【參考】基于dsp（數(shù)字信號處理器）的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

1、（2012屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料 題 目 名 稱： 基于dsp的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 信息工程 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 教授 最終評定成績： 湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處 2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料第一部分 畢業(yè)論文（2012屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué) 院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè) ： 信息工程 學(xué) 生 姓 名 ： 鄧仕林 班 級 ：信工081 學(xué)號 08401400131 指導(dǎo)教師姓名 ： 李圣清 職稱 教授 最終評定成績 ： 2012年6月 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要 溫度是過程檢測與控制的

2、重要參量，隨著人們對溫度進(jìn)行精確測量和控制要求的提高，傳統(tǒng)的溫度計(jì)已經(jīng)不能滿足人們在高精度方面的要求，設(shè)計(jì)一款能夠精確測量溫度的數(shù)字溫度計(jì)成為一件刻不容緩的事情。本設(shè)計(jì)綜述了數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作原理，詳細(xì)介紹了數(shù)字溫度計(jì)的背景與意義、任務(wù)及要求，主控制芯片tms320lf2407a及溫度傳感器ds18b20的工作原理，并繪出了總體設(shè)計(jì)原理框圖。本設(shè)計(jì)利用dsp作為控制內(nèi)核，給出了測溫電路、電源電路、復(fù)位電路、按鍵電路、液晶顯示電路的原理圖及相關(guān)參數(shù)?；赾語言程序，給出了主程序、初始化程序、測溫程序及超限報(bào)警系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。本論文設(shè)計(jì)的多功能數(shù)字溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范

3、圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便、測溫范圍廣、測溫準(zhǔn)確及溫度液晶顯示等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度計(jì)，溫度傳感器 ds18b20，dsp，溫度測量iv湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）abstract temperatures are an important parameters in process measurement and control, along with people to accurate measure and control requirements of the temperature requirements improve, traditional t

4、hermometers cannot have satisfied people in the high-precision requirements, design a precise digital thermometer for measuring temperature becomes an urgent thing.this summary of the digital thermometer principles principle in the design and fabrication, details the background and significance, tas

5、ks and requirements of the thermometer, main control chip tms320lf2407a and temperature sensor ds18b20 principle of work, and sketch out the general design principle block diagram. the design using dsp as control kernel, gives the measuring circuit, power supply circuits, keypad circuits, liquid cry

6、stal display circuit principle diagram and the related parameters about the temperature. the main program, initial program, temperature measurement procedures and overrun alarm system program design are based on the c language program .the thesis design of thermometer is a multi-functional digital t

7、hermometer, it can set the upper and lower alarm temperature, when the temperature is not within the set range, and can call the police .the thesis design of thermometer have many advantages compared with the traditional thermometer, such as easy reading, wide temperature range, accurate temperature

8、 measurement and temperature output liquid crystal display and so on.keywords: digital thermometers, temperature sensors ds18b20, dsp, temperature measurement目 錄 摘 要iabstractii目 錄iii第1章 緒論51.1 設(shè)計(jì)的背景和意義51.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求51.3 溫度測量方案選擇51.4 本設(shè)計(jì)所做的工作6第2章 芯片功能介紹72.1 主控制dsp芯片72.1.1 dsp芯片介紹72.1.2 主控制dsp芯片在本設(shè)計(jì)中的功能

9、82.2 ds18b20溫度傳感器簡介82.2.1 芯片簡介82.2.2 ds18b20外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)92.2.3 ds18b20的工作時(shí)序11第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)133.1 電源電路設(shè)計(jì)133.2 接口電路設(shè)計(jì)143.3 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)153.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)163.5 鍵盤及報(bào)警電路設(shè)計(jì)173.5.1 鍵盤電路的設(shè)計(jì)173.5.2 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)183.6 主控制電路和測溫控制電路的總體設(shè)計(jì)19第4章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)204.1 c語言簡介204.2 主程序204.3 ds18b2初始化程序234.4 讀取溫度程序234.5 溫度超限報(bào)警程序23結(jié) 論23參考文獻(xiàn)23致 謝23

