溫、濕度進行比較，可以正確地區(qū)別傳感器的功 能；其二，在相對濕度較高的環(huán)境下，傳感器可通過加熱來避免冷凝。需要注意的是，為使 SHT11溫升高低于 ℃，則此時工作頻率不能大 15%(如 :12 位精確度時 ,每秒最多進行 3 次測量 )。為表明測量完成， SHT11會使 DATA為低電平 ,此時控制器必須重新啟動 SCK，然后 SHT11傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)與 1字節(jié) CRC校驗和到控制器，控制器必須通過使 DATA為低來確認每一字節(jié)，通訊在確認 CRC數(shù) 據(jù)位后停止。 3) 溫濕度測量時序 當發(fā)出了溫 (濕 ) 度測量命令后，控制器就要等到測量完成后才開始動作。接著傳輸開始下一個命令，包含 3個地址位 (目前只支持? 000? ) 和5 個命令位 ,通過 DATA 腳的 ack 位處于低電位表示 SHT11正確收到命令。例如： 0x03設(shè)置 SHT11為溫度測量， 0x05是設(shè)置 SHT11為濕度測量 [5]。 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。 引腳 3— SCK串行時鐘輸入；用于微處理器與 SHT11之間的通訊同步。 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。 圖 34 SHT11 的引腳圖 引腳簡介 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?休眠?狀態(tài)。 能耗：典型 30uW（ 5V， 12bit，測量周期 2秒） 典型 1uW（ ,8bit，測量周期 2分）； 供電范圍： — ； 檢測電流： ； 待機電流： 。 ℃（在 0— 40℃時）； 響應(yīng)時間：≤ 20s； 復(fù)現(xiàn)性：177。 （ T）的性能參數(shù)如下： 范圍：－ 40℃ — ＋ 120℃； 精度：177。 3%RH（ 20— 80%RH）； 響應(yīng)時間：≤ 4s； 復(fù)現(xiàn)性：177。 ? ? ? ?? ? ? ?line arRHSOttTtur eRH RH ???? 2125 ? ?73? 當 RHSO 為 12位時， ?t ， ?t ；當 RHSO 為 8位時， ?t ， ?t SHT11 的特性 SHT11 的特點 SHT11傳感器的特點如下 : 1）相對濕度和溫度一體測量； 2）精確露點測量； 3）全量程標定，無需重新標定即可互換使用； 4）超快響應(yīng)時間； 5）兩線制數(shù)字接口（最簡 單的系統(tǒng)集成，較低的價格）； 6）超小尺寸（ 5 ）； 7）高可靠性（工業(yè) CMOS工業(yè)）； 8）優(yōu)化的長期穩(wěn)定性； 9）可完全浸沒水中； 10）基于請求式測量，因此低能耗； 11）具有濕度傳感器元件的自檢測能力； 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。 當 1070 ??SO 時， 143?a ， 512?b ；當 255108 ??SO 時， 143?a ， 512?b 。 （ 2） 2線性 當系統(tǒng)對濕度測量精度要求較高時 ,可采用以下的 2線性計算公式 ,即用最小的計算復(fù)雜性來提高精確度。 （ 1）線性 當系統(tǒng)對濕度測量精度要求不高時 ,可采用以下的線性計算公式。當電源電壓為 5V，溫度傳感器的分辨率為 14位時， 401 ??d ，?d ；當溫度傳感器的分辨率為 12位時， 401 ??d ， ?d 。從中可以看出 ,SHT11 的輸出特性呈一定的非線性 ,為了補償濕度傳感器的非線性以獲取準確數(shù)據(jù) ,可按式（ 31）修正濕度值 : ? ?linearRH = 2321 RHRH SOcSOcc ?? ? ?13? 式中 ,SORH 表示傳感器相對濕度測量值 ,系數(shù)取值分別如下 : 12位時： 6321 ,0 4 0 ,4 ??????? ccc ； 8位時： 4321 ,6 4 ,4 ??????? ccc 。 SHT11 的傳感器輸出 SHT11的相對濕度絕對精度、溫度精度和 25℃露點精度如圖 32(a)～ (c)所示 [4]。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 ,為溫濕度的微機化測試帶來極大的方便 ,這不僅能減少溫濕度測試系統(tǒng)的開發(fā)時間 ,還可節(jié)約數(shù)字化接口的軟硬件成本。