一、传感器概述

SHT10型传感器属于SHT1×系列（其他常用型号还有SHT11、SHT15），SHT1×属于Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件以及串行接口电路实现无缝连接。因此，该产品具有品质优越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。本篇博文将详细分析传感器的工作时序并根据时序编写驱动程序。最终，该驱动程序将通过Proteus仿真软件进行仿真验证。

二、传感器尺寸

三、接口定义及电源引脚

（一）接口定义

（二）电源引脚

SHT10的供电电压范围为2.3-5.5V，建议供电电压为3.3V。在电源引脚（VDD与GND）之间必须加一个100nF的电容，用于去耦滤波（在仿真中可加可不加）

SHT10的串行接口，在传感器信号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理；传感器不能按照I2C协议进行编址，但是，如果I2C总线上没有挂在别的原件则传感器可以挂载到I2C总线上，但是单片机与传感器之间的通信协议不能采用I2C协议，而是要在按照传感器的协议进行信息交互。

四、传感器电气特性

传感器的电气特性（如：高/低电平、输入/输出电压等）受供电电压的影响，下表中的参数在没有特殊说明情况下均代表在5V供电条件下的参数。

下列时序图中，加粗的DATA线由传感器控制，普通的DATA线由单片机控制，有效时间由SCK的时序决定。尤其要注意的是，数据读取的有效时间为前一个切换的下降沿。

五、传感器的通讯过程及对应的驱动程序

（一）启动传感器

首先，选择供电电压后将传感器通电，商店速率不能低于1V/ms。通电后传感器需要有11ms进入休眠状态，在此之前，不允许单片机对传感器发送任何命令。

在休眠状态之后，要用一组“启动传输”时序。来完成数据传输的初始化。该”启动传输”时序包括：当SCK时钟为高电平时，DATA由高电平反转为低电平，随后是在SCK高电平时DATA由低电平反转为高电平。具体时序图如下：

由上述时序图，可以得到“启动传输”的驱动程序如下：

void Start(void)
{sck=0;//电平初始化dat=1;_nop_();sck=1;//第一次电平跳变_nop_();dat=0;_nop_();sck=0;_nop_();sck=1;//第二次电平跳变_nop_();dat=1;_nop_();sck=0;_nop_();
}

（二）命令集及“写一字节”程序

在启动程序之后，后续命令包括三个地址位（目前只支持000）和五个命令位。SHT10会以下述方式表示已正确接收指令：在第八个SCK的下降沿之后将DATA下拉为低电平作为ACK位，并在第九个SCK时钟的下降沿之后释放DATA（恢复高电平）。SHT10的命令集如下图所示。

根据已知命令集，即可通过单总线向传感器发送命令。发送湿度测量命令的工作时序如下图所示：

通过上述时序图所展示的“发送一字节”的工作时序，在“发送一字节数据”的驱动程序中可以采取的思路为：数据线先传送高位后传送低位，取位的方式为mask=0x80与命令值value进行“相与”，之后通过mask<<=1配合循环操作，即可实现将命令值由高位向低位逐位取出。在每取出value的一位后，首先延时一个_op_() (在12MHz的工作频率下为1us)，使DATA引脚能够建立起稳定的电平，然后使sck产生上升沿并延时两个_nop_()，使传感器读入DATA引脚的数据，然后再恢复sck引脚的低电平，依次循环八次，使传感器读入一字节的命令数据。在读完八位数据之后，使SCK变高电平并检测DATA引脚是否拉低，以检测传感器是否发出了确认信息ACK。然后，再将SCK恢复为低电平。具体驱动程序如下：

uchar Write_byte(uchar value)//先传送高位
{uchar i;for(i=0;i<8;i++){if(value&0x80){dat=1;}else{dat=0;}_nop_();//建立数据线电平sck=1;//sck产生上升沿_nop_();_nop_();sck=0;//恢复sck的低电平_nop_();value<<=1;}sck=1;//第八个下降沿后（即产生第九个上升沿）判断数据线电平_nop_();if(dat==0)//如果数据线被拉低，说明传感器响应了{sck=0;//恢复sck的低电平_nop_();return 1;    }sck=0;//恢复sck的低电平_nop_();return 0;
}

（三）“读一字节”驱动程序

在发布完一组测量命令之后，单片机要等待测量结束，这个过程大约需要10/80/120ms，分别对应8/12/14bit测量，确切时间由内部晶振速度决定，最多有-30%的变化。SHT10通过下拉DATA至电平并进入空闲模式表示测量结束。单片机在再次触发SCK时钟前必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。（默认温度测量14bit,湿度测量12bit），另外，还有一字节的CRC，用于循环冗余校验。湿度测量时序图如下：

根据上述湿度测量时序图可以类推温度测量时序图（区别在于默认情况下温度值比湿度值多2bit），并由时序图可写出具体控制时序，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)//单片机应答{dat=0;}else{dat=1;}_nop_();//建立应答/非应答信号电平sck=1;_nop_();sck=0;_nop_();dat=1;//释放数据线return value;
}