10、附 錄23湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)的背景和意義在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的數(shù)字溫度計(jì)大都采用放大、a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)處理，處理電路復(fù)雜，可靠性相對較差，占用計(jì)算機(jī)的資源較多，而且需要比較多的外部硬件支持，其缺點(diǎn)如下：(1)硬件電路復(fù)雜；(2)軟件調(diào)試復(fù)雜；(3)制作成本高。為了提高對數(shù)字溫度計(jì)的認(rèn)識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則，很有必要設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)。本論文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)使用的是ds18b20的一線制數(shù)字溫度傳感器，它可將溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信

11、號送給微處理器，電路簡單，成本低，每一只ds18b20內(nèi)部的rom存儲器都有唯一的64位系列號，在一根地址/信號線上可以掛接多個(gè)ds18b20，易于擴(kuò)展，便于組網(wǎng)和多點(diǎn)測量，更重要的是用戶可定義報(bào)警設(shè)置，設(shè)置報(bào)警搜索命令，識別并標(biāo)志超過程序限定溫度的報(bào)警條件，超過條件立即發(fā)出報(bào)警信號，有穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，進(jìn)而使用dsp(digital signal processing)芯片開發(fā)產(chǎn)品可使精度指標(biāo)大大提高，在測量以及其他相關(guān)領(lǐng)域有著不可忽視的美好前景。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)以dsp為核心的溫度測量系統(tǒng)，具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）測量溫度值精度為0.1。（2）系統(tǒng)可由用戶預(yù)設(shè)溫度值，測溫范圍

12、為55125。（3）超出預(yù)置值時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。（4）系統(tǒng)具有l(wèi)cd液晶顯示功能，能實(shí)時(shí)顯示設(shè)定溫度值和測得的實(shí)際溫度值。1.3 溫度測量方案選擇方案一：采用熱敏電阻由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩，而且熱敏電阻價(jià)格高，不線性，需要復(fù)雜的恒流源伺服電路，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，熱電偶要加上補(bǔ)償電路且材料價(jià)高。方案二：采用溫度傳感器ds18b20 在設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，ds18b20只需三根導(dǎo)

13、線和一個(gè)電阻，不需要其他任何外圍電路即可測得溫度數(shù)據(jù)。ds18b20保證精度足夠，電路簡單成本低。所以可以采用一只溫度傳感器ds18b20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以很好的滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故采用了方案二。 本論文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)采用美國dallas半導(dǎo)體公司繼ds1820之后推出的一種改進(jìn)智能溫度傳感器ds18b20作為檢測元件，測溫范圍為55125。ds18b20可以直接讀出被測量的溫度值，而采用3線制與dsp控制器相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求

14、，確定系統(tǒng)由7個(gè)模塊組成：主控制器，電源電路，復(fù)位電路，溫度傳感器ds18b20，按鍵電路，報(bào)警電路及驅(qū)動(dòng)顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路框圖如圖1.1所示。電源電路復(fù)位電路溫度傳感器按鍵電路報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)顯示電路主控制器dsp圖1.1 總體電路框圖 1.4 本設(shè)計(jì)所做的工作第1章介紹主要介紹了數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)背景與意義，能夠達(dá)到的任務(wù)及要求，并對設(shè)計(jì)提出了總體設(shè)計(jì)的原理框圖。第2章對主控制芯片dsp和重要元件溫度傳感器ds18b20進(jìn)行詳細(xì)介紹，給后面的硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)部分做準(zhǔn)備。第3章是本設(shè)計(jì)的重要組成部分，即硬件電路的設(shè)計(jì)。其中包括穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)，接口電路的設(shè)計(jì)，液晶顯示模塊設(shè)計(jì)，復(fù)

