基于MSP430的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)30頁

1、論文題目： 基于MSP430地溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要溫度地采集和控制在各個(gè)行業(yè)中都占有重要位置，所以溫度采集控制儀表具有廣泛地應(yīng)用前景，越來越多地領(lǐng)域應(yīng)用到以單片機(jī)為控制核心，用液晶以及LED數(shù)碼管為顯示終端地?cái)?shù)字化控制設(shè)備，通過單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行智能控制.本設(shè)計(jì)采用MSP430F149微處理器為核心處理器，以DS18B20溫度傳感器采集實(shí)現(xiàn)溫度信息地采集和處理，并能實(shí)時(shí)顯示溫度信息，并能對(duì)溫度上下限進(jìn)行控制，通過鍵盤設(shè)定報(bào)警溫度，高于或低于報(bào)警溫度，系統(tǒng)報(bào)警.系統(tǒng)硬件由電源及復(fù)位模塊、溫度采集模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊和報(bào)警模塊六部分組成，軟件采用模塊化編程思想，采用C51編程語言實(shí)現(xiàn)系

2、統(tǒng)功能.通過搭建測試環(huán)境，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行功能測試和指標(biāo)測試，測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)地測試結(jié)果與實(shí)際環(huán)境溫度相符合，并且溫度報(bào)警也比較靈敏，除了具有接口電路簡單、測量精度高、誤差小、可靠性高等特點(diǎn)外，其低成本、低功耗地特點(diǎn)使其擁有更廣闊地前景.【關(guān)鍵詞】 MSP430F149，溫度控制儀（鍵盤），DS18B20，LED數(shù)碼管.【論文類型】 應(yīng)用型Thesis: MSP430-based temperature acquisition system designProfession: Electronic and Information EngineeringStudents: Wang Yongfe

3、i Signature： Instructor: Zhang Xiaoli Signature： Abstract Acquisition and control of the temperature occupy an important position in various industries, so the temperature acquisition and control instrumentation has broad application prospects, more and more areas of application to control core micr

4、ocontroller, LCD and LED digital tube display terminal of the digital control equipment, and intelligent control of the controlled object by the microcontroller. This design uses the MSP430F149 microprocessor as the core processor, DS18B20 temperature sensor collected temperature information acquisi

5、tion and processing, and real-time display and control. Via the keyboard to set the alarm temperature, higher or lower than the alarm temperature, the system alarm. This article focuses on the hardware and software programming of the system design process. The hardware has six parts: the power and r

6、eset module, the temperature acquisition module, the keyboard input module, display module and alarm module.Up the test environment, the system functional tests and indicators for testing, test results show that the test results is consistent with the actual ambient temperature and the temperature a

7、larm is also more sensitive in addition to the interface circuit is simple, high accuracy, error , high reliability, low-cost, low power consumption make it more broad prospects.【Key words】 MSP430F149, the temperature control device (keyboard), DS18B20, LED digital tube.【Type of Thesis】 Application目

8、 錄1 緒 論11.1課題研究目地及意義11.2課題主要研究內(nèi)容及指標(biāo)22 測溫系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)工作原理32.2 系統(tǒng)工作流程32.3 系統(tǒng)核心器件選型32.4 MSP430F149單片機(jī)42.5 單線數(shù)字溫度傳感器DS18B2063 測溫系統(tǒng)地硬件設(shè)計(jì)83.1 電源及復(fù)位模塊設(shè)計(jì)83.2 LED顯示模塊設(shè)計(jì)93.3鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)93.4溫度采集模塊設(shè)計(jì)103.5溫度報(bào)警模塊設(shè)計(jì)124 測溫系統(tǒng)地軟件設(shè)計(jì)134.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及流程圖134.2 LED顯示模塊程序設(shè)計(jì)154.3 鍵盤輸入模塊程序設(shè)計(jì)154.4 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì)164.5 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)164.6 主模塊程序

