一、傳感器概述

SHT10型傳感器屬于SHT1×系列（其他常用型號還有SHT11、SHT15），SHT1×屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標定的數字信號。傳感器采用專利的CMOSens技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件以及串行接口電路實現無縫連接。因此，該產品具有品質優越、響應迅速、抗干擾能力強、性價比高等優點。本篇博文將詳細分析傳感器的工作時序并根據時序編寫驅動程序。最終，該驅動程序將通過Proteus仿真軟件進行仿真驗證。

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二、傳感器尺寸

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三、接口定義及電源引腳

（一）接口定義

（二）電源引腳

SHT10的供電電壓范圍為2.3-5.5V，建議供電電壓為3.3V。在電源引腳（VDD與GND）之間必須加一個100nF的電容，用于去耦濾波（在仿真中可加可不加）

SHT10的串行接口，在傳感器信號的讀取及電源損耗方面，都做了優化處理；傳感器不能按照I2C協議進行編址，但是，如果I2C總線上沒有掛在別的原件則傳感器可以掛載到I2C總線上，但是單片機與傳感器之間的通信協議不能采用I2C協議，而是要在按照傳感器的協議進行信息交互。

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四、傳感器電氣特性

傳感器的電氣特性（如：高/低電平、輸入/輸出電壓等）受供電電壓的影響，下表中的參數在沒有特殊說明情況下均代表在5V供電條件下的參數。

下列時序圖中，加粗的DATA線由傳感器控制，普通的DATA線由單片機控制，有效時間由SCK的時序決定。尤其要注意的是，數據讀取的有效時間為前一個切換的下降沿。

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五、傳感器的通訊過程及對應的驅動程序

（一）啟動傳感器

首先，選擇供電電壓后將傳感器通電，商店速率不能低于1V/ms。通電后傳感器需要有11ms進入休眠狀態，在此之前，不允許單片機對傳感器發送任何命令。

在休眠狀態之后，要用一組“啟動傳輸”時序。來完成數據傳輸的初始化。該”啟動傳輸”時序包括：當SCK時鐘為高電平時，DATA由高電平反轉為低電平，隨后是在SCK高電平時DATA由低電平反轉為高電平。具體時序圖如下：

由上述時序圖，可以得到“啟動傳輸”的驅動程序如下：

void Start(void) {sck=0;//電平初始化dat=1;_nop_();sck=1;//第一次電平跳變_nop_();dat=0;_nop_();sck=0;_nop_();sck=1;//第二次電平跳變_nop_();dat=1;_nop_();sck=0;_nop_(); }

（二）命令集及“寫一字節”程序

在啟動程序之后，后續命令包括三個地址位（目前只支持000）和五個命令位。SHT10會以下述方式表示已正確接收指令：在第八個SCK的下降沿之后將DATA下拉為低電平作為ACK位，并在第九個SCK時鐘的下降沿之后釋放DATA（恢復高電平）。SHT10的命令集如下圖所示。

根據已知命令集，即可通過單總線向傳感器發送命令。發送濕度測量命令的工作時序如下圖所示：

通過上述時序圖所展示的“發送一字節”的工作時序，在“發送一字節數據”的驅動程序中可以采取的思路為：數據線先傳送高位后傳送低位，取位的方式為mask=0x80與命令值value進行“相與”，之后通過mask<<=1配合循環操作，即可實現將命令值由高位向低位逐位取出。在每取出value的一位后，首先延時一個_op_()? (在12MHz的工作頻率下為1us)，使DATA引腳能夠建立起穩定的電平，然后使sck產生上升沿并延時兩個_nop_()，使傳感器讀入DATA引腳的數據，然后再恢復sck引腳的低電平，依次循環八次，使傳感器讀入一字節的命令數據。在讀完八位數據之后，使SCK變高電平并檢測DATA引腳是否拉低，以檢測傳感器是否發出了確認信息ACK。然后，再將SCK恢復為低電平。具體驅動程序如下：

uchar Write_byte(uchar value)//先傳送高位 {uchar i;for(i=0;i<8;i++){if(value&0x80){dat=1;}else{dat=0;}_nop_();//建立數據線電平sck=1;//sck產生上升沿_nop_();_nop_();sck=0;//恢復sck的低電平_nop_();value<<=1;}sck=1;//第八個下降沿后（即產生第九個上升沿）判斷數據線電平_nop_();if(dat==0)//如果數據線被拉低，說明傳感器響應了{sck=0;//恢復sck的低電平_nop_();return 1; }sck=0;//恢復sck的低電平_nop_();return 0; }

