SHT1x/SHT7x数字温湿度传感器驱动编写
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2022-04-18 08:26:24
...
结构图
启动传输时序图
SHT10串行通信IO初始化
其中SDA和SCL分别是数据线和时钟线。分别对应单片机的1.1口和1.0口
#define SCL P1_0 //SHT10时钟
#define SDA P1_1 //SHT10数据线
由时序图可知，一开始SDA和SCL分别高电平和低电平
/**************************************************************************************************
* 函数名称：initIO
*
* 功能描述：SHT10串行通信IO初始化
*
* 参 数：无
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void initIO(void)
{
IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT);//DIR是方向的意思
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT);
P1INP |= 0x03;
SDA = 1; SCL = 0;
}
下面这个代码也是根据时序图来写的。
由此可见，驱动其实就是根据时序图来编写的，不按照时序图编写，单片机不执行这段代码的话，传感器就不能正常工作，不会听从单片机的指令。
/**************************************************************************************************
* 函数名称：s_transstart
*
* 功能描述：启动SHT10，开始与SHT10通信
*
* 参 数：无
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void s_transstart(void)
{
IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT);
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT);
SDA = 1; SCL = 0;
QWait();QWait();
SCL = 1;QWait();QWait();
SDA = 0;QWait();QWait();
SCL = 0;QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();
SCL = 1;QWait();QWait();
SDA = 1;QWait();QWait();
SCL = 0;QWait();QWait();
}
通讯复位时序图
/**************************************************************************************************
* 函数名称：s_connectionreset
*
* 功能描述：与SHT10通信复位
*
* 参 数：无
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void s_connectionreset(void)
{
IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT);
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT);
unsigned char i;
SDA = 1; SCL= 0;
for(i=0;i<9;i++)
{
SCL = 1;QWait();QWait();
SCL = 0;QWait();QWait();
}
s_transstart();
}
SHTXX命令集
如何实现温湿度读取呢？
在void th_read(int *t,int *h )函数里：
error+=s_measure(&checksum,5); //读取湿度数据并校验
humi = d1*256+d2;
error+=s_measure(&checksum,3); //读取温度数据并校验
temp = d1*256+d2;
可以看到读温度还是读湿度唯一区别就是s_measure里第二个参数是三还是五。
再看s_measure函数：
里面有一个s_write_byte()函数，结合SHTXX命令集可知道，单片机发送3就是发送温度读取命令，发送5就是发送湿度读取命令。
case 3 :er+=s_write_byte(3);break; //发送温度读取命令
case 5 :er+=s_write_byte(5);break; //发送湿度读取命令
当传感器收到指令，开始工作收集湿度数据信息，这个过程需要时间。
当它准备好了，他会给单片机一个低电平，一旦单片机收到了，就break了。
for(i=0;i<65535;i++)
{
for(j=0;j<65535;j++)
{if(SDA == 0)
{break;}}
if(SDA == 0)
{break;}
}
然后单片机开始读取数据：
d1 = s_read_byte(ACK); //数据读取
d2 = s_read_byte(ACK);
d3 = s_read_byte(noACK);
如果说延时完了SDA还没有拉低，错误信息加1，并返回错误信息。 return er;
if(SDA) //SDA没有拉低，错误信息加1
{er += 1;}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：s_measure
*
* 功能描述：发送命令、读取SHT10温度或湿度数据
*
* 参 数：*p_checksum -- 校验和
* mode -- 读取数据类型（3为温度，5为湿度）
*
* 返 回 值：er -- 操作结果
**************************************************************************************************/
char s_measure( unsigned char *p_checksum, unsigned char mode)
{
unsigned er=0;
unsigned int i,j;
s_transstart(); //启动传输
switch(mode)
{
case 3 :er+=s_write_byte(3);break; //发送温度读取命令
case 5 :er+=s_write_byte(5);break; //发送湿度读取命令
default :break;
}
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_IN); //将数据线设置为输入，以准备接收SHT10的ACK
for(i=0;i<65535;i++)
{
for(j=0;j<65535;j++)
{if(SDA == 0)
{break;}}
if(SDA == 0)
{break;}
}
if(SDA) //SDA没有拉低，错误信息加1
{er += 1;}
d1 = s_read_byte(ACK); //数据读取
d2 = s_read_byte(ACK);
d3 = s_read_byte(noACK);
return er;
}
再来看void th_read(int *t,int *h )函数,就清晰很多了
/**************************************************************************************************
* 函数名称：th_read
*
* 功能描述：调用相应函数，读取温度和数据数据并校验和计算
*
* 参 数：*t -- 温度值
* *h -- 湿度值
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void th_read(int *t,int *h )
{
unsigned char error,checksum;