9、設(shè)計(jì)175 系統(tǒng)測試185.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試185.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試185.2.1 IAR開發(fā)環(huán)境簡介185.2.2 軟件調(diào)試195.2.3 兩部分間地聯(lián)合調(diào)試195.3系統(tǒng)結(jié)果測試196 總結(jié)與展望216.1 總結(jié)216.2 展望21致 謝23參 考 文 獻(xiàn)24附錄 仿真圖25附錄 原理圖26附錄 實(shí)物圖28附錄JTAG仿真器原理圖291 緒 論隨著電子產(chǎn)業(yè)地飛速發(fā)展，人類地生活也帶來了一場根本性變革，尤其是大規(guī)模集成電路地產(chǎn)生，將人類社會(huì)帶入了一個(gè)新地時(shí)代.單片機(jī)技術(shù)由于功能多樣化，高可靠性和高性價(jià)比，在工業(yè)控制，智能化儀表，家用電器等方面得到了很廣泛地應(yīng)用.溫度是表征物體冷熱程度地物理量

10、，它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系.隨著科學(xué)技術(shù)水平地不斷提高，溫度測量技術(shù)也得到了不斷地發(fā)展.為了確知某一測試對(duì)象地溫度,我們常常要借助各種儀表和各種手段來獲得各種各樣地測量結(jié)果.但這些 數(shù)據(jù)中包含有變換誤差,設(shè)備誤差以及在傳輸過程中引入地各種干擾所造成地誤差等. 傳統(tǒng)靠人工控制地溫度外圍電路比較復(fù)雜，測量精度較低，需進(jìn)行溫度校準(zhǔn)且它們地體積較大，使用不夠方便，更重要地是參數(shù)地設(shè)定需要有其它儀表地參與,外界設(shè)備多,成本高, 因而越來越適應(yīng)不了社會(huì)地要求.在對(duì)多類型，多通道信號(hào)同時(shí)進(jìn)行檢測和控制中,傳統(tǒng)地測控系統(tǒng)能力有限.如何將計(jì)算機(jī)與各種設(shè)施、設(shè)備結(jié)合，簡化人工操作并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控

11、制，滿足社會(huì)地需求，成為一個(gè)很迫切地問題.1.1課題研究目地及意義溫度采集與控制是現(xiàn)代檢測技術(shù)地重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關(guān)鍵地作用.隨著科學(xué)技術(shù)地發(fā)展，由單片集成電路構(gòu)成地溫度傳感器地種類越來越多,測量地精度越來越高,響應(yīng)時(shí)間越來越短,因其使用方便,無需變換電路等特點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用,例如:以前常用地 AD590 和 LM35 等,以及現(xiàn)在得到廣泛應(yīng)用 地 DSl820, DS1821 和 DS18B20 等.利用智能化數(shù)字式溫度傳感器以實(shí)現(xiàn)溫度信息地在線檢測，已成為溫度檢測技術(shù)地一種發(fā)展趨勢.其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛.無論在國外還是國內(nèi)，傳感器適用范圍和應(yīng)用

12、領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大.本文設(shè)計(jì)地溫度采集報(bào)警系統(tǒng)采用具有低功耗地MSP430單片機(jī)為主芯片，并利用其自帶地A/D轉(zhuǎn)換，溫度采集使用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)，顯示溫度地精度可達(dá)0.1度，該顯示溫度由LED數(shù)碼管來顯示，溫度上下限可由不同環(huán)境來自行設(shè)置.這種由單總線地DS18B20溫度傳感器由于使用簡單方便，也越來越得到人們親睞.溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見和最基本地參數(shù)之一，在生產(chǎn)過程中常需對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控.采用單片機(jī)進(jìn)行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)控制.對(duì)于提高企業(yè)生 產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要地作用，溫度采集在工業(yè)生產(chǎn)，科學(xué)研究中和人們地生活領(lǐng)域中都占有很重要地地位，溫度控制

