2 硬件设计
　　在硬件设计中，温度和湿度信号经过SHTll内部的温度敏感元件和湿度敏感元件转化为模拟电压信号，该模拟电压信号经过SHTll内部的信号放大调理器放大、然后再经过A／D转换器进行模／数转换、校准和纠错，最后才将相对温度或湿度的数据通过二线串行接口的双向数据口DATA端传送至超低功耗微处理器MSP430F149。当MSP430F149微处理器接收到数据后，通过P4和P5口经由LED显示温度值和湿度值。由于P1口具有中断功能，可以通过其设置矩阵键盘来输入报警的具体参数，经过比较如果需要报警，则通过P3口经过相关外围电路输出温度、湿度警报。具体的硬件连接如图1所示。

　　因为SHTll是通过二线串行接口来访问，所以硬件的接口电路非常简单。其中需要注意的是：DATA数据线需要外接电阻。时钟线SCLK用于超低功耗微处理器MSP430F149和SHTll之间的同步通信，由于接口包含完全静态逻辑，所以对SCLK最低频率没有要求。

　其中通过SN74HC595D的串行输出管脚实现串行级联，这样可以控制两个数码段的显示。微处理器的P4.1和P4.2分别与锁存输入信号端口RCLK 和移位时钟信号端口SRCLK相连，分别产生锁存信号和移位时钟信号。OE接地，使输出使能。基于以上电路，只要增加SN74HC595D的个数就可以增加显示的位数。
　　矩阵键盘由行线和列线组成。主要通过扫描来实现捕获键盘的输入，扫描就是单片机不断地对行线依次设置低电平，然后检查列线的输入状态，图3为键盘电路。

　3 软件设计
　　3．1 测量设计
　　在程序开始时，微处理器首先用一组“启动传输”时序表示数据传输的初始化，然后发出一个8位的命令码，这个命令码包含3个地址位(必须设定为000)和5 个命令位。发送完该命令代码(命令代码含义如表l所示)，将DATA数据线设为输入状态等待SHTll的响应。SHTll接收到上述地址和命令码后，在第 8个时钟下降沿将DATA数据线下拉为低电平作为响应信号。在第9个时钟下降沿之后，SHTll将DATA数据线恢复为高电平，这表示已经正确地接收到测量指令。DATA数据线恢复后，SHTll开始测量当前温度或湿度，测量结束后，再次将DATA数据线下拉为低电平，这表示测量已经结束。微处理器检测到 DATA数据线被拉低后，给出时钟信号。SHTll接着传输2 bit的测量数据和1 bit的校验数据，微处理器需要通过下拉DATA数据线以确认每个字节。首先在8个时钟下降沿输出高字节数据，在第9个时钟下降沿，微处理器将DATA数据线拉低作为响应信号，然后释放DATA数据线。在随后8个时钟下降沿SHTll发出低字节数据；接下来的时钟下降沿微处理器再次将DATA数据线拉低作为接收数据的响应信号。最后8个时钟下降沿SHTll发出校验数据，微处理器不予应答则表示通讯结束。在测量和通讯结束后，SHTll自动进入休眠模式。经测试，该系统可以对温度和湿度进行监控。

　3．2 LED显示设计
　　微处理器通过P4.0口串行输出数据到SN74HC595D。输出完成一个字节后，如果给一个锁存信号，则SN74HC595D就并行输出，在数码管上显示数据。如果没有给锁存信号，而是继续输出第二个字节，这时第一个SN74HC595D将前一个字节的数据通过串行输出管脚输出到第二个SN7 4HC595D的输入管脚。当输出结束时，两个SN74HC595D分别存储了两个字节的数据。此时如果微处理器给出锁存信号，则两个 SN74HC595D通过并行输出将数据分别显示在两个数码管上。


　　3．3 键盘输入设计
　　由于所有的列线都被上拉到3．3 V，因此当任何键都没有被按下的情况下，所有的列线上都是高电平。如果在P1.7管脚上输出低电平，同时行线的其他管脚上输出高电平时，当“S01”键被按下时，P1.0就为低电平；当“S02”键被按下时，P1.1就为低电平；当“S03”键被按下，则P1.2就为低电平；当“S04”键被按下，P1.3为就低电平。通过设置一条行线的输出就可以获取列线上的相应状态，从而获得键盘输入值。同理，如果依次在其他列线上输出低电平，就可以获取到其他键的输入值。通过这样的扫描方式，就可以实现键盘的输入。键盘扫描结果如图4所示。

　可以看出，当按键盘的4、0、5和6键时，单片机可以接收到准确的数据。当输入参数后，微处理器每次测量数据后都会与存储的参数进行比较，如果超出则发出警报。

　　4 结束语

　　文中介绍了数字温度湿度监控系统的实现方案，硬件连接以及各个功能部分的设计。经测试，该系统可以实现对温度和湿度进行实时测量和监控，达到了设计要求。