基于STM32的温湿度数据采集系统

目录

目录I

摘要II

Abstract II

第一章绪论4

1.1温湿度传感器的背景及意义4

1.2温湿度传感器国内发展现状4

1.3温湿度传感器的发展趋势4

第二章温湿度原理及相关技术6 2.1温湿度传感器6

2.1.1温度传感器6

2.1.2 湿度传感器6

2.1.3 温湿度传感器物理参数及定义7 2.2温湿度传感器的选型7

2.3 SHT21简述8

2.3.1 SHT21介绍8

2.3.2 SHT21通信原理9

第三章系统硬件设计11

3.1 系统硬件设计主要框架11

3.2 STM32芯片的功能描述12

3.2.1接口13

3.2.2 STM32芯片接线图15

3.3 SHT21温湿度传感器15

3.4 LCD160显示屏16

3.4.1 参数及引脚定义16

3.4.2 LCD1602接线图19

3.5. 系统复位20

3.5.1系统复位功能作用20

3.5.2 系统复位工作原理20

3.6 电源模块21

第四章系统软件设计21

4.1软件平台简述21

4.2系统软件程序流程框图23

4.3 主程序模块24

4.3.1 主函数24

4.3.2 显示函数25

4.3.3 计算函数25

4.4 SHT21传感器25

4.4.1 I2C协议函数26

4.4.2 延迟函数28

4.5 LCD1602显示屏28

4.5.1 写指令函数29

4.5.2 写数据函数30

4.5.3 温湿度值得显示函数30

4.5.4 延迟函数31

第五章系统仿真31

5.1 仿真软件介绍31

5.2 电路仿真32

第六章总结与展望34

致谢34

参考文献35

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摘要

随着当代社会的快速的发展，人们把越来越多的科学技术应用于各个领域。温湿度的采集是作为自动化科学中一个必须掌握的检测技术，也是一项比较实用的技术。在温室大棚中确保农业高效生产的重要便是对温湿度、二氧化碳浓度等外部参数的实时与及时准确而精确的监测和协调与调节，同时在文物保护方面，文物对于温湿度非常敏感的，及时检测和对温湿度的变化做出正确的反应，也长久保护文物的一种必要手段。

数据采集是获取信号对象信息的过程。本次设计设计中实现了一个基于STM32F103的SHT21温湿度检测系统设计。通过选择了STM32F103微控制器作为主控芯片和SHT21温湿度传感器来实现对温湿度数据进行采集；在lcd显示屏上显示出温度和湿度，目的是实现温湿度的采集和显示同时本次设计目的是提供方法进行可行性研究。这样的设计不仅能实时准确地测量出我们需要的温度和湿度数据，而且还可以快速反应和显示周围环境的变化。

关键词：STM32F103，sht21温湿度采集，程序设计

Abstract

With the rapid development of modern society, more and more science and technology are applied in various fields. The collection of temperature and humidity is a technology that must be mastered in the automation science, and it is also a practical technology. In the greenhouse to ensure efficient agricultural production in the important is the external parameters of temperature, humidity and carbon dioxide concentration real-time and timely and accurate monitoring and coordination and regulation, and in the

protection of cultural relics, artifacts are very sensitive to temperature and humidity, the timely detection and the temperature and humidity changes to make the correct response, long-term protection of cultural relics of a necessary tool.

Data acquisition is the process of acquiring the information of the signal object. The design of a SHT21 temperature and humidity detection system based on STM32F103 is implemented in this design. Through the choice of STM32F103 microcontroller as the main control chip and SHT21 temperature and humidity sensors to achieve for temperature and humidity data acquisition; in the LCD screen display of temperature and humidity to achieve temperature and humidity acquisition and display at the same time the design objective is to provide a method to conduct a feasibility study. This design not only can accurately measure the temperature and humidity data in real time, but also can quickly respond to the adverse changes in the surrounding environment.