15、位電路設(shè)計(jì)及按鍵報(bào)警電路的設(shè)計(jì)，并給出了相關(guān)的原理連接圖。第4章是本設(shè)計(jì)的軟件部分的設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)，初始化程序設(shè)計(jì)等相關(guān)程序的設(shè)計(jì)，讓數(shù)字溫度計(jì)有一個(gè)很好的程序運(yùn)行環(huán)境。第2章 芯片功能介紹2.1 主控制dsp芯片 2.1.1 dsp芯片介紹 dsp即為數(shù)字信號處理器，是在模擬信號變換成數(shù)字信號以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器。它的工作原理是將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再用數(shù)學(xué)方法處理此信號，得到相應(yīng)的結(jié)果。自從數(shù)字信號處理器問世以來，由于它具有高速、靈活、可編程、低功耗和便于接口等特點(diǎn)，已在圖形、圖像處理，語音、語言處理，通用信號處理，測量分析，通信等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作

16、用。隨著成本的降低，控制界已對此產(chǎn)生濃厚興趣，已在不少場合得到成功應(yīng)用。tms320lf2407a為美國德州儀器公司專門針對電機(jī)、逆變器、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等控制而設(shè)計(jì)的一種單片新型高性能16位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，集dsp的高速信號處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。它的適用于數(shù)字信號處理運(yùn)算的特點(diǎn)主要有：6 m! h5 y5 l, x3 r! zk) v 9 s3 w8 2 r v3 l! z(1) 采用增強(qiáng)的哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部具有六條16位總線，即程序地址總線(pab)、數(shù)據(jù)讀地址總線(drab)、數(shù)據(jù)寫地址總線(dwab)、程序讀總線(

17、prdb)、數(shù)據(jù)讀總線(drdb)、數(shù)據(jù)寫總線(dweb)，高度并行運(yùn)算大大提高運(yùn)算速度。其程序存儲器總線和數(shù)據(jù)存儲器總線相互獨(dú)立，支持并行的程序和操作數(shù)尋址。tms320lf2407a時(shí)鐘輸入引腳上接20mhz晶振，后經(jīng)內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻后得40mhz時(shí)鐘頻率，這樣指令執(zhí)行周期可縮為25ns，較c240dsp速度整整提高了1倍，因此cpu的讀/寫可在同一周期內(nèi)進(jìn)行，這種高速運(yùn)算能力使自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、線形變換(快速傅立葉變換、希爾伯特變換、余弦變換等)、數(shù)字濾波(有限沖擊響應(yīng)濾波、無限沖擊響應(yīng)濾波、卡爾曼濾波等)、卷積運(yùn)算等復(fù)雜控制算法得以實(shí)現(xiàn)。 - y$ w2 t# % _5 |

18、8 q6 m p h1 c) w7 m: 8 0 m3 l(2) tms320lf2407a地址映象被組織為三個(gè)可獨(dú)立選擇的空間：程序存儲器(64k)、數(shù)據(jù)存儲器(64k)、輸入/輸出(i/o)空間(64k)。這些空間提供了共192k字的地址范圍。其片內(nèi)存儲器資源包括：544字16位的雙端口數(shù)據(jù)/程序daram、2k字16位的單端口數(shù)據(jù)/程序saram、片內(nèi)32k16位的flash程序存儲器、256字16位片上boot rom、片上flash/rom具有可編程加密特性。 . k4 i/ z+ i# e8 x+ _5 w?9 g6 i(3) 具有兩個(gè)事件管理器模塊eva和evb，能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反

19、相器控制、pwm對稱和非對稱波形、外部引腳快速封鎖pwm通道。可編程的死區(qū)控制單元(dbtcon)用來產(chǎn)生可編程的軟件死區(qū)，使得受每個(gè)全比較單元的兩路cmp / pwm輸出控制的功率器件的間7 t+ l; o+ 次開啟周期間沒有重疊，最大可編程的軟件死區(qū)時(shí)間達(dá)16s。 + s5 g) d9 g$ l) x4 j u+ k1 ! r+ x. u% # a(4) 10位16通道的a/d轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns。 $ c# j1 y! _: g7 s0 c% a0 8 o( e2 u9 (5) 看門狗定時(shí)器和實(shí)時(shí)中斷定時(shí)器模塊。2.1.2 主控制dsp芯片在本設(shè)計(jì)中的功能 dsp技術(shù)在各領(lǐng)域的

