SHT15在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)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(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1個(gè)14位的A／D轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。SHT15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)量過程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來自傳感器的信號(hào)。此外，SHT15內(nèi)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(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SHT15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。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　微處理器可通過二線串行數(shù)字接口與SHT15進(jìn)行通信，由于其通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議不兼容，所以在設(shè)計(jì)時(shí)直接利用S3C2440A的通用I／O口來模擬通信時(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(duì)應(yīng)引腳功能圖如表1所示。

表1 GPG9及GPG10對(duì)應(yīng)引腳功能圖

　　設(shè)計(jì)中利用S3C2440A的GPG9模擬時(shí)鐘信號(hào)，GPG10來模擬數(shù)據(jù)信號(hào)（數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻），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(shè)計(jì)

　　在程序開始，控制器S3C2440A需要用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括：?dāng)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著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(zhuǎn)為高電平。接著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(zhuǎn)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，接著發(fā)出一個(gè)后續(xù)8為命令碼。后續(xù)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(yīng)代碼對(duì)應(yīng)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(jī)的ACK；在第9個(gè)時(shí)鐘下降沿之后，從機(jī)釋放DATA（恢復(fù)高電平）總線；釋放總線后，從機(jī)開始測(cè)量當(dāng)前濕度，測(cè)量結(jié)束后，再次將DATA總線拉為低電平；主機(jī)檢測(cè)到DATA總線被拉低后，得知濕度測(cè)量已經(jīng)結(jié)束，給出SCK時(shí)鐘信號(hào)；從機(jī)在第8個(gè)時(shí)鐘下降沿，先輸出高字節(jié)數(shù)據(jù)；在第9個(gè)時(shí)鐘下降沿，主機(jī)將DATA總線拉低作為ACK信號(hào)。然后釋放總線DATA；在隨后8個(gè)SCK周期下降沿，從機(jī)發(fā)出低字節(jié)數(shù)據(jù)；接下來的SCK下降沿，主機(jī)再次將DATA總線拉低作為接收數(shù)據(jù)的ACK信號(hào)；最后8個(gè)SCK下降沿從機(jī)發(fā)出CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，主機(jī)不予應(yīng)答（NACK）則表示測(cè)量結(jié)束。