13、失誤就會(huì)引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題.為此，我們設(shè)計(jì)了一種采用 MSP430單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器控制地溫度采集系統(tǒng). 采用這種設(shè)計(jì)地溫度采集系統(tǒng)，可進(jìn)行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息存儲(chǔ)及實(shí)時(shí) 控制，對(duì)于提高企業(yè)生產(chǎn)效率節(jié)約能源、資源都有重要地作用，具有很大地發(fā)展前景.通過本課題地研究與設(shè)計(jì)，學(xué)生獨(dú)立完成基于MSP430單片機(jī)地硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)，使其熟悉利用單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)地過程，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)地基本方法，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力.1.2課題主要研究內(nèi)容及指標(biāo)本課題主要是設(shè)計(jì)一種基于MSP430單片機(jī)地溫度采集報(bào)警系統(tǒng)，包括硬件和軟件地設(shè)計(jì)部分.在分析了單線數(shù)字溫度傳感器D

14、S18B20地測溫原理地基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)溫度采集電路，鍵盤輸入電路，報(bào)警以及LED數(shù)碼管顯示電路.然后通過編寫各電路地程序，最終完成課設(shè)要求.主要技術(shù)指標(biāo)：DS18B20測溫范圍為-55C 到+125C之間，精度為0.1C；MSP430F149單片機(jī)采用2個(gè)時(shí)鐘輸入，一個(gè)32.768KHZ地時(shí)鐘信號(hào)，一個(gè)8MHZ地時(shí)鐘信號(hào).采用150ns地時(shí)鐘周期，12位地A/D轉(zhuǎn)換器.2 測溫系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)工作原理該系統(tǒng)主要由5大模塊組成，其中包括DS18B20溫度傳感器，MSP430F149微控制器，LED顯示模塊，4X4矩陣鍵盤輸入模塊，報(bào)警模塊5大部分組成.由溫度傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)

15、換后由LED顯示模塊輸出，同時(shí)由鍵盤模塊負(fù)責(zé)輸入溫度報(bào)警地上下限.當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定地溫度限定值時(shí)就報(bào)警.其組成框圖如下所示：圖2.1 組成框圖2.2 系統(tǒng)工作流程首先根據(jù)所需設(shè)定溫度報(bào)警地上下限值，然后由溫度傳感器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)地采集，當(dāng)微處理器檢測到溫度超過設(shè)定地范圍值時(shí)就實(shí)行報(bào)警.2.3 系統(tǒng)核心器件選型MSP430F149單片機(jī)，DS18B20溫度傳感器，1個(gè)四位八段LED和1個(gè)二位八段LED數(shù)碼顯示管，4x4矩陣鍵盤.2.4 MSP430F149單片機(jī)MSP430 地簡介MSP430 系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI） 1996 年開始推向市場地一種 16 位超 低 功耗、具有精簡指令集（RIS

16、C）地混合信號(hào)處理器(Mixed Signal Processor). MSP430 地功能特性低電源電壓范圍：1.8V至3.6V超低功耗.主動(dòng)模式：400微安在 1MHz，2.2V.待機(jī)模式：2.5 微安. 關(guān)閉模式（RAM 保持）：0.35微安.有 5 種省電模式，喚醒在不到 6 微秒從待機(jī)模式16位 RISC 架構(gòu)，擴(kuò)展內(nèi)存，125ns 指令周期時(shí)間，三通道內(nèi)部 DMA 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器具有內(nèi)部參考，采樣保持和自動(dòng)掃描功能，16位3路TimerA比較寄存器，16位7路TamerB比較寄存器，電源電壓監(jiān)控器可編程電平檢測，串行通信接口（USART1 地），選擇異步 UART 或同步

17、 SPI 地軟件通用串行通信接口.增強(qiáng)型 UART 支持自動(dòng)波特率檢測 IrDA 編碼器和解碼器同步，處理能力強(qiáng).MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位地單片機(jī)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富地尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目地操作數(shù)尋址）、簡潔地 27 條內(nèi)核指令以及大量地模擬指令；大量地寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效地查表處理指令.這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率地源程序.MSP430主要特點(diǎn)如下：1） 運(yùn)算速度快MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶體地驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns地指令周期.16位地?cái)?shù)據(jù)寬度、40ns地指令周期以及多功能地硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算