同時 ,模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換也在一個芯片內(nèi)同時完成 ,這可使信號對噪聲不敏感 ,尤其重要的是 ,在傳感器芯片數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)裝載的針對每一只傳感器的校準數(shù)據(jù)保證了每一只傳感器都有相同的功能 ,可以實現(xiàn) 100%的互換。而且將傳感器元件、信號放大器、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器、 OTP 校準數(shù)據(jù)存儲器、 I2C 工業(yè)標準串行總線等，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芯片內(nèi)。 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具有不同保護的?微型結(jié)構(gòu)?檢測電極系統(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。它很好地解決了溫濕度傳感器存在的上述問題 ,實現(xiàn)了數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標定、免外圍電路及全互換功能 [3]。 表 22 操作模式 M1 M0 操作模式 計數(shù)器配置 0 0 模式 0 13 位計數(shù)器 1 0 模式 2 自動重轉(zhuǎn)載的 8 位計數(shù)器 1 0 模式 2 自動重轉(zhuǎn)載的 8 位計數(shù)器 1 1 模 式 3 T0 分為兩個 8 位計數(shù)器， T1 停止計數(shù) 3 溫濕度傳感器 傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器需設(shè)計信號調(diào)理電路并要經(jīng)過復(fù)雜的校準、標定過程 ,測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。當該位置 1時工作在計數(shù)器方式，清 0時工作在定時器方式。 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是一個選通位，當 GATE位置 1時， 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 GATE位清 0時， T/C0僅受到TR0的控制。 ③ 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD的格式如下所示。置 1時啟動 T/C1；清 0時停止 T/C1。 ② 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON 定時器 /計數(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的溢出標志，溢出時由硬件置 1，進入中斷后又由硬件自動清 0。 THx 是計 數(shù)寄存器的高 8位，TLx 是計數(shù)寄存器的低 8位。單片機每個機器周期都要對對外部輸入進行采樣，如果在第一個周期采得的外部信號為高電平，在下一個周期采得的信號為低電平，則在再下一個機器周期，即第三個機器周期計數(shù)寄存器的值才增加 1[1]。對定時器 /計數(shù)器 0、定時器 /計數(shù)器 1，計數(shù)脈沖分別來自 T0、 T1引腳。工作在定時器方式時，對振蕩源 12分頻的脈沖計數(shù)，即每過一個機器周期（ 1個機器周期在時間上和 12個振蕩周期的時間相等），計數(shù)寄存器中的值就加 1。定時器和計數(shù)器共用這個寄存器，但定時器 /計數(shù)器同一時刻只能工作在其中一種方式下，不可能既工作在定時器方式，同時又工作在計數(shù)器方式。除此之外還有一個可編程定時器 /計數(shù)器 2。 ④中斷返回：執(zhí)行完中斷指令后，從中斷處返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行 [2]。在 6個入口地址處存放有中斷處理程序。 ② 尋找中斷入口，根據(jù) 6個不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷，中斷 系統(tǒng)必須能夠正確地識別中斷源，查找 6個不同的入口地址。 中斷響應(yīng)過程 CPU中斷處理從響應(yīng)中斷、控制程序轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷矢量地址入口處執(zhí)行中斷服務(wù)程序，到執(zhí)行返回（ RETI）指令為止。 ③執(zhí)行中斷處理程序。以上工作是由單片機自動完成的，與編程者無關(guān)。中斷響應(yīng)可分為以下幾個步驟： ① 保護斷點，即保存下一個將要執(zhí)行的指令的地址，把這個地址送入堆棧。 EX0：外部中斷 0控制位， EX0=1，允許中斷； EX0=0，禁止外部中斷 0中斷 [1]。 EX1：外部中斷 1控制位， EX1=1，允許中斷； EX1=0，禁 止外部中斷 1中斷。 ES：串行口中斷控制位， ES=1，允許串行口發(fā)送 /接收中斷； ES=0禁止串行口中斷。如果 EA=0，無論哪個中斷源有請求， CPU都不予回應(yīng)。 ② 中斷允許控制寄存器 中斷允許控制寄存器 IE的格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 各控制位定義如下： EA：中斷總控制為。當 IT1置 1時 ，則外部中斷 INT1為下降沿觸發(fā)中斷請求，即 INT1端口由前一個機器周期的高電平跳變?yōu)橄乱粋€機器周期的低電平，則觸發(fā)中斷請求；當 IT1復(fù)位清 0，則 INT1的低電平觸發(fā)中斷請求。當 CPU檢測到 INT0低電平或下降沿且 IT0=1時，由內(nèi)部硬件置位IE0標志位（ IE0=1）向 CPU請求中斷，當 CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部將 IE0清 0。當 CPU檢測到 INT0低電平或下降沿且 IT1=1時，由內(nèi)部硬件置位IE1標志位（ IE1=1）向 CPU請求中斷，當 CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部將 IE1清 0。由軟件置位 /復(fù)位控制定時器 /計數(shù)器 0的啟動或停止計數(shù)。當定時器 /計數(shù)器 0計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由內(nèi)部硬件置位 TF0，向 CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部自動 TF1清 0。由軟件置位 /復(fù)位控制定時器 /計數(shù)器 1的啟動或停止計數(shù)。當定時器 /計數(shù)器 1計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由內(nèi)部硬件置位 TF1，向 CPU響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務(wù)程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部自動TF1清 0。 在本次設(shè)計中采用了定時器 /計數(shù)器 0中斷，它的中斷控制寄存器包括定時器 /計數(shù)器 0、 1控制寄存器 TCON和中斷允許控制寄存器 IE。它們在程序存儲器中各有固定的中斷入口地址，由此進入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和中斷控制 AT89C51有六個固定的可屏蔽中斷源，分別是三個片內(nèi)定時器 /計數(shù)器溢出中斷 TF0、 TF1和 TF2，兩個外部中斷 INT0 ()和 INT1 ()，一個片 內(nèi)串行口中斷 TI 或 RI。 AT89C51 的中斷系統(tǒng) 為了提高系統(tǒng)的工作效率， AT89C51單片機設(shè)置了中斷系統(tǒng) ，采用中斷方式與外設(shè)進行數(shù)據(jù)傳送。狀態(tài)時鐘經(jīng)三分頻后為低字節(jié)地址鎖存信號 ALE，頻率為振蕩器輸出信號頻率 oscf 的 1/6，經(jīng)六分頻后為機器周期信號，頻率為oscf /12。 （ a）使用片內(nèi)振蕩器接法 （ b）使用片外振蕩器接法 圖 25 AT89C51 振蕩器的連接方式 在 AT89C51單片機內(nèi)部，引腳 XTAL2和引腳 XTAL1連接著一個高增益反相放大器， XTAL1引腳是反相放大器的輸入端， XTAL2引腳是反相放大器的輸出端。兩種方式的電路連接如圖 25所示。也可以使用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的信號直接加載到振蕩器的輸入端，作為 CPU的時鐘源，稱為外部時鐘方式。工作寄存器又分為 4 組，在當前的運行程序中只有一組是被激活的，誰被激活有程序狀態(tài)寄存器 PSW的 RS1， RS0兩位決定。 圖 24 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu) 單片機自帶