SHT15在嵌入式系統中的應用方案

　　該芯片包括1個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和1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換成電信號，該電信號首先進(jìn)入微弱信號放大器進(jìn)行放大，然后進(jìn)入1個(gè)14位的A／D轉換器，最后經(jīng)過(guò)二線(xiàn)串行數字接口輸出數字信號。SHT15在出廠(chǎng)前，都會(huì )在恒濕或恒溫環(huán)境中進(jìn)行校準，校準系數存儲在校準寄存器中，在測量過(guò)程中，校準系數會(huì )自動(dòng)校準來(lái)自傳感器的信號。此外，SHT15內部還集成了1個(gè)加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT15的溫度升高5℃左右，同時(shí)功耗也會(huì )有所增加。此功能主要是為了比較加熱前后的溫度和濕度值?？梢跃C合驗證兩個(gè)傳感器元件的性能。在高濕（>95％RH）環(huán)境中，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時(shí)縮短響應時(shí)間，提高精度。加熱后SHT15溫度升高、相對濕度降低，較加熱前，測量值會(huì )略有差異。

　　2 硬件設計

　　微處理器可通過(guò)二線(xiàn)串行數字接口與SHT15進(jìn)行通信，由于其通信協(xié)議與通用的I2C總線(xiàn)協(xié)議不兼容，所以在設計時(shí)直接利用S3C2440A的通用I／O口來(lái)模擬通信時(shí)序控制SHT15。S3C2440A有130個(gè)通用I／O口，共分為9組（GPAGPJ），其中GPG包括16路I／O口。S3C2440A引腳采用289 -FBGA封裝，GPG9及GPG10對應引腳功能圖如表1所示。

表1 GPG9及GPG10對應引腳功能圖

　　設計中利用S3C2440A的GPG9模擬時(shí)鐘信號，GPG10來(lái)模擬數據信號（數據線(xiàn)需要外接上拉電阻），硬件連接圖如圖3所示。

圖3 微控制器與SHT15的硬件連接圖

　　3 軟件設計

　　在程序開(kāi)始，控制器S3C2440A需要用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序，來(lái)表示數據傳輸的初始化。它包括：當SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉為低電平，緊接著(zhù)SCK變?yōu)榈碗娖降膯?dòng)，如圖4所示，隨后是在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉為高電平。接著(zhù)SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)楦唠娖?，SCK時(shí)鐘為高電平時(shí)，DATA再次翻轉為高電平。

圖4 啟動(dòng)傳輸時(shí)序

　　控制器發(fā)出啟動(dòng)命令后，接著(zhù)發(fā)出一個(gè)后續8為命令碼。后續命令包含3個(gè)地址位（目前只支持000’）和5個(gè)命令位。相應代碼對應的命令集如表2所示。

表2 SHT15命令集

　　SHT15接收到上述地址和命令碼后，在第8個(gè)時(shí)鐘下降沿，將DATA下拉為低電平作為從機的ACK；在第9個(gè)時(shí)鐘下降沿之后，從機釋放DATA（恢復高電平）總線(xiàn)；釋放總線(xiàn)后，從機開(kāi)始測量當前濕度，測量結束后，再次將DATA總線(xiàn)拉為低電平；主機檢測到DATA總線(xiàn)被拉低后，得知濕度測量已經(jīng)結束，給出SCK時(shí)鐘信號；從機在第8個(gè)時(shí)鐘下降沿，先輸出高字節數據；在第9個(gè)時(shí)鐘下降沿，主機將DATA總線(xiàn)拉低作為ACK信號。然后釋放總線(xiàn)DATA；在隨后8個(gè)SCK周期下降沿，從機發(fā)出低字節數據；接下來(lái)的SCK下降沿，主機再次將DATA總線(xiàn)拉低作為接收數據的ACK信號；最后8個(gè)SCK下降沿從機發(fā)出CRC校驗數據，主機不予應答（NACK）則表示測量結束。