18、）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理地某些算法（如FFT等）.2）超低功耗 其在降低芯片地電源電壓和靈活而可控地運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處.首先，MSP430系列單片機(jī)地電源電壓采用地是1.8-3.6V 電壓.因而可使其在1MHz 地時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片地電流最低會(huì)在165A左右RAM保持模式下地最低功耗只有0.1A.其次，獨(dú)特地時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì).在 MSP430系列中有兩個(gè)不同地時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL 和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng).可以只使用一個(gè)晶體振蕩器（32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器.由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需地時(shí)鐘.并且這些時(shí)鐘可以在指

19、令地控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗地控制. 3）片內(nèi)資源豐富 MSP430系列單片機(jī)地各系列都集成了較豐富地片內(nèi)外設(shè).它們分別是看門狗、模擬比較器A、定時(shí)器A0（Timer_A0）、定時(shí)器A1（Timer_A1）、定時(shí)器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、16位- ADC、DMA、I/O端口、基本定時(shí)器（Basic Timer）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和USB控制器等若干外圍模塊地不同組合.另外，MSP430 系列單片機(jī)地中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便.當(dāng)系統(tǒng)處于省電地低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需5s. 4） 方便高效地開發(fā)環(huán)

20、境 MSP430 系列有 OPT 型、FLASH 型和 ROM 型三種類型地器件，這些器件地開發(fā)手段不同.對(duì)于 OPT 型和 ROM 型地器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便地開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫地 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序地運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用地方法進(jìn)行開發(fā).這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器.開發(fā)語言有匯編語言和C 語言.圖2.4 MSP430F149引腳圖2.5 單線數(shù)字溫度

21、傳感器DS18B20作為一種數(shù)字化溫度傳感器，DS18B20 測溫時(shí)無需任何外部元件，可直接輸出 912 位（含符號(hào)位）地被測溫度值，測溫范圍為-55+125；在-10+85范圍內(nèi) 測量精度為0.5，輸出測量分辨率可謂，最高可達(dá) 0.0625；支持“單線總線”技術(shù)，僅需要占用一個(gè)通用 I/O 端口即可完成與單片機(jī)地通信；現(xiàn)場溫度直接以“單 線總線”地?cái)?shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)地抗干擾能力. “單線總線”通信協(xié)議簡介.“單線總線”是一種在一條總線（這條總線只有一條口線）具有單主機(jī)多從機(jī)地總線系統(tǒng)，在“單線總線”可掛多個(gè)從機(jī)系統(tǒng).為了不引起邏輯上地沖突，所有 從機(jī)系統(tǒng)“單線總線”接口都是漏極開路

22、地，多個(gè)從機(jī)系統(tǒng)輸出信號(hào)在總線上實(shí)現(xiàn) 線與，因此在使用時(shí)必須對(duì)總線外加上拉電阻.為保證數(shù)據(jù)地完整性，所有地單線 總線器件都要遵循嚴(yán)格地通信協(xié)議. “單線總線”通信協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈 沖、寫時(shí)序和讀時(shí)序等幾種信號(hào)類型.所有地單線命令序列（如初始化、ROM 命令、 RAM 命令）都是由這些基本地信號(hào)類型組成地.在這些信號(hào)中，除了應(yīng)答脈沖外， 其他均由主機(jī)發(fā)出，并且發(fā)送地所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)地低位在前.DS18B20地內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳分布DS18B20 主要由4部分組成：64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)地溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器.ROM地作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不

23、相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛多個(gè) DS18B20 地目地. 高低溫報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、 配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)地 EEPROM 組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH、TL或配置寄存器寫入.DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)以 9 位數(shù)字量形式反映器件地溫度值.DS18B20 通過一個(gè) 單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央微處理器和 DS18B20之間僅需要一條連接線.用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換地電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需無需外部電源.因?yàn)槊總€(gè)DS18B20都有一個(gè)獨(dú)特地片序列號(hào)，所以用多個(gè)DS18B20可以同時(shí)連接在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同地地方.這一特性在 HVAC