20、應(yīng)用日益滲透，比如在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中，數(shù)字通訊技術(shù)領(lǐng)域，工業(yè)控制領(lǐng)域，儀器儀表領(lǐng)域等都有較大應(yīng)用。dsp已經(jīng)涉足測量儀表和測試儀器行業(yè)，而且大有取代高檔單片機(jī)的趨勢。使用dsp開發(fā)測量儀表和測試儀器可將產(chǎn)品提升到一個(gè)嶄新的水平。新款dsp豐富的片內(nèi)資源可以大大簡化儀器儀表的硬件電路，實(shí)現(xiàn)儀器儀表的soc（system on chip,即片上系統(tǒng)）設(shè)計(jì)。儀器儀表的測量精度和速度是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，使用dsp芯片開發(fā)產(chǎn)品可使這兩項(xiàng)指標(biāo)大大提高。以tms320lf2407a為例，其高效的16位cpu內(nèi)核、優(yōu)異的a/d轉(zhuǎn)換器、豐富的片內(nèi)存儲器以及靈活的指令系統(tǒng)為我們開發(fā)快速、高精度儀器搭建了廣闊的平臺。

21、在本設(shè)計(jì)中，dsp芯片主要應(yīng)用于儀器儀表方面，一個(gè)典型的dsp系統(tǒng)應(yīng)該包括數(shù)據(jù)采集a/d轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器dsp、d/a轉(zhuǎn)換器和低通濾波器等。dsp系統(tǒng)處理過程：首先將輸入信號進(jìn)行濾波，濾掉高于折疊頻率的分量，以防止信號的頻譜混疊，然后采樣和a/d轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號處理器的處理得到數(shù)字信號，在經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換，得到模擬信號，經(jīng)過低通濾波器，得到屁平滑的模擬信號。該設(shè)計(jì)也是一樣，就是實(shí)現(xiàn)其這個(gè)功能，將采樣來的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析，然后在用液晶顯示出來。2.2 ds18b20溫度傳感器簡介 2.2.1 芯片簡介dallas 最新單線數(shù)字溫度傳感器ds18b20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更

22、適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器ds18b20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。其特點(diǎn)如下：（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0 v5.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)控制器與ds18b20的雙向通訊。（3）ds18b20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（4）測溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5。（5）可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和

23、0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。（6）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（7）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給處理器，同時(shí)可傳送crc校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（8）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2.2.2 ds18b20外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要由4部分組成：64位rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。ds18b20的外形及管腳排列如圖2.2所示，引腳定義如表2.3所示。 64位rom和單線

24、接 口 高速緩存存儲器存儲器和控制器8位crc生成器溫度傳感器低溫觸發(fā)器tl高溫觸發(fā)器th配置寄存器電源檢測圖2.1 ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2 ds18b20的外型與管腳排列表2.3 ds18b20引腳定義 序號名稱引腳功能描述1gnd地信號2dq數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3vdd可選擇的vdd引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。下面就對ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要部分進(jìn)行介紹：（1）64位romrom中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列碼，每個(gè)ds18b20的64位序列號均不相同。64

25、位rom的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc=x8x5x41）。rom的作用是使每一個(gè)ds18b20都各不相同，這樣可以在一根總線實(shí)現(xiàn)上。 ds18b20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/lsb形式表達(dá)，其中s為符號位。ds18b20溫度值格式如表2.4所示。表2.4 ds18b20溫表度格式 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0ls byte22222222 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 ms bytesssss222 這是16位轉(zhuǎn)化后得到的16