Keywords: STM32F103, SHT21 temperature and humidity acquisition, program design

第一章绪论

1.1温湿度传感器的背景及意义

我们依靠感觉器和借助感觉器官等为了从外界获得更多和更新的信息，可是仅仅如此是远远不够的。这样就需要工具即传感器为了了解此种状况，因此传感器被我们当做人体内的附加感觉器官，各种的环境各种的传感器。

经研究调查，我们的体感并不是受仅仅受无温度和湿度的影响，温度和湿度有着密不可分与不可分离的联系，结果就会受到两者相连系的影响，固在一定的温度条件下，空气中就会保持相应的稳定的湿度和温度，研发出的温湿度传感器的作用就是为了清楚的知道我们周边的温湿度。

在食品与食物方面，非常致命对于温湿度对储存食品来讲就是至关重要的，人们能够运用和使用温湿度传感器，获取温湿度的数值，其变化就会促使人们了解什么温度下，食物变质而不能食用。温湿度传感器就应该算是与我们日常生活紧密接轨和紧密联系的存在了吧，免去不必要的麻烦，及时发现问题，解决问题。而今很多地方都种植温室养殖蔬菜水果其生长对温湿度的要求是非常严厉和严格的，直观观察温湿度传感器的变化，就可以观察和了解植物产生与生长，防止发生严重的事情即可能会导致植物死亡，同时控制温室大棚里面的温湿度，就会确保植物在安全的环境下生长。在监控文物方面，，文物博物馆也需要用到温湿度传感器来测量温湿度数据，通过温湿度的变化来确定温湿度的量对文物的影响。但是要用到温湿度传感器时，就必须对其进行全天候监控，因为文物对于温湿度的需求是极其苛刻的，因此必须无时无刻都要把数据传送给监控中心。

温湿度传感器体型小就会容易放置和少占空间，同时必须灵敏度高、测量值准确才能根据其变化采取必要措施，才能更好的发挥其作用。

1.2温湿度传感器国内发展现状

信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）就是当代信息技术的三大基础。现代科技发展中传感器作为属于信息技术的前沿尖端产物，以致人们特别把温度传感器普遍用于工农业生产、科学研究和生活等领域范畴，同时，在各类传感器中数量高居首榜。近一个世纪以来，传统的分立式温度传感器（含敏感元件）;模拟集成温度传感器（控制器）;智能温度传感器就是温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段。当前，国际上新型温度传感器朝模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的水平方向发展。

总体来看，国内技术能力低、生产能力差、生产规模小，全跟不上和比不上国际水平，国内仅存温度传感器生产厂家都还位于低水平竞争的形势下。因为价格战的广泛，导致生产了低下和下降质量的产品。同时也导致许多生产厂家要面对激烈的市场竞争。如果国内生产商想要提升综合竞争力水平，就需要通过各种方式降低生产成本，减少固定输出，加强科学生产力，科技创新。由此可知，在未来激烈竞争中处于有利地位的重要因素就是国内企业产品质量的提高、技术创新以及成本降低的三方面的优化。目前，中国的温湿度传感器缺乏具体使用和发展解决产品性能和功能背后的技术产品更新周期缓慢的方案。产品质量必须要靠科技创新来提高，才能解决问题之道。

1.3温湿度传感器的发展趋势

当前，全世界新的温度传感器朝模拟到数字到智能化、网络化方向的发展。在具有高精度、多功能、标准总线、高可靠性、高安全性的传感器，智能温度传感器、虚拟传感器和传感器网络作为二十一个世纪的高精度传感器的发展方向。随着科学技术的不断发展和开拓，科学技术不断地提高测量和自动化技术的自身的硬性需求，因此发展和创新越来越多的类型的温度传感器种类，目前，中国的温湿度传感器缺乏具体使用和发展解决产品性能和功能背后的技术产品更新周期缓慢的方案。产品质量必须要靠科技创新来提高，才能解决问题之道。二十一个世纪的高速发展，高精度智能温度传感器必须具有移动、多功能、标准化的总线，高

可靠性和高安全性的优点，同时开开拓虚拟传感器和传感器网络，开发的单片机温度测量系统和其他高技术方向[1]。

第二章温湿度原理及相关技术

2.1温湿度传感器

温湿度是一个自然界中的一切过程无不与温湿度密切相关联的基本的物理量。因为温度和湿度，无论是从物理方面来说还是在现实生活中都是与人们的生产生活密切相关的，以至两者合为一体的温湿度传感器对应产生；温度和湿度传感器意味着能够将温度和湿度，转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。