（三）“讀一字節”驅動程序

在發布完一組測量命令之后，單片機要等待測量結束，這個過程大約需要10/80/120ms，分別對應8/12/14bit測量，確切時間由內部晶振速度決定，最多有-30%的變化。SHT10通過下拉DATA至電平并進入空閑模式表示測量結束。單片機在再次觸發SCK時鐘前必須等待這個“數據備妥”信號來讀出數據。（默認溫度測量14bit,濕度測量12bit），另外，還有一字節的CRC，用于循環冗余校驗。濕度測量時序圖如下：

根據上述濕度測量時序圖可以類推溫度測量時序圖（區別在于默認情況下溫度值比濕度值多2bit），并由時序圖可寫出具體控制時序，如下：

uchar Read_byte(uchar ack) {uchar i,value,mask=0x80;for(i=0;i<8;i++){sck=1;_nop_();if(dat==1){value|=mask;}else{value&=(~mask);}sck=0;_nop_();mask>>=1;} if(ack==0)//單片機應答{dat=0;}else{dat=1;}_nop_();//建立應答/非應答信號電平sck=1;_nop_();sck=0;_nop_();dat=1;//釋放數據線return value; }

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六、測量結果轉換

測量結果轉換過程中使用的參數與供電電壓有關，總控制程序中的轉換代碼僅適用于5V供電時進行轉換，其他工作電壓下的轉換關系如下圖所示：

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七、總控制程序

/*單片機采用AT89C52工作頻率為12MHz，顯示單元采用LCD1602液晶屏*/

#include<reg52.h> #include<intrins.h>typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint;/**************************全局變量區******************************/ uchar str[4];//儲存轉換值對應的字符串 int T,Hum;//溫濕度值 /**************************位定義區*******************************/ sbit RS=P3^3; sbit RW=P3^4; sbit E=P3^5; sbit sck=P3^0; sbit dat=P3^1;/**************************子函數聲明區**************************/ void Delay(uint n);//延時子函數 void Delay1ms(uint t);//毫秒級延時子函數void Start(void);//發送一組“啟動傳輸”的時序以完成數據傳輸的初始化 uchar Write_byte(uchar value);//向傳感器寫入一個字節 uchar Read_byte(uchar ack);//從傳感器讀出一個字節(0為應答，1為不應答) int Get_Tep(void);//讀取溫度子函數 int Get_Hum(void);//讀取濕度子函數 void Change(int x);//把整型數值x轉換為字符串void Write_com(uchar com);//寫命令子函數 void Write_dat(uchar dat);//寫數據子函數 void Init_1602();//LCD1602初始化子函數 void Show(uchar x,uchar y,uchar *str);//LCD1602顯示子函數/ / void main() {Init_1602();//LCD1602初始化Delay1ms(11);//上電后度過11ms的休眠狀態Start();//喚醒T=Get_Tep();//獲取溫度值Start();//再次喚醒Hum=Get_Hum();//獲取濕度值Change(Hum);//把濕度值轉換為字符串Show(1,1,"Hum:");//顯示濕度值Show(1,5,str);Change(T);//把溫度值轉換為字符串Show(2,1,"Temp:");//顯示溫度值Show(2,6,str);while(1); } / / /*********************************延時函數體*****************************/ void Delay(uint n) //延時函數 { uint x,y; for(x=n;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void Delay1ms(uint t) //毫秒級延時子函數 {uchar a,b;uint i;for(i=0;i<t;i++){for(b=199;b>0;b--)for(a=1;a>0;a--);} } /********************************啟動傳輸函數體***************************/ void Start(void) {sck=0;//電平初始化dat=1;_nop_();sck=1;//第一次電平跳變_nop_();dat=0;_nop_();sck=0;_nop_();sck=1;//第二次電平跳變_nop_();dat=1;_nop_();sck=0;_nop_(); } /********************************寫入一字節函數體************************/ uchar Write_byte(uchar value)//先傳送高位 {uchar i;for(i=0;i<8;i++){if(value&0x80){dat=1;}else{dat=0;}_nop_();//建立數據線電平sck=1;//sck產生上升沿_nop_();_nop_();sck=0;//恢復sck的低電平_nop_();value<<=1;}sck=1;//第八個下降沿后（即產生第九個上升沿）判斷數據線電平_nop_();if(dat==0)//如果數據線被拉低，說明傳感器響應了{sck=0;//恢復sck的低電平_nop_();return 