float humi,temp;
int tmp;
initIO();
s_connectionreset(); //启动传输
error=0;
error+=s_measure(&checksum,5); //读取湿度数据并校验
humi = d1*256+d2;
error+=s_measure(&checksum,3); //读取温度数据并校验
temp = d1*256+d2;
if(error!=0) s_connectionreset(); //读取失败，通信复位
else //读取成功，计算数据
{
temp = temp*0.01 - 44.0 ;
humi = (temp - 25) * (0.01 + 0.00008 * humi) -0.0000028 * humi * humi + 0.0405 * humi-4;//通过温度计算相对湿度
if(humi>100)
{humi = 100;}
if(humi<0.1)
{humi = 0.1;}
}
tmp=(int)(temp*10)%10;
if(tmp>4)
{
temp=temp+1;
}
else
{
temp=temp;
}
*t=(int)temp;
tmp=(int)(humi*10)%10;
if(humi>4)
{
humi=humi+1;
}
else
{
humi=humi;
}
*h=(int)humi;
}
下面这一段是四舍五入的意思。
tmp=(int)(temp*10)%10;
if(tmp>4)
{
temp=temp+1;
}
else
{
temp=temp;
}
*t=(int)temp;
tmp=(int)(humi*10)%10;
if(humi>4)
{
humi=humi+1;
}
else
{
humi=humi;
}
*h=(int)humi;
代码：
/**********************************************************************************************************************************************************
*
* SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片， 提供全标定的数字输出。它采用专利的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，并在同一芯片上，与14 位的A/D 转
* 换器以及串行接口电路实现无缝连接。
*
* SHT10引脚特性如下：
* 1. VDD，GND SHT10 的供电电压为2.4~5.5V。传感器上电后，要等待11ms 以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。
* 电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。
* 2. SCK 用于微处理器与SHT10 之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频率。
* 3. DATA 三态门用于数据的读取。DATA 在SCK 时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK 时钟上升沿有效。数据传输期间，
* 在SCK 时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻
* （例如：10kΩ）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O 电路中。
*
* 向SHT10发送命令：
* 用一组“ 启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。它包括：当SCK 时钟高电平时DATA 翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，
* 随后是在SCK 时钟高电平时DATA 翻转为高电平。后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”），和五个命令位。SHT10会以下
* 述方式表示已正确地接收到指令：在第8 个SCK 时钟的下降沿之后，将DATA 拉为低电平（ACK 位）。在第9 个SCK 时钟的下降沿
* 之后，释放DATA（恢复高电平）。
*
* 测量时序(RH 和 T)：
* 发布一组测量命令（‘00000101’表示相对湿度RH，‘00000011’表示温度T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约
* 11/55/210ms，分别对应8/12/14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度，最多有±15%变化。SHTxx 通过下拉DATA 至低电平并
* 进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以
* 先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。
* 接着传输2 个字节的测量数据和1 个字节的CRC 奇偶校验。uC 需要通过下拉DATA 为低电平，以确认每个字节。所有的数据从
* MSB 开始，右值有效（例如：对于12bit 数据，从第5 个SCK 时钟起算作MSB； 而对于 8bit 数据， 首字节则无意义）。用
* CRC 数据的确认位，表明通讯结束。如果不使用CRC-8 校验，控制器可以在测量值LSB 后，通过保持确认位ack 高电平， 来中
* 止通讯。在测量和通讯结束后，SHTxx 自动转入休眠模式。
*
* 通讯复位时序：
* 如果与 SHTxx 通讯中断，下列信号时序可以复位串口：当DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟9 次或更多。在下一次指令前，发送
* 一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。
*
* 更多SHT10信息，请参考相应文档。
*
* 光照强度采集：
* 光照采集主要是通过用CC2530内部的ADC来得到OURS-CC2530开发板上的光照传感器输出电压。传感器输出电压(连接到CC2530的AIN0)
*
* 本实验将使用CC2530读取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据，并通过ADC得到光照传感器的数据。最后将采样到的数据转换然后在LCD上显示。
*
* 在\include\hal.h文件中包含了和ADC相关的一些宏，用户使用这些宏
* 可以简化对ADC的操作，提高代码的可读性，本实验中就使用了其中的一些宏。
*
* 注 意：本实验所需硬件资源：
* OURS-CC2530RF板
* 带LCD的智能主板
* 温湿度+光照传感器板
*
*
**********************************************************************************************************************************************************/
#include "hal.h"
#include "LCD.h"
#include "stdio.h"
#define noACK 0
#define ACK 1
#define STATUS_REG_W 0x06
#define STATUS_REG_R 0x07
#define MEASURE_TEMP 0x03
#define MEASURE_HUMI 0x05
#define RESET 0x1e
#define SCL P1_0 //SHT10时钟
#define SDA P1_1 //SHT10数据线
unsigned char d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7;
void Wait(unsigned int ms);
void QWait(void) ;
char s_write_byte(unsigned char value);