2.1.1温度传感器

相对于温湿度而言，温度传感器是首先发展的，它是使用最普遍的传感器工具。温度传感器用于检测设备的温度，数量最多，最广泛使用和增长最快的。正如我们所了解的，大部分的日常使用电子元件和材料的特性，都随温度变化而改变。温度传感器主要有四种主要类型：热电偶温度传感器、热敏电阻温度传感器、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包含模拟输出和数字输出这两种类型[3]。

1.热电偶工作原理

热电偶的定义就是两种不同导体或半导体的组合。接触电势和温差电势合成的就是热电偶的热电势EAB(T，T0)。两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势被称为接触电势，这种潜在半导体或半导体的接触点的性能与温度有关。

当两端连接到彼此的两种不同的导体和半导体A和B形成一个回路时，只要温度在两端的两端的温度形成差异，称为热端或者工作端，又称为自由端，当回路有电流时目前在电路中的电动称为热电动势。这种现象是由于在电动势温度差称为塞贝克效应。

2.红外温度传感器工作原理

制作红外温度传感器所利用的原理就是在自然界中,只要物体内部有势能时，那么就存在内部热运动，就会向周围连续不断辐射电磁波，它包括了位于0.75～100μm 波段的红外线[4]。SMTIR9901/02是基于硅热电堆红外传感器，在当今商业领域，它是一个相对普遍应用的红外线传感器。其原理测量原理就是：大量的热电偶积累在底层的硅，高温和低温通过接触隔离层的的热薄膜隔离能量，热结上方的黑色吸收层的入射辐射转化为热能的热电效应表明输出电压的辐射成正比，一般热电堆把BiSb和NiCr作为热电偶。

3. 温度传感器工作原理--模拟温度传感器

AD590是一款3 ~ 30V的电源额定电压范围，输出电流为223μA~ 423μA，灵敏度1μA/℃的电流输出温度传感器。只要在电路中串联取样电阻R，输出电压就可以当作R两头电压。R不能有太多的阻力，用来确保在AD590的电压要高于或等于3V。AD590输出电流信号具有超过1km的传输距离能。R作为一个最高达20MΩ高阻抗电流源，固无须考虑选择开关转换或CMOS多路转换器引起的附加电阻，对温湿度传感器的影响而导致的误差。此模拟温度传感器适用控制多处温度测量和远程温度测量。

4. 温度传感器工作原理--数字式温度传感器

它采纳硅技术，制造而成的数字温度传感器。通过调节比较器的工作周期为一个数字信号输出与温度成正比，占空比和温度之间的关系如下公式：DC=0.32+0.0047*t，T摄氏度。它的输出数字信号与MCU相兼容，通过高频采样可以计算出输出方波信号占空比，便能得到温度。温度传感器凭借其特殊的技术，分辨率优于0.005k。测量温度范围-45~130℃，它被普遍应用于高精度的坏境和场合。

2.1.2 湿度传感器

湿度传感器能将感测气体中水汽含量的值转换成传感器输出信号流，以直观显示，便于观察。其偏是两者之中最简单的，它主要有电阻式、电容式两大类。

测量湿度利用的特性就是湿度电阻在基板表层的一层表征膜覆盖湿敏材料，当水把水蒸气吸附于湿度敏感薄膜上时，其电阻率和电阻值元素发生变化，利用其中的变化就可得湿度。

湿度一般用由高分子材料制作而成电容器的电容膜。高分子材料常用就有聚苯乙烯、聚酰亚胺、丁酸酯纤维。当介质的电容随着周围环境湿度量发生改变时改变，同时电容大小发生了改变，此中电容与相对湿度的变化形成正比。

电子湿度传感器精度可达2-3 %相对湿度，这是高于干湿球测量精度。

环境湿度的检测中，线性差耐湿度传感器，在测试环境湿度传感器长期与空气接触，非常容易被污染，直接导致测量精确性和长久稳定性。那么就必须寻找更好的方法测量湿度计的方法了。

2.1.3 温湿度传感器物理参数及定义

温度：度量物体冷热的物理量，是国际单位制中7 个基本物理量之一；在生产和科学研究中，许多物理现象和化学过程都是在一定的温度下进行和发生的，人们的生活也和温度有着密不可分的联系；

