四、课程设计题目及分组及设计要求
1. 基于SHT10温湿度测量显示电路设计（学号：1，11，21）
设计目的：（1）学习I/O口模拟串口IIC接口方法；（2）学习延时子程序的编写；
（3）学习多位数码管扩展方法
设计要求：在单片机最小系统的基础上扩展一片SHT10集成传感器，测量环境的
温度湿度并通过6位LED数码管动态显示测量值。
思考问题：改变延时常数如何使LED数码管无闪烁，如何防止PCB板上发热器件对测量结果造成的影响，市场上还有SHT11型的器件，试对这两种器件进行比较。
第一周：
周一 教师讲解设计内容、布置设计题目、讲解设计思路和说明书格式。 周二 学习单片机综合应用系统板的硬件工作原理
，硬件电路设计，确定外部芯片的地址。
周三 对自己课题分析并进行方案论证，
周四~周五进行总体设计。画总体原理图 分别设计各主要子程序，再逐步加入总程序中。 第二周：
周一 进行软件总体设计，画程序总框图
周二 编制部分模块程序并进行调试 周三 编写说明书
周四 整理设计说明书
周五 答辩，上午1，2节B电建091， 3，4节B电建092 下午1，2节BD电建091 六、成绩评定
平时设计表现 20% 考勤 10% 答辩 20% 设计说明书(图) 50%
七、参考文献
[1]李忠国.单片机应用技能实训[M] .北京：人民邮电出版社，2006.
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[2]先锋工作室.单片机程序设计实例[M] .北京：清华大学出版社，2003. [3] 张毅刚.单片机原理及接口技术[M] .哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990. [4] 何立民.单片机应用技术大全[M] .北京：北京航空航天大学出版社， 1994. [5] 楼然苗.单片机课程设计指导[M] .北京：北京航空航天大学出版社，2007. [6]丁元杰. 单片微机原理及应用（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2006 . 。。。。。。
八、设计说明书参考目录
注：格式参考单片机课程设计说明书格式 1课题要求与内容 2 系统方案设计 3 系统硬件的设计 4 系统软件设计
5 实物制作部分（做实物才有该部分） 1） 系统硬件原理和说明
2 ）系统硬件调试中出现的问题及解决措施 3 ）系统软件调试中出现的问题及解决措施 6 结束语
简述课程设计的收获、体会以及对本教学环节的意见和建议
1引 言
随着社会的不断发展前进，人们进入了数字化信息时代，对生活质量的要求越来越高。汽车、空调、除湿器、烘干机等都已家喻户晓，它们都离不开对温度、湿度等环境因素的要求。
瑞士Sensirion公司推出了SHTxx单片数字温湿度集成传感器。采用CMOS过程微加工专利技术(CMOSens technology)，确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，并与1个14位A/D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。
1 SHT10的特点
SHT10的主要特点如下：
◆相对湿度和温度的测量兼有露点输出; ◆全部校准，数字输出; ◆接口简单(2-wire),响应速度快; ◆超低功耗，自动休眠; ◆出色的长期稳定性; ◆超小体积(表面贴装);
◆测湿精度±45%RH，测温精度±0.5℃(25℃)。 2 引脚说明及接口电路 (1)典型应用电路
SHT10典型应用电路如图1所示。
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(2)电源引脚(VDD、GND)
SHT10的供电电压为2.4V～5.5V。传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚(VDD和GND)之间可增加1个100nF的电容器，用于去耦滤波。
(3)串行接口
SHT10的两线串行接口(bidirectional 2-wire)在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。
①串行时钟输入(SCK)。SCK引脚是MCU与SHTIO之问通信的同步时钟，由于接口包含了全静态逻辑，因此没有最小时钟频率。
②串行数据(DATA)。DATA引脚是1个三态门，用于MCU与SHT10之间的数据传输。DATA的状态在串行时钟SCK的下降沿之后发生改变，在SCK的上升沿有效。在数据传输期间，当SCK为高电平时，DATA数据线上必须保持稳定状态。
为避免数据发生冲突，MCU应该驱动DATA使其处于低电平状态，而外部接1个上拉电阻将信号拉至高电平。
3 命令与时序 (1)SHT10命令 SHT10命令如表1所列
(2)命令时序
发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化，如图2所示。其时序为：当SCK为高电平时DT
3
翻转保持低电平，紧接着SCK产生1个发脉冲，随后在SCK为高电平时DATA翻转保持高电平。
紧接着的命令包括3个地址位(仅支持“000”)和5个命令位。SHT10指示正确接收命令的时序为：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(此时为高电平)。
(3)测量时序(RH和T)
“000 00101”为相对湿度(RH)量，“000 00101”为温度(θ)测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束，这个过程大约需要20/80/320ms对应其8/12/14位的测量。测量时间随内部晶振的速度而变化，最多能够缩短30%。SHT10下拉DATA至低电平而使其进入空闲模式。重新启动SCK时钟读出数据之前，控制器必须等待这个“数据准备好”信号。
接下来传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC校验。MCU必须通过拉低DATA来确认每个字节。所有的数据都从MSB开始，至LSB有效。例如对于12位数据，第5个SCK时钟时的数值作为MSB位;而对于8位数据，第1个字节(高8位)数据无意义。
确认CRC数据位之后，通信结束。如果不使用CRC-8校验，控制器可以在测量数据LSB位之后，通过保持ACK位为高电平来结束本次通信。
测量和通信结束后，SHT10自动进入休眠状态模式。 (4)复位时序
如果与SHT10的通信发生中断，可以通过随后的信号序列来复位串口，如图3所示。保持DATA为高电平，触发SCK时钟9次或更多，接着在执行下次命令之前必须发送一组“传输启动”序列。这些序列仅仅复位串口，状态寄存器的内容仍然保留。
(5)状态寄存器读写时序
SHT10通过状态寄存器实现初始状态设定。 读状态寄存器时序如图4所示。
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写状态寄存器时序如图5所示。
4 几点说明
①CRC-8校验。整个数据的传输过程都由8位校验保证，确保任何错误的数据都能够被检测到并删除[1] 。
②为保持自身发热温升小于0.1℃，SHTxx的激活时间不超过10%。如12位精度测量，每秒最多测量2次。
③转换为物理量输出相对湿度输出转换公式为：
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其中，RHlinear为25℃时相对湿度的线性值，SORH为传感 器输出的相对湿度的数值,c1，c2,c3为系数，如表3所列。 当测量温度与25℃相差较大时，则需要考虑传感器的温度系数：
其中，RHtrue为温度不等于25℃时相对湿度的实际值，θc为当前温度，t1、t2是系数，如表4所列。
温度输出转换公式为：
其中，θ为实际温度，SOθ为传感器输出的温度数值，θ1,θ2为系数，如表5、表6所列。
由于湿度与温度经由同一块芯片测量而得，因此SHT10可以同时实现高质量的露点测量。具体算法可参阅参考文献[2] ，这里不再详述。
5 SHT10与ATmegal的应用实例
这里以SHT10与Atmel公司低功耗8位RISC指令集的ATmega8L(内部8MHz振荡频率)MCU的接口电路为例，给出实际应用电路及控制程序实例。
本例采用ATmega8L微控制器控制SHT10，读取温湿度数据，并将结果显示在LCD1602(采用4位模式)上，如图6所示。
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