26、位數(shù)據(jù)，存儲在ds18b20的兩個(gè)8比特的ram中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如25.0625的數(shù)字輸出為0191h，25.0625的數(shù)字輸出為ff6fh。（2）高低溫報(bào)警觸發(fā)器th和tlds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個(gè)高速暫存ram和一個(gè)非易失性的可電擦除的eepram,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器th、tl和結(jié)構(gòu)寄存器。 （3）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下表2.5所示。表2.5 配置寄存器結(jié)構(gòu)tmr1r

27、011111 2.2.3 ds18b20的工作時(shí)序ds18b20的工作協(xié)議流程是：初始化rom操作指令存儲器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，分別如圖2.6、圖2.7、圖2.8所示。初始化時(shí)序：主機(jī)控制ds18b20完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平)，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，ds18b20在檢測到i/o引腳上的上升沿之后，等待15-60us然后發(fā)出存在脈沖(60-240us的低電平)。 ds18b20等待 ds18b20tx產(chǎn)生 15us16us 脈沖60-240 主機(jī)復(fù)位脈沖 vcc 480ustx960us 主機(jī)rx

28、 min480us 1-wire bus gnd圖2.6 初始化時(shí)序?qū)憰r(shí)序：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在15us之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在15us到60us之間對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平，寫0就發(fā)生。在開始另一個(gè)寫周期前必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。圖2.7 寫時(shí)序讀時(shí)序：主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后15us內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為60us,各個(gè)讀周期之間也必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。 圖2.8 讀時(shí)序 第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)利用電源電

29、路設(shè)計(jì)提供+5v穩(wěn)壓電源，溫度傳感器電路連接dsp芯片的i/o端口進(jìn)行溫度采集，通過液晶顯示屏來顯示溫度，同時(shí)44矩陣按鍵電路的設(shè)計(jì)很方便實(shí)現(xiàn)溫度的預(yù)設(shè)值設(shè)定，超過預(yù)設(shè)的溫度值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)的蜂鳴器和發(fā)光二極管會(huì)起到報(bào)警的作用。3.1 電源電路設(shè)計(jì)電源電路負(fù)責(zé)提供給系統(tǒng)+5v的電壓。電源穩(wěn)壓電路如圖3.1所示，如圖所示電路為輸出電壓+5v、輸出電流1.5a的穩(wěn)壓電源電路。它由電源變壓器b，橋式整流電路d1d4，濾波電容c1、c3，防止自激電容c2、c4和一只固定式三端穩(wěn)壓器(lm7805)極為簡捷方便地搭成的。電源電路的穩(wěn)壓原理：220v交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路d

30、1d4和濾波電容c1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器lm7805的vin和gnd兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過lm7805的穩(wěn)壓和c3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為ttl電路或dsp電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 圖3.1 電源穩(wěn)壓電路采用這種電路的+5v電源在輸出前經(jīng)過了電感和電容組合網(wǎng)絡(luò)濾波，實(shí)測紋波小于

31、3mv。3.2 接口電路設(shè)計(jì)ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源，如圖3.2所示。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.3所示。dsp端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)mosfet管來完成對總線的上拉。當(dāng)ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d轉(zhuǎn)換時(shí)，總線必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)，vdd端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖3.2 ds18b20與dsp的接口電路圖3.3 ds18b20與dsp的另一種接口電路3

32、.3 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中使用的溫度顯示模塊是具有st7920控制器的液晶模塊，可顯示漢字及圖形。模塊供電電源為+3.3 v+5 v(內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓)，dsp完全滿足其電壓的要求。在液晶模塊的各引腳中，vdd，vss分別為模塊供電電源的正、負(fù)引腳；v0為模塊驅(qū)動(dòng)電壓輸入引腳。模塊有并行和串行兩種連接方法，當(dāng)psb=0時(shí)為串行選擇方式，當(dāng)psb=1時(shí)為并行選擇方式，本文采用8位并行連接的方式實(shí)現(xiàn)液晶模塊與2407a 的數(shù)據(jù)通訊。硬件電路中液晶模塊的 rs、r/ w、e、psb、rest控制引腳分別與2407a的 iopa37引腳相連， 液晶模塊的數(shù)據(jù)引腳 db07分別與2407a的i