湿度：湿度很久以前便与生活存在着密不可分的关系,但用数量来对其表示较为艰难；

日常生活中最常用的表示湿度的物理量就是空气的相对湿度；用%RH 表示；在物理量的推导上相对湿度与温度有着密不可分的联系；一定体积的密闭气体，其温度越高相对湿度越低，温度越低，其相对湿度越高，两者成反比；其中涉及到复杂的热力工程学知识；

同时还有有关湿度的一些定义：

相对湿度：在计量法中规定，湿度被定义为“物象状态的量”；日常生活中所指的湿度就是相对湿度，用RH% 表示。总之，即气体中（通常为空气中）所含水蒸气量（水蒸气压）与其空气相同情况下饱和水蒸气量（饱和水蒸汽压）的百分比；

绝对湿度：指单位容积的空气里实际所含的水汽量，一般以克为单位；温度对绝对湿度有着直接的影响，通常情况下，温度越高，水越容易蒸发，水蒸气得越多，绝对湿度就越大；相反，绝对湿度就小；

饱和湿度：在一定温度下，单位容积，空气中所能容纳的水汽量的最大限度。如果超过这个限度，多余的水蒸气就会凝结，变成水滴，此时的空气湿度变称为饱和湿度；空气的饱和湿度不是固定不变的，它随着温度的变化而变化；温度越高，单位容积空气中能容纳的水蒸气就越多，饱和湿度就越大，两者成正比；

露点：指含有一定量水蒸气（绝对湿度）的空气，当温度下降到一定程度时所含的水蒸气就会达到饱和状态（饱和湿度）并开始液化成水，这种现象叫做凝露；水蒸气开始液化成水时的温度叫做“露点温度”，简称“露点”。若温度继续下降到露点以下，空气中超饱和的水蒸气就会在物体表面上凝结成水滴。此外，风与空气中的温湿度有密切关系，也是影响空气温湿度变化的重要因素之一[5]。

2.2温湿度传感器的选型

本次系统设计将SHT21温湿度传感器作为本次设计选择的温湿度传感器。

新一代Sensirion 温湿度传感器在尺寸与智能方面创立了新的标准：它把适于回流焊的双列扁平无引脚DFN 封装嵌入其中，底面3 x 3mm ，高度1.1mm。传感器标准的I2C格式，数字信号被输出经过标定。

SHT21配有经过改进的电容式湿度传感元件和标准的能隙温度传感元件各一个的全新设计的CMOSens?芯片，其质量有着已经大大提高以致超出了前一代传感器（SHT1x和SHT7x）的可靠性程度。例如，新一代湿度传感器，已经经过改进的性能被使其在高湿环境下的更稳定和更优越。每一个传感器都被经过校准和测试。印有产品批号的产品表面，同时以在芯片内保存的电子识别码可以被通过输入命令读出。其中，输入命令把SHT21 的分辨率进行改变（8/12bit 乃至12/14bit 的RH/T），通过传感器可以把电池低电量的状态检测出来，而且可以把输出校验和，然后经查证，通讯的可靠性被有助于提升。因为对传感器做了改良和微型化改进和改良，所以它的性价比更高，更优越，更实用，并且至终全数设备都将会被得益

于尖端的节能运行模式。

SHT21 配有4C 代CMOSens?芯片。除了包括一个放大器、A/D 转换器、OTP 内存和数字处理单元，此芯片电容式相对湿度传感器和能隙温度传感器同时都配有。

固选择SHT21温湿度传感器[5]。

2.2 SHT21图

2.3 SHT21简述

2.3.1 SHT21介绍

SHT21该传感器可以检测环境的温度和湿度。测量，湿度精度+ 2％RH（20％?80％RH的控

温精度度+ 0.3（25度至42摄氏度）。传感器校准，无论是提供一世二C数字接口，还可以提供PWM模拟输出模式。因为数字通信可以大降低功率消耗，例如在正常工作状态下功率消耗可以是3 W下测量间隔的延长的情况下，功耗可进一步降低，因此在实际使用SHT21处理在中间，都是协调电路数字信号转换。除此之外外，SHT21分辨率，也可以通过指令进行8/12位达到12 / 14bit的之间的范围内的变化，容易检测的电功率的状态下，在同一当输出被选中时，它有利于提高通信的可靠性。