1; }sck=0;//恢復sck的低電平_nop_();return 0; } /********************************讀出一字節函數體************************/ uchar Read_byte(uchar ack) {uchar i,value,mask=0x80;for(i=0;i<8;i++){sck=1;_nop_();if(dat==1){value|=mask;}else{value&=(~mask);}sck=0;_nop_();mask>>=1;} if(ack==0)//單片機應答{dat=0;}else{dat=1;}_nop_();//建立應答/非應答信號電平sck=1;_nop_();sck=0;_nop_();dat=1;//釋放數據線return value; } /**********************************獲取溫度函數體**************************/ int Get_Tep() {int result_l,result_h,check,result;float tempt;Write_byte(0x03);//讀溫度命令while(dat);//等到傳感器轉換完數據后把數據線主動拉低result_h=Read_byte(0);//讀轉換值高八位并應答result_l=Read_byte(0);//讀轉換值低八位并應答check=Read_byte(1);//讀校驗位并非應答result=result_h*256+result_l;tempt=0.01*result-40.1;//計算溫度值（5V供電）result=tempt;//對溫度值進行四舍五入if(tempt-result>=0.5){result+=1;}return result; } /**********************************獲取溫度函數體**************************/ int Get_Hum() {int result_l,result_h,check,result;float tempt;float t1=0.01f,t2=0.00008f,c1=-2.0468f,c2=0.0367f,c3=-1.5955e-6f;Write_byte(0x05);//讀濕度命令while(dat);//等到傳感器轉換完數據后把數據線主動拉低result_h=Read_byte(0);//讀轉換值高八位并應答result_l=Read_byte(0);//讀轉換值低八位并應答check=Read_byte(1);//讀校驗位并非應答result=result_h*256+result_l;tempt=(T-25)*(t1+t2*result)+(c1+c2*result+c3*result*result)-6;result=tempt;//對濕度值進行四舍五入if(tempt-result>=0.5){result+=1;}return result; } /******************************把整型數據轉換為字符串**********************/ void Change(int x) {str[0]=x/100+48;str[1]=(x/10)%10+48;str[2]=x%10+48;str[3]='\0'; }/********************************寫命令函數體****************************/ void Write_com(uchar com) {RS=0;P2=com;Delay(5);E=1;Delay(5);E=0; } /********************************寫數據函數體****************************/ void Write_dat(uchar dat) {RS=1;P2=dat;Delay(5); E=1;Delay(5);E=0; } /*****************************LCD1602初始化函數體*************************/ void Init_1602() {uchar i=0;RW=0;Write_com(0x38);//屏幕初始化Write_com(0x0c);//打開顯示 無光標 無光標閃爍Write_com(0x06);//當讀或寫一個字符是指針后一一位Write_com(0x01);//清屏Write_com(0x80);//設置位置 } /*******************************顯示內容函數體**************************/ void Show(uchar x,uchar y,uchar *str) {unsigned char addr;if (x==1){addr=0x00+y-1; //從第一行、第y列開始顯示}else{addr=0x40+y-1; //第二行、第y列開始顯示} Write_com(addr+0x80);while (*str!='\0'){Write_dat(*str++);}}

八、Proteus仿真圖的連接及結果

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左肩理想右肩擔當，君子不怨永遠不會停下腳步！

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的SHT10型温湿度传感器工作时序分析及驱动程序与Proteus仿真的实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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