char s_read_byte(unsigned char ack);
void s_transstart(void);
void s_connectionreset(void);
char s_measure( unsigned char *p_checksum, unsigned char mode);
void initIO(void);
/**************************************************************************************************
* 函数名称：Wait
*
* 功能描述：延时函数（不精确延时）
*
* 参 数：ms -- 延时时间
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void Wait(unsigned int ms)
{
unsigned char g,k;
while(ms)
{
for(g=0;g<=167;g++)
{
for(k=0;k<=48;k++);
}
ms--;
}
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：QWait
*
* 功能描述：延时函数（大约1us的延时）
*
* 参 数：无
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void QWait()
{
asm("NOP");asm("NOP");
asm("NOP");asm("NOP");
asm("NOP");asm("NOP");
asm("NOP");asm("NOP");
asm("NOP");asm("NOP");
asm("NOP");
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：initIO
*
* 功能描述：SHT10串行通信IO初始化
*
* 参 数：无
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void initIO(void)
{
IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT);
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT);
P1INP |= 0x03;
SDA = 1; SCL = 0;
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：s_write_byte
*
* 功能描述：从SHT10写一个字节
*
* 参 数：value -- 需写入的字节值
*
* 返 回 值：error -- 操作是否成功
**************************************************************************************************/
char s_write_byte(unsigned char value)
{
unsigned char i,error=0;
IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT); //时钟和数据IO设置为输出
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT);
for (i=0x80;i>0;i/=2) //将一个字节的8位逐一输出
{
if (i & value)
SDA=1;
else
SDA=0;
SCL = 1;
QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();
SCL = 0;
asm("NOP"); asm("NOP");
}
SDA = 1;
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_IN); //将数据线设置为输入，以准备接收SHT10的ACK
SCL = 1; asm("NOP");
error = SDA;
QWait();QWait();QWait();
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT); //将数据线恢复为输出状态
SDA = 1;
SCL = 0;
return error;
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：s_read_byte
*
* 功能描述：从SHT10读取一个字节
*
* 参 数：ack -- 读取数据后，向SHT10发送ACK
*
* 返 回 值：val -- 读取的字节值
**************************************************************************************************/
char s_read_byte(unsigned char ack)
{
IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT); //时钟和数据IO设置为输出
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT);
unsigned char i,val=0;
SDA= 1;
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_IN); //将数据线设置为输入，以准备接收SHT10的数据
for (i=0x80;i>0;i/=2)
{
SCL = 1;
if (SDA)
val = (val | i);
else
val = (val | 0x00);
SCL = 0;
QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();
}
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT); //将数据线恢复为输出状态
SDA = !ack;
SCL = 1;
QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();
SCL = 0;
SDA = 1;
return val; //返回读取的值
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：s_transstart
*
* 功能描述：启动SHT10，开始与SHT10通信
*
* 参 数：无
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void s_transstart(void)
{
IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT);
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT);
SDA = 1; SCL = 0;
QWait();QWait();
SCL = 1;QWait();QWait();
SDA = 0;QWait();QWait();
SCL = 0;QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();
SCL = 1;QWait();QWait();
SDA = 1;QWait();QWait();
SCL = 0;QWait();QWait();
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：s_connectionreset
*
* 功能描述：与SHT10通信复位
*
* 参 数：无
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void s_connectionreset(void)
{
IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT);
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT);