接口介绍：

2.3.1 SHT21接口图

2.3.2 SHT21结构图

NC与VSS内部已连接，必须保持悬空状态。

每个接口定义如下：

VSS: VSS=GND，接地端；

VDD:接电源；电源（VDD）和接地（VSS）之间须连接一个100nF的去耦电容

SDA: SDA=DATA,用于传感器数据的输出与输入;当传感器发送命令时，当SCL为高电平时，SDA 必须持续稳定，而当串行时钟（SCL）的上升时，SDA就有效。当SDA值在SCL下降沿之后可能回发生变化。

SCL: SCL用来选择输出湿度信号或者温度信号。SCL高电平输出湿度信号,SCL低电平输出温度信号。

2.3.2 SHT21通信原理

SHT21遵循I2C协议来通信的。I2C协议是单片机与其它芯片常用的通讯协议。I2C协议具有两条两条双向串行线，数据线SDA，时钟线SCL。SDA传输数据是传输，每次传输都是一字节8bit，。支持多主控(multimastering)，任何时间点只能有一个主控制。总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit，广播地址全0。串行数据线SDA和串行时钟线SCL构成的，可发送和接收数据。所有具有I2C总线接口的挂接在I2C总线上的器件和接口电路都应与的SDA/SCL同名端相连。总线上全数元器件要依靠SDA发送的地址信号寻址，不必需要另外选线和接线[6]。

因此多主机总线具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的高性能。

图2.3.2.1 典型的I2C总线系统结构

温湿度传感器工作时分为以下几个步骤：

1.MCU与传感器的通讯

第一步,将传感器上电至VDD(2.1V-3.6V)。通电后，最多等待须要150ms的时间传感器就会进入静止状态。这段时间内，SDA是未定义状态，之后传感器开始测量并输出PWM比特流。PWM即脉宽调制信号以恒定频率运行，通过基于这个频率的占空比获得测量结果，见图2.4.2.1。SCL拉高时测量的数据值为湿度，SCL拉低时测量的数据值为温度。

2.3 .2.2 PWM信号图

对其发送一组“启动传输”命令序列，来完成初始化数据传输。它包含几个命令时序: 初始时SCL 时钟为电平，紧接着SDA就会跳变为低电平，然后立马SCL跳变为低电平，随后接连传输命令，在SCL时钟高电平时SDA跳转为高电平。后续命令序列包括 3 个地址位地址和五5个命令位命令。

SHT21温湿度传感器表示已正确地接收到指令时，会用下述方式来表示: 在第八个SCL 时钟的下降沿之后，SDA被下拉变为低电平( ACK 位) 。在第9 个SCL时钟的下降之后，释放SDA(恢复高电平) 。

2.启动传感器

第一步，将传感器上电，电压为所选择的VDD电源电压（范围介于2.1 V与3.6 V之间）。通电之后，最多需要15毫秒时间传感器（此时SCL为高电平）就会到达空闲状态，就是准备好接收由主机（MCU）发送的命令。启动时的最大电流消耗为350μA。

3.启动/停止时序

每个传输序列都以Start 状态作为开始并以Stop 状态作为结束。如图图 2.3.2.3 和图2.3.2 .4所示：

图2.3.2.3

传输状态（S）-当SCL为高电平时，SDA由高电平跳转为低电平；总线状态就是由主机控制的一种特殊的的状态，它就是开始状态，指示从机传输开始（Start 之后，BUS总线通常考虑为处于占线状态）；

图2.3.2.4

停止传输状态（P）-当SCL高电平时，SDA线上从低电平跳转为高电平；总线状态是由主机总线状态控制的一种特殊的状态，它就是停止状态，指示从机传输结束（Stop之后，BUS 总线通常考虑为处于闲置状态）。【1】

1刘铮;陈拓; 高精度温湿度传感器SHT2x的应用[J] - 《单片机与嵌入式系统应用》- 2013-01-01

4.发送命令

当启动传输之后，紧接着传输包含7位的I2C设备地址（B-范例地址‘1000’000’）的I2C 首字节和一个SDA方向位（读R：‘1’，写W：‘0’）。当第八个SCL时钟下降沿之后，就能把SDA引脚拉至ACK位，传感器被指示正常接收数据。在发出测量命令之后（‘1110’0011’表示温度测量，‘1110’0101’表示相对湿度测量），MCU一定要等待测量完成。基本的命令在表6中进行概述。主机模式或非主机模式就是两种不同的模式。