33、opb07引腳相連。液晶顯示原理圖如圖3.4所示。圖3.4 液晶顯示原理圖具體液晶顯示具體連接圖如圖3.5所示。圖3.5 液晶顯示連接圖3.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5v5%，即4.755.25v。由于電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)vcc超過4.75v低于5.25v以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。dsp控制系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端rst上加入高電平。一般采用的辦法

34、是在rst端和正電源vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則vcc的+5v電平就會(huì)直接加到rst端。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給rst端一個(gè)短暫的高電平信號，此高電平信號隨著vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即rst端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，rst端的高電平信號必須維持足夠長的時(shí)間。dsp控制器復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如圖3.6所示。該復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位與上電復(fù)位相結(jié)合的方式。當(dāng)按下按鍵s1時(shí)，vcc通過r1電阻給復(fù)位輸入端口一個(gè)高電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，即手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位就是vcc通過電阻r2和電容c構(gòu)成回路，該回路是一個(gè)對電容c充電和

35、放電的電路，所以復(fù)位端口得到一個(gè)周期性變化的電壓值，并且有一定時(shí)間的電壓值高于cpu復(fù)位電壓，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能。 圖3.6 dsp復(fù)位電路3.5 鍵盤及報(bào)警電路設(shè)計(jì)3.5.1 鍵盤電路的設(shè)計(jì)44掃描鍵盤用8位數(shù)據(jù)線，可以提供16個(gè)不同的按鍵信號。這樣做的好處是：(1)節(jié)省fpga管腳資源；(2)系統(tǒng)簡單化減小電路規(guī)模；特別是在資源比較緊張，對成本要求嚴(yán)格的系統(tǒng)中這是一種非常流行的設(shè)計(jì)方法。由于用手把鍵按下的時(shí)間長度等問題，如果不去抖動(dòng)可以把時(shí)鐘加快。實(shí)際中操作與理論分析是有差別的因?yàn)橐话愕拈_關(guān)在大約20ms內(nèi)信號不穩(wěn)定，存在所謂的“開關(guān)抖動(dòng)”，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)脈沖影響電路正常工作。所以含開關(guān)輸入的設(shè)

36、計(jì)需要做防抖動(dòng)處理，在本設(shè)計(jì)可以用20hz的時(shí)鐘采樣實(shí)現(xiàn)防抖。為實(shí)現(xiàn)溫度上、下限的設(shè)定功能，同時(shí)為盡量減少因鍵盤的輸入而引起的抖動(dòng)，系統(tǒng)設(shè)有鍵盤，并通過掃描的方式進(jìn)行工作。鍵盤電路設(shè)計(jì)圖如圖3.7所示。圖3.7 鍵盤電路設(shè)計(jì)圖3.5.2 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)當(dāng)溫度超過設(shè)定的限定值時(shí)聲光報(bào)警的功能，在2407a芯片外圍的設(shè)有報(bào)警電路。當(dāng)溫度超限時(shí)，iope0口輸出高電平，三極管npn導(dǎo)通，二極管和蜂鳴器同時(shí)工作；當(dāng)溫度正常時(shí)，iope0口輸出低電平，三極管截止，二極管和蜂鳴器不工作。報(bào)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖如圖3.8所示。圖3.8 報(bào)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖3.6 主控制電路和測溫控制電路的總體設(shè)計(jì)主控制電路

37、由tms320lf2407a及外圍元件構(gòu)成，測溫電路由ds18b20、預(yù)置數(shù)電路和報(bào)警電路組成。tms320lf2407a是此硬件電路設(shè)計(jì)的核心，通過tms320lf2407a的管腳與ds18b20相連，控制溫度的讀出和顯示。預(yù)置數(shù)電路由兩個(gè)按鍵和兩個(gè)數(shù)碼管組成，兩個(gè)按鍵分別與tms320lf2407a的管腳相連。報(bào)警電路很簡單，由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)報(bào)警蜂鳴器組成，與tms320lf2407a的管腳相連，若實(shí)際測量的溫度值大于預(yù)置溫度值，則發(fā)光二極管亮，即為報(bào)警標(biāo)志。硬件電路的功能都是與軟件編程相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。具體硬件原理圖如3.9所示。圖3.9 硬件原理圖第4章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)4.1

