原创对SHT1x的驱动实现(一)

 2010-9-7 13:32  2139 11 11 分类: 消费电子

<1> 介绍
当我们进行湿度测量时, 我们处于工作的习惯, 仍然期待选择一款数字式的传感器. 实际上, 因为我们供货商的推荐, 我们选用了 SENSIRION 的 SHT1x 温湿度数字传感器. 这是一只有着2只数据脚的 sensor. 一根 sck, 一根 data. 本文中, 我们记录下若干驱动过程中遇到一些有兴趣的要点, 或者可以与诸位同仁进行更深入的讨论.

<2> 参考文档
1. Datasheet: from webpage of sensirion

<3> 驱动流程
我们记录下我们的理解如下:
1. Send a command 是一个固有约定格式的过程.
2. 在一个下降沿中, 保持 low. 同时在下一个上升沿中保持 data 为 low. 表示发送开始.
3. 一个字节的 cmd byte.
4. 多送一个 0 bit, 表示确认发送结束.
5. release data, 等待 sensor 将 data 拉底, 通知测量结束.
6. 每次读取完毕一个 byte, 在新的 low 被拉低通知后, 应该主动进行一个 ACK 脉冲, 进行确认. 完毕确认后, 如果还有跟随需要 readout 的 byte, 则可以再次读取.
7. 被读取的温度数据或者湿度数据, 都会在此跟随一个 CRC byte. 读取了 CRC byte, 并完成 ACK, 那么整个测量的过程, 就算结束. 不过, SHT1x 也提供了我们一个小的技巧, 可以不去读 CRC(假设CRC 在我们的应用中没有使用). 这就是, 在读取完毕最后一个有效温度或者湿度数据后, 我们不进行 ACK. 也就是保持 release data. 那么 datasheet 告诉我们, SHT1x 将明白, 我们打算忽略 CRC byte. SHT1x 将结束这次(温度湿度数据)的发送过程, 并在此进行到 sleep (待机)状态.

<4> 实际操作中对 transstart 和 connection reset 的使用
尽管我们会习惯性感觉, 每次 measure 的过程, 是否只用做 transstart 就可以开始. 但是实际使用中, Allen 发现单纯依赖 transstart 总是似乎没有那么可靠. 最后的代码中, 我们在每次 measure 之前, 都使用了 connectionreset, 来保证每次通讯的可靠性.
那么在我们的调试中为什么会出这个 condition? 我们猜测: 存在这样的可能, 就是在调试的过程中, 我们常常并没有一个完成的 write + read 的 whole process. 这样就造成了 sensor 无法判断上一个 measure 的过程是否结束. 从而会导致 connection event 的连接失效. 但是既然存在着这样的 invalid 的可能性, 我们每次执行 connectionreset, 也应该是合理的?

<5> 完成温度转化的时间
Datasheet 说, 完成 14bit 的温度测量的时间, 要长过完成 12bit 的湿度测试量的时间. Datasheet 给出的标准的温度测量的时间是 320ms. 我们的调试结果是, 不到 300ms, 温度的转换过程即可实现.

<6> 代码的例子
首先我们要声明, 从 SENSIRION 的网站上, 下载 dirver sample code, 是必须的. 而我们这里提供的, 被我们调试过的代码, 由于我们在硬件上的保护电路的使用. 我们把单一的 data 拆成了 input 和 output 两路.
因此, 可能会给阅读我们的 code sample 带来不便. 同时, 我们还必须指出, 保护电路至少带给我们 4us 的延时. 而在一个典型的 sensor 电路中, 应该不会有这样 delay 的存在. 我们对这些不便之处表示歉意.

/*
* sht1x.c
*
* DESCRIPTION:
*      Measure Temparature and relative humidity.
*
* FUNCTION:
*      @ Use sht1x_measure() to answer uart measure command.
*      @ Use sht1x_do_convert() to do convert process.
*      @ After about 500ms, use TBD() to get vaule with timer.
*
* NOTE:
*      We use input/output trax unit to do out/in job, we think it will protect the mcu io.
*
* $Author: Allen Zhan; ; ;
* $Create Date: 2010/08/29 10:59 Beijin Timezone $
*
* Copyright 2010 Shenzhen GV Technology Co., Ltd. <>. All rights reserved.
*
*/

#include "..\inc\config.h"
#include "..\inc\utils.h"
#include "..\inc\sht1x.h"

//// predefine
#define noACK               0
#define ACK                 1
                                        //adr command r/w
#define STATUS_REG_W        0x06        //000   0011    0
#define STATUS_REG_R        0x07        //000   0011    1
#define MEASURE_TEMP        0x03        //000   0001    1
#define MEASURE_HUMI        0x05        //000   0010    1
#define RESET               0x1e        //000   1111    0

// writes a byte on the Sensibus and checks the acknowledge
U8 sht1x_write_byte(U8 value)
{
U8 error = 0;

        // send byte to sensor
        for(U32 i=0x80; i>0; i/=2) {
            if (i & value)
                IO0CLR = SENSIBUS_DATA_OUT_PIN;         // data=1
            else
                IO0SET = SENSIBUS_DATA_OUT_PIN;         // data=0
            IO0CLR = SENSIBUS_SCK_PIN;                  // sck=1
            delay_mcu(32);                              // pulswith approx. 8us in our system
            IO0SET = SENSIBUS_SCK_PIN;                  // sck=0
            delay_mcu(32);                              // 4us for our min trax module
        }

        // check ack from sensor
        IO0CLR = SENSIBUS_DATA_OUT_PIN;                 // data=1, release DATA-line
        IO0CLR = SENSIBUS_SCK_PIN;                      // sck=1, clk #9 for ack
        delay_mcu(32);                                  // 4us for our min trax module
        if( (IO0PIN&SENSIBUS_DATA_IN_PIN) == 0x00 )     // check ack (DATA will be pulled down by SHT11, data=1)
            error = 1;                                  // data=1, still high shows error
        else
            error = 0;                                  // data=0, sensor pull low data line as acknowledge
        IO0SET = SENSIBUS_SCK_PIN;                      // sck=0

        // do system delay waiting data line release and return to data=1
        delay_mcu(32);

        return error;                                   //error=1 in case of no acknowledge
}

// reads a byte form the Sensibus and gives an acknowledge in case of "ack=1"
U8 sht1x_read_byte(U8 ack)
{
        U8 val = 0;

        // read byte from sensor
        IO0CLR = SENSIBUS_DATA_OUT_PIN;                 // data=1, release DATA-line
        delay_mcu(32);                                  // 4us
        for(U32 i=0x80; i>0; i/=2) {
            IO0CLR = SENSIBUS_SCK_PIN;                  // sck=1
            delay_mcu(32);                              // 4us
            if( (IO0PIN&SENSIBUS_DATA_IN_PIN) == 0x00 ) // if data==1
                val=(val | i);                          //read bit
            IO0SET = SENSIBUS_SCK_PIN;                  // sck=0
            delay_mcu(32);                              // 4us
        }

        // in case of "ack==1" pull down DATA-Line
        if(ack)
            IO0SET = SENSIBUS_DATA_OUT_PIN;             // data=0
        else
            IO0CLR = SENSIBUS_DATA_OUT_PIN;             // data=1
        delay_mcu(32);                                  // 4us
        IO0CLR = SENSIBUS_SCK_PIN;                      // sck=1, clk #9 for ack
        delay_mcu(32);                                  // 4us
        IO0SET = SENSIBUS_SCK_PIN;                      // sck=0
        IO0CLR = SENSIBUS_DATA_OUT_PIN;                 // data=1, release DATA-line
        delay_mcu(32);                                  // 4us