图2.3.2.5 命令图表

5.温湿度测量

公开和发送一组测量命令（'00000101'表示相对湿度RH，'00000011'指示的温度T）的，控制器一定得等待测量结束。分别需要约20/80毫秒才能完成这个过程，完成这个过程的世界就分别对应于8/12的测量。与内部振荡器变速的确切时间，可能有高达30％。根据SDA下拉到低电平，而且进入空闲模式，这意味着SHT21温湿度传感器测量结束。控制器必须等待“数据准备好”信号SCL时钟被再次触发之前读取数据。温湿度传感器把测试数据存储值存储器，控制器既可以继续进行读数据，又能执行其他任务。然后将数据传送到2字节和1字节的CRC奇偶校验（可选的读）的。MCU需要较低，拉低SDA确认每个字节。所有从MSB 的数据，右值有效（例如：用于从五个SCK时钟起MSB的12位数据;以及为8位数据，第一个字节无意启动之意）。收到CRC的确认后，表示该通信结束。若不使用所述CRC，控制器可使用的测量值被测量后，用来保持该ACK高电平终止。测量和通讯完成后，SHT21自动转为睡眠模式。

第三章系统硬件设计

3.1 系统硬件设计主要框架

本系统设计的主要框架如下图所示。当整个系统开始工作时，先由SHT21温湿度传感器本身检测数据，然后采集数据，再由SDA数据线传输采集的数据。当把数据传输到STM32芯片上后，STM32芯片开始对数据进行处理，将数据计算转换为温湿度的值。最终，STM3芯片处理完数据后，再把数据发送到LCD1602显示屏上，通过转换，使数据显示在液晶屏上。就可以通过器件将人们能感觉到温湿度，却不能标示出温湿度的值就能在液晶显示屏上显示出来，人们经它就可直观清楚的了解温湿度的值。

另外，还有复位电路和电源模块。当系统出现无法正常工作如程序跑飞、奔溃时，按下复位键时，系统就可以再次恢复工作。电源模块稳定供压，系统持续在稳定的标准电压范围是非常有必要的。

系统电路原理图如图：

图3.1.2 系统电路原理图

3.2 STM32芯片的功能描述

ARM公司的高性能"Cortex-M3"内核：1.25DMips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz；一流的外设：只需1μs就迅速反应的双12位模数转换器，4Mbps的通用异步收发报机，18Mbps的单个程序启动，18兆赫兹的输入/输出翻转速度；

低功耗：在72兆赫兹时耗损36μA(所有外设都处于工作状态)，待机时下降最低低至2μA；最大的集成度：检测低电压的状态、复位系统电路、精确而实时的RC振荡器、调压器等等。【2】

简单的结构和易用的工具：基于高性能，低成本，低功耗MCU嵌入式应用的Cortex M3内核的ARM具体的要求设计STM32系列。

STM32F103"增强型"系列时钟频率为36MHz增时钟频率达到72MHz，相比较下增强型是同类产品中性能最高的产品，32位产品用户的最佳选择就是以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能和价值。基本型系列和强型系列都内置32K至128K的闪存，其中的差

2张正奎.变压器运行参数监测系统设计【J】.基于单片机的硬件设计[J].2013-06-28

异便是SRAM的外设接口的组合和最大容量。时钟频率72兆赫兹时，，功耗最低的产品是32位市场上相等于0.5mA/MHz的从闪存执行代码和功耗36微安STM32。

3.2.1接口

图3.2.1.1图芯片引脚图

图3.2.2.2 内部结构图

VDD为电源接口，VDD=2.0～3.6V：VDD引脚为I/O引脚和内部调压器供电。

VSS接地。

RTC实时时钟:P13

,PC14，PC15由外接于OSC32_OUT、OSC32_IN两个引脚上的晶振产生；也可由OSC32_IN引脚接入外部时钟信号。这两种方式提供的时钟频率都必须是32.768KHz。