unsigned char i;
SDA = 1; SCL= 0;
for(i=0;i<9;i++)
{
SCL = 1;QWait();QWait();
SCL = 0;QWait();QWait();
}
s_transstart();
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：s_measure
*
* 功能描述：发送命令、读取SHT10温度或湿度数据
*
* 参 数：*p_checksum -- 校验和
* mode -- 读取数据类型（3为温度，5为湿度）
*
* 返 回 值：er -- 操作结果
**************************************************************************************************/
char s_measure( unsigned char *p_checksum, unsigned char mode)
{
unsigned er=0;
unsigned int i,j;
s_transstart(); //启动传输
switch(mode)
{
case 3 :er+=s_write_byte(3);break; //发送温度读取命令
case 5 :er+=s_write_byte(5);break; //发送湿度读取命令
default :break;
}
IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_IN); //将数据线设置为输入，以准备接收SHT10的ACK
for(i=0;i<65535;i++)
{
for(j=0;j<65535;j++)
{if(SDA == 0)
{break;}}
if(SDA == 0)
{break;}
}
if(SDA) //SDA没有拉低，错误信息加1
{er += 1;}
d1 = s_read_byte(ACK); //数据读取
d2 = s_read_byte(ACK);
d3 = s_read_byte(noACK);
return er;
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：th_read
*
* 功能描述：调用相应函数，读取温度和数据数据并校验和计算
*
* 参 数：*t -- 温度值
* *h -- 湿度值
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void th_read(int *t,int *h )
{
unsigned char error,checksum;
float humi,temp;
int tmp;
initIO();
s_connectionreset(); //启动传输
error=0;
error+=s_measure(&checksum,5); //读取湿度数据并校验
humi = d1*256+d2;
error+=s_measure(&checksum,3); //读取温度数据并校验
temp = d1*256+d2;
if(error!=0) s_connectionreset(); //读取失败，通信复位
else //读取成功，计算数据
{
temp = temp*0.01 - 44.0 ;
humi = (temp - 25) * (0.01 + 0.00008 * humi) -0.0000028 * humi * humi + 0.0405 * humi-4;//通过温度计算相对湿度
if(humi>100)
{humi = 100;}
if(humi<0.1)
{humi = 0.1;}
}
tmp=(int)(temp*10)%10;
if(tmp>4)
{
temp=temp+1;
}
else
{
temp=temp;
}
*t=(int)temp;
tmp=(int)(humi*10)%10;
if(humi>4)
{
humi=humi+1;
}
else
{
humi=humi;
}
*h=(int)humi;
}
/**************************************************************************************************
* 函数名称：main
*
* 功能描述：读取温度、湿度和光照强度数据，并同过LCD显示
*
* 参 数：无
*
* 返 回 值：无
**************************************************************************************************/
void main()
{
int tempera;
int humidity;
char s[16];
UINT8 adc0_value[2];
float num = 0;
SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); // 设置系统时钟源为32MHz晶体振荡器
GUI_Init(); // GUI初始化
GUI_SetColor(1,0); // 显示色为亮点，背景色为暗点
GUI_PutString5_7(25,6,"OURS-CC2530"); //显示 OURS-CC2530
GUI_PutString5_7(10,22,"Temp:");
GUI_PutString5_7(10,35,"Humi:");
GUI_PutString5_7(10,48,"Light:");
LCM_Refresh();
while(1)
{
th_read(&tempera,&humidity); //读取温度和湿度
sprintf(s, (char*)"%d%d C", ((INT16)((int)tempera / 10)), ((INT16)((int)tempera % 10))); //将温度结果转换为字符串
GUI_PutString5_7(48,22,(char *)s); //显示结果
LCM_Refresh();
sprintf(s, (char*)"%d%d %%", ((INT16)((int)humidity / 10)), ((INT16)((int)humidity % 10)));//将湿度结果转换为字符串
GUI_PutString5_7(48,35,(char *)s); //显示结果
LCM_Refresh();
/* AIN0通道采样 */
ADC_ENABLE_CHANNEL(ADC_AIN0); // 使能AIN0为ADC输入通道
/* 配置ADCCON3寄存器以便在ADCCON1.STSEL = 11(复位默认值)且ADCCON1.ST = 1时进行单一转换 */
/* 参考电压：AVDD_SOC引脚上的电压 */
/* 抽取率：512 */
/* ADC输入通道：AIN0 */
ADC_SINGLE_CONVERSION(ADC_REF_AVDD | ADC_14_BIT | ADC_AIN0);
ADC_SAMPLE_SINGLE(); // 启动一个单一转换
while(!ADC_SAMPLE_READY()); // 等待转换完成
ADC_ENABLE_CHANNEL(ADC_AIN0); // 禁止AIN0
adc0_value[0] = ADCL; // 读取ADC值
adc0_value[1] = ADCH; // 读取ADC值
adc0_value[0] = adc0_value[0]>>2;
num = (adc0_value[1]*256+adc0_value[0])*3.3/8192; //有一位符号位,取2^13;
num /= 4;
num=num*913; //转换为Lx
sprintf(s, (char*)"%d%d%d%d lx", ((INT16)((int)num/1000)), ((INT16)((int)num%1000/100)),((INT16)((int)num%100/10)),((INT16)((int)num%10))); //将光照结果转换为字符串
GUI_PutString5_7(48,48,(char *)s); //显示结果
LCM_Refresh();
}
}
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