38、c語言簡介1978年，brian w. kernighian和dennis m. ritchie出版了名著the c programming language，從而使c語言成為目前世界上流行最廣泛的高級程序設(shè)計(jì)語言。隨著微型計(jì)算機(jī)的日益普及，出現(xiàn)了許多c語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得這些c語言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況，美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所(ansi)為c語言制定了一套ansi標(biāo)準(zhǔn)，成為現(xiàn)行的c語言標(biāo)準(zhǔn)。c語言發(fā)展迅速，而且成為最受歡迎的語言之一，主要因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的功能。c語言是目前世界上流行、使用最廣泛的高級程序設(shè)計(jì)語言。c語言對操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對硬件進(jìn)行

39、操作的場合，用c語言明顯優(yōu)于其它高級語言，許多大型應(yīng)用軟件都是用c語言編寫的。c語言的特點(diǎn)：1.簡潔緊湊、靈活方便，c語言一共只有32個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語句，程序書寫自由。2. 運(yùn)算符豐富，c的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有種34個(gè)運(yùn)算符。c語言把括號、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。3. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富，c的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等，能用來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算。4.c是結(jié)構(gòu)式語言，結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦阌谑褂?、維護(hù)以及調(diào)試。5.c語

40、法限制不太嚴(yán)格、程序設(shè)計(jì)自由度大，一般的高級語言語法檢查比較嚴(yán)，能夠檢查出幾乎所有的語法錯(cuò)誤。而c語言允許程序編寫者有較大的自由度。6. c語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進(jìn)行操作。7. c語言程序生成代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高，一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低1020%。8. c語言適用范圍大，可移植性好，c語言有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng)，如dos、unix，也適用于多種機(jī)型。4.2 主程序本設(shè)計(jì)利用2407a作為控制器，主要對其進(jìn)行軟件編程，解決好溫度測量過程中時(shí)序控制問題，軟件采用c語言進(jìn)行編譯。程序主要包括ds18b20的初始化、溫度采集、溫度讀取等幾部分。整個(gè)

41、程序采用軟件定時(shí)的方法，實(shí)現(xiàn)每隔30秒循環(huán)一次，從而完成對溫度每隔30秒行一次采集與顯示。主程序流程圖如圖4.1所示。程序初始化數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示ds18b20是否正常否是圖4.1 主程序流程圖下面是程序中的一些相關(guān)說明：（1）按鍵功能說明：實(shí)時(shí)測量溫度，超過上下限報(bào)警，報(bào)警溫度可手動(dòng)調(diào)整。k1是用來進(jìn)入上下限調(diào)節(jié)模式的，當(dāng)按一下k1進(jìn)入上限調(diào)節(jié)模式，再按一下進(jìn)入下限調(diào)節(jié)模式。在正常模式下，按一下k2進(jìn)入查看上限溫度模式，顯示1s左右自動(dòng)退出；按一下k3進(jìn)入查看下限溫度模式，顯示1s左右自動(dòng)退出；在調(diào)節(jié)上下限溫度模式下，k2是實(shí)現(xiàn)加1功能，k1是實(shí)現(xiàn)減1功能，k3是用來設(shè)定上下限溫度正負(fù)的。（2

42、）用到的全局變量：無符號字符型變量temp(測得的溫度整數(shù)部分)，temp_d (測得的溫度小數(shù)部分)，標(biāo)志位f（測量溫度的標(biāo)志位0表示“正溫度”、1表示“負(fù)溫度”），標(biāo)志位f_max（上限溫度的標(biāo)志位0表示“正溫度”、1表示“負(fù)溫度”），標(biāo)志位f_min（下限溫度的標(biāo)志位0表示“正溫度”、1表示“負(fù)溫度”），標(biāo)志位w(報(bào)警標(biāo)志位1啟動(dòng)報(bào)警、0關(guān)閉報(bào)警)。#include#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned charuchar max_int=0x00,max_dot=0x00,min_int=0x00,min_dot