PC13，PC14和PC15引脚通过电源开关进行供电，而这个电源开关只能够吸收有限的电流(3mA)。因此这三个引脚作为输出引脚时有以下限制：在同一时间只有一个引脚能作为输出，作为输出脚时只能工作在2MHz模式下，最大驱动负载为30pF，并且不能作为电流源(如驱动LED)。

待机唤醒：PA0；

通用定时器：PB3，PB4，PB5,PB10,PB11; 通过定时器链接功能与高级控制定时器共同工作，提供同步或事件链接功能。在调试模式下，计数器可以被冻结。任一标准定时器都能用于产生PWM输出。

通用同步/异步收发器(USART)：PA8，PA11，PA12，SART1接口通信速率可达4.5兆位/秒，其他接口的通信速率可达2.25兆位/秒。

串行外设接口(SPI):PB12,PB13,PB14,PB15; SPI接口，在从或主模式下，全双工和半双工的通

信速率可达18兆位/秒。

控制器区域网络(CAN):PB8，PB9; 可以接收和发送11位标识符的标准帧，也可以接收和发送29位标识符的扩展帧。

I2C总线:PB8，PB9，PB10,PB11; I2C接口支持7位或10位寻址，7位从模式时支持双从地址寻址。

通用串行总线(USB):PA11，PA12，PB6，PB7, 嵌一个兼容全速USB的设备控制器，遵循全速USB设备(12兆位/秒)标准，端点可由软件配置，具有待机/唤醒功能。

通用输入输出接口(GPIO):PA,PB,PB,PC. GPIO引脚都与数字或模拟的复用外设共用。

ADC(模拟/数字转换器)：PA，PB。

3.2.2 STM32芯片接线图

VDD接电源，VSS接地。其他一些接口与其他元器件相联，这里要注意的是这个芯片连接了两个晶振电路。晶振电路就是具有为系统提供基本的时钟信号的作用。联合单片机内部的电路元件，单片机所必须的时钟频率就会产生，在这个基础上，才能建立单片机的一切指令的执行结果，晶振的提供越高的时钟频率，那单片机也就有越快的运行速度。

图3.2.2 系统接线图

3.3 SHT21温湿度传感器

在这个系统中，SHT21起到非常关键的作用，即测量温湿度。

温度和湿度的信号由传感器SHT21收集并使得检测电路，测量温度程度仍然湿度通过拉高或低SHT21 SCL进行跳转，当在SCL= 1，则输出数据线SDA是温度信号，当SCL =0时，输出数据线SDA是湿度信号和周期性测量传感器的测量数据。此外，SHT21还提供了SDM接口或I 2 C数字接口，并且对SDM信号可以由SDA线被转换为模拟信号输出，数据输出。SHT21全方位校准，两线的数字接口，可直接与微控制器连接的，外部电路是非常简单的，如图3.7.

图3.3 SHT21接线图

NC引脚内部与VSS相连，固可以悬空；

VSS接地；

VDD接3.3V电源。其中重要的一点就是：VDD与VSS必须有一个连接100nF的去耦电容。因此在电源连接一个100Nf去耦电容。

同时为避免信号冲突，微处理器（MCU）一定只能驱动SDA和SCL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。SCL和SDA与电源都要接上10K欧的电阻。SCL接在芯片引脚PB6上，SDA接在PB7上，传送和接受数据。

3.4 LCD160显示屏

工业字符型液晶，同时可以够显示16x02即32个字符。

图3.4 LCD1602

1602字符液晶显示，它是一个液晶模块，构成字母、数字、符号和一个点用于显示。1602LCD是的16X2的内容，可显示两行，每行16字符的LCD模块（显示字符和数字）的显示。1602LCD 有两种类型，分别是带背光和不带背光这两种类型，控制器绝大多数都是基于HD44780，未带背光的比带背光的薄，在实际应用中对于是否带背光，对工作系统并无差别。

3.4.1 参数及引脚定义

1602LCD 主要技术参数：

显示容量:16×2 个字符

芯片工作电压:4.5—5.5V

工作电流:2.0mA(5.0V)

模块最佳工作电压:5.0V

字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

接口定义简述

1602LCD 采纳标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各接口简述如下表所示:

3.8.1 引脚表

1602使用标准的16脚的接口，其中：

1：GND为电源;

2：VCC连接到5V电源;

3：V0 LCD对比度调节;

4：RS是寄存器选择，如果选择指令寄存器那么信号就必须为低电平，如果选择选择数据寄存器那么信号就必须为高电平；

5：RW是读写信号线，如果读出操作为高电平（1），如果写入操作为低电平（0）；

6：E（或EN）端启用（enable）一侧，，当负跳时间来执行该指令时，读出信息为高电平（1）；

7至14：D0?D7为8位双向数据传输线接口。第15~16脚：空脚或背灯电源。15脚背光

正极，16脚背光负极;

3.3V或5V的工作电压，对比度可以通过接口V0调节;

内部内置复位电路

提供各种控制指令，其中就包括有屏幕闪烁，清屏、光标闪烁，显示位移，字符显示多种职能等等。

有80个字节显示数据存储器DDRAM的

字符发生器内置有192 5X7点阵字型CGROM

8字符发生器5X7可以由用户CGRAM定制应用功能

微功耗，体积小，内容丰富，轻薄，口袋米和低功耗应用常用。

运行控制

注：E =在E H脉冲在0开始初始化，然后对E设置为1

LCD1602工作原理就是通过发送指令命令来工作的：

LCD1602的指令说明及时序

1602液晶内部模块的控制器总共有11条控制指令

图3.4.1.1控制命令表

1602液晶模块全都依靠指令编程来实现读写操作、屏幕和光标的操作。（说明：1为高电平、0为低电平）;

指令1：清除显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置;

指令2：光标复位，光标返回到地址00H;

指令3：光标和显示模式设置I/D：，高电平右移，低电平左移S，依据光标移动方向来设置的:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效;

指令4：显示开关控制D：控制开关整体显示，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：控制开关光标，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁;

指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标;

指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示;

指令7：字符发生器RAM地址设置;

指令8：DDRAM地址设置;

指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此刻模块不能接收命令或者数据，若为低电平表示不忙;

指令10：写数据;

指令11：读数据[14]。

读写操作时序如图

图3.4.1.2读操作时序

图3.4.1.3 写操作时序3.4.2 LCD1602接线图

图3.4.2 接线图

因为STM32芯片标准电压为3.3V，但LCD1602标准电压是5V，所以LCD1602接5V是，必须有5V的电位上拉。工作1602电压为5V时，GPIO输出电压3.3V的工作，但1602识别电压为5V，那么3-17脚没潜在拉力1602的工作会不正常。加10K的上拉电阻目的是保护芯片不被5V的电压直接进入而烧芯片。变阻器是用来控制字体的对比，与光耦TLP521-1用于控制1602背光源，在这里我已经到了光耦1，第2脚始终提供3.3V和循环PB2的开关时，保持在3.3V电压耦合时间不工作，在PB2接口与低1，2脚接入，光耦取得3，4脚导通，1602 BLA最初是为5V电压时，即使管传导至BLK接地回路形式点亮背光。

3.5. 系统复位

3.5.1系统复位功能作用

就像笔记本电脑，会卡，会死机，会瘫痪一样。STM21芯片，SHT21或者LCD1602都有可能在工作时，程序跑飞，材料影响，系统瘫痪等等原因。因此，系统必须需要一个复位系统，就像笔记本电脑的重启一样，将整个系统重新恢复至正常工作。本系统的复位电路就有将系统恢复至正常工作的功能。当按下复位键时，系统重启，再次恢复工作。

3.5.2 系统复位工作原理

接线图如下图3.5.2：

因为阻容串联电路中电容C2两端电压不可以突变，所以在通电时，NRST端起到的作用就是会维持一段时间的低电平起到低电平复位信号，随着3.3V电源通过电阻R1向电容C2充电，C2两头的电压差慢慢变大，经过一段时间后变化为高电平，上电复位信号结束。在征程工作过程中，当按键S1被按下时，电路把电容C2两端短路放电，按键松开后RST端的作用就是仍会维持一段时间的低电平起到低电平复位信号，随着Vcc电源通过电阻R2向电容C2充电，C2两端的电压差逐渐增大，经过一段时间后变为高电平，手动复位信号结束。