六、测量结果转换

测量结果转换过程中使用的参数与供电电压有关，总控制程序中的转换代码仅适用于5V供电时进行转换，其他工作电压下的转换关系如下图所示：

七、总控制程序

/*单片机采用AT89C52工作频率为12MHz，显示单元采用LCD1602液晶屏*/

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;/**************************全局变量区******************************/
uchar str[4];//储存转换值对应的字符串
int T,Hum;//温湿度值
/**************************位定义区*******************************/
sbit RS=P3^3;
sbit RW=P3^4;
sbit E=P3^5;
sbit sck=P3^0;
sbit dat=P3^1;/**************************子函数声明区**************************/
void Delay(uint n);//延时子函数
void Delay1ms(uint t);//毫秒级延时子函数void Start(void);//发送一组“启动传输”的时序以完成数据传输的初始化
uchar Write_byte(uchar value);//向传感器写入一个字节
uchar Read_byte(uchar ack);//从传感器读出一个字节(0为应答，1为不应答)
int Get_Tep(void);//读取温度子函数
int Get_Hum(void);//读取湿度子函数
void Change(int x);//把整型数值x转换为字符串void Write_com(uchar com);//写命令子函数
void Write_dat(uchar dat);//写数据子函数
void Init_1602();//LCD1602初始化子函数
void Show(uchar x,uchar y,uchar *str);//LCD1602显示子函数/
/
void main()
{Init_1602();//LCD1602初始化Delay1ms(11);//上电后度过11ms的休眠状态Start();//唤醒T=Get_Tep();//获取温度值Start();//再次唤醒Hum=Get_Hum();//获取湿度值Change(Hum);//把湿度值转换为字符串Show(1,1,"Hum:");//显示湿度值Show(1,5,str);Change(T);//把温度值转换为字符串Show(2,1,"Temp:");//显示温度值Show(2,6,str);while(1);
}
/
/
/*********************************延时函数体*****************************/
void Delay(uint n)       //延时函数
{ uint x,y;  for(x=n;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);
}
void Delay1ms(uint t)   //毫秒级延时子函数
{uchar a,b;uint i;for(i=0;i<t;i++){for(b=199;b>0;b--)for(a=1;a>0;a--);}
}
/********************************启动传输函数体***************************/
void Start(void)
{sck=0;//电平初始化dat=1;_nop_();sck=1;//第一次电平跳变_nop_();dat=0;_nop_();sck=0;_nop_();sck=1;//第二次电平跳变_nop_();dat=1;_nop_();sck=0;_nop_();
}
/********************************写入一字节函数体************************/
uchar Write_byte(uchar value)//先传送高位
{uchar i;for(i=0;i<8;i++){if(value&0x80){dat=1;}else{dat=0;}_nop_();//建立数据线电平sck=1;//sck产生上升沿_nop_();_nop_();sck=0;//恢复sck的低电平_nop_();value<<=1;}sck=1;//第八个下降沿后（即产生第九个上升沿）判断数据线电平_nop_();if(dat==0)//如果数据线被拉低，说明传感器响应了{sck=0;//恢复sck的低电平_nop_();return 1;    }sck=0;//恢复sck的低电平_nop_();return 0;
}
/********************************读出一字节函数体************************/
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)//单片机应答{dat=0;}else{dat=1;}_nop_();//建立应答/非应答信号电平sck=1;_nop_();sck=0;_nop_();dat=1;//释放数据线return value;
}
/**********************************获取温度函数体**************************/
int Get_Tep()
{int result_l,result_h,check,result;float tempt;Write_byte(0x03);//读温度命令while(dat);//等到传感器转换完数据后把数据线主动拉低result_h=Read_byte(0);//读转换值高八位并应答result_l=Read_byte(0);//读转换值低八位并应答check=Read_byte(1);//读校验位并非应答result=result_h*256+result_l;tempt=0.01*result-40.1;//计算温度值（5V供电）result=tempt;//对温度值进行四舍五入if(tempt-result>=0.5){result+=1;}return result;
}
/**********************************获取温度函数体**************************/
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);//读湿度命令while(dat);//等到传感器转换完数据后把数据线主动拉低result_h=Read_byte(0);//读转换值高八位并应答result_l=Read_byte(0);//读转换值低八位并应答check=Read_byte(1);//读校验位并非应答result=result_h*256+result_l;tempt=(T-25)*(t1+t2*result)+(c1+c2*result+c3*result*result)-6;result=tempt;//对湿度值进行四舍五入if(tempt-result>=0.5){result+=1;}return result;
}
/******************************把整型数据转换为字符串**********************/
void Change(int x)
{str[0]=x/100+48;str[1]=(x/10)%10+48;str[2]=x%10+48;str[3]='\0';
}/********************************写命令函数体****************************/
void Write_com(uchar com)
{RS=0;P2=com;Delay(5);E=1;Delay(5);E=0;
}
/********************************写数据函数体****************************/
void Write_dat(uchar dat)
{RS=1;P2=dat;Delay(5);     E=1;Delay(5);E=0;
}
/*****************************LCD1602初始化函数体*************************/
void Init_1602()
{uchar i=0;RW=0;Write_com(0x38);//屏幕初始化Write_com(0x0c);//打开显示 无光标 无光标闪烁Write_com(0x06);//当读或写一个字符是指针后一一位Write_com(0x01);//清屏Write_com(0x80);//设置位置
}
/*******************************显示内容函数体**************************/
void Show(uchar x,uchar y,uchar *str)
{unsigned char addr;if (x==1){addr=0x00+y-1; //从第一行、第y列开始显示}else{addr=0x40+y-1; //第二行、第y列开始显示}                    Write_com(addr+0x80);while (*str!='\0'){Write_dat(*str++);}}

八、Proteus仿真图的连接及结果

左肩理想右肩担当，君子不怨永远不会停下脚步！

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