43、=0x00;bit s=0,s1=0;#includeds18b20.h#includekeyscan.h#includedisplay.hvoid main() beer=0; led=1; it1=1; ex1=0; ea=1; timer1_init(0); get_temperature(1); while(1) keyscan(); get_temperature(0); keyscan(); display(temp,temp_d*0.625); alarm(); keyscan(); #ifndef _ds18b20_h_#define _ds18b20_h_#define ui

44、nt unsigned int #define uchar unsigned charsbit dq= p23;sbit beer=p30; sbit led=p31;uchar temp=0; /溫度的整數(shù)部分uchar temp_d=0; /溫度的小數(shù)部分uchar n;bit f=0,f_max=0,f_min=0;w=0;/*延時(shí)子函數(shù)*/void ds18b20_delayus(uint t) while(t-);void ds18b20_delayms(uint t)uint i,j;for(i=t;i0;i-) for(j=120;j0;j-);4.3 ds18b20初始化程序初

45、始化就是將程序中即將要用的寄存器設(shè)置一個(gè)初始值。給ds18b20設(shè)計(jì)一個(gè)初始化程序，能夠讓dsp在斷電或者通電時(shí)，能夠從初設(shè)值進(jìn)行操作，有數(shù)據(jù)保存功能。void ds18b20_init() / ds18b20初始化 dq=1;dq=0; /控制器向ds18b20發(fā)低電平脈沖ds18b20_delayus(30); /延時(shí)480sdq=1; /控制器拉高總線while(dq); /等待ds18b20拉低總線，在60-240s之間ds18b20_delayus(20); /延時(shí)，等待上拉電阻拉高總線dq=1; /提升數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)傳輸/* ds18b20字節(jié)讀函數(shù)*/uchar ds18b20

46、_read() /ds18b20 字節(jié)讀取uchar i;uchar d = 0;dq = 1; /準(zhǔn)備讀for(i=8;i0;i-) d = 1; /低位先發(fā)dq = 0;_nop_();_nop_();_nop_();dq = 1; /必須寫1，否則讀出來的將是不預(yù)期的數(shù)據(jù)；if(dq) /在12us處讀取數(shù)據(jù)；d |= 0x80;ds18b20_delayus(10);return d;/* ds18b20字節(jié)寫函數(shù)*/void ds18b20_write(uchar d) / ds18b20字節(jié)寫 uchar i; for(i=8;i0;i-) dq=0; _nop_(); _nop_

47、(); _nop_(); dq=d&0x01; ds18b20_delayus(5); dq=1; d = 1; 4.4 讀取溫度程序溫度數(shù)據(jù)從溫度傳感器ds18b20采集到，通過dsp的溫度讀取程序控制，將溫度的數(shù)值顯示在液晶顯示屏上。void get_temperature(bit f)/得到整數(shù)的溫度值uchar a=0,b=0,c=0,d=0; uint i;ds18b20_init(); /ds18b20初始化ds18b20_write(0xcc);/向ds18b20發(fā)skip rom命令ds18b20_write(0x44);/啟動(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入內(nèi)部ramds

48、18b20_delayms(1);ds18b20_init(); /ds18b20初始化ds18b20_write(0xcc); /向ds18b20發(fā)skip rom命令ds18b20_write(0xbe);/讀內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容命令a=ds18b20_read(); /讀內(nèi)部ram （lsb）b=ds18b20_read(); /讀內(nèi)部ram （msb）if(f=1) max_int=ds18b20_read();/讀內(nèi)部ram （lsb） min_int=ds18b20_read();if(max_int&0x80)=0x80)f_max=1;max_int=(max_int-0x80); if(min_int&0x80)=0x80)f_min=1;min_int=(min_int-0x80); i=b;