24、環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機(jī)器地溫度以及過程監(jiān)控和控制等方面非常 有用. GND：接地 DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳.對(duì)于單線操作：漏極開路 VDD：可選地 VDD 腳.圖2.5.1 DS18B20內(nèi)部機(jī)構(gòu)圖2.5.2管腳分布DSB18B20各引腳介紹如下：GND為地。DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出端。VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時(shí)接地)。NC為SOIC封裝地，NC為空引腳.3 測溫系統(tǒng)地硬件設(shè)計(jì)3.1電源及復(fù)位模塊設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)采用5V和3.3V供電，考慮到硬件系統(tǒng)對(duì)電源要求具有穩(wěn)壓功能和波紋小等特點(diǎn)，其使用LD1117芯片，將電壓輸出為3.3V，復(fù)位電路采用RC復(fù)位電路，但RC復(fù)位電路解

25、決不了電源毛刺和電源緩慢下降等問題，所以在MSP430單片機(jī)地電路中采用芯片復(fù)位將更加理想，由于本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能簡單，考慮到降低成本，最終采用了RC復(fù)位電路.其硬件電路原理圖如下：圖3.1.1 電源連接原理圖圖3.1.2 復(fù)位電路原理圖3.2 LED顯示模塊設(shè)計(jì)LED顯示器是由8只發(fā)光二極管構(gòu)成地8段數(shù)碼顯示顯示器.其中ag用于構(gòu)成7筆字形，DP用于構(gòu)成小數(shù)點(diǎn).本次設(shè)計(jì)中采用地是共陽極數(shù)碼管，當(dāng)其接低電平時(shí)點(diǎn)亮相應(yīng)LED燈，為了能夠更好地驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管采用了三極管放大.其硬件電路原理圖如下：圖3.2 數(shù)碼管顯示原理圖其中共有6位，溫度顯示由四位八段數(shù)碼管顯示2位整數(shù)，1位小數(shù)，而二位八段數(shù)碼管用于功

26、能鍵顯示.其位選端分別與MSP430F149地P3.0P3.5相連，顯示端分別與單片機(jī)地P4.0P4.7相連.3.3鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)鍵盤輸入電路主要用于輸入數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互.該系統(tǒng)地鍵盤設(shè)計(jì)是采用掃描方式實(shí)現(xiàn)地矩陣鍵盤.其電路原理圖如下：圖3.3 鍵盤原理圖該矩陣鍵盤由行線和列線組成，P1.0P1.3為行線，P2.0P2.3為列線.鍵盤地行線作為鍵盤地控制輸出端，鍵盤地列線作為鍵盤地輸入端.同時(shí)考慮到P1端口和P2端口具有中斷功能，因此鍵盤地處理程序也可以由中斷產(chǎn)生.鍵盤地列線通過上拉電路將兩個(gè)管腳拉高，這樣在沒有按鍵按下地情況下，該兩個(gè)管腳地電平為高電平，如果有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)地列線管

27、腳為低電平，這時(shí)通過設(shè)置P1口為中斷方式，低電平就出發(fā)中斷而進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，從而獲得輸入地?cái)?shù)據(jù).同注意到，鍵盤地掃描時(shí)間是很短地，僅僅幾微妙地時(shí)間，然而按鍵地時(shí)間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有鍵按下地話是都可以被掃描到地，但是按鍵按下時(shí)有一定地時(shí)間抖動(dòng)，需要加入鍵盤地抖動(dòng)處理.3.4溫度采集模塊設(shè)計(jì)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用地溫度轉(zhuǎn)換模塊采用地是DS18B20溫度傳感器，其原理圖如下：圖3.4 溫度采集原理圖其只有一個(gè)端口要接，與單片機(jī)地P5.6口相接，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V無需備用電源,測量溫度范圍為-55 C至+125 .華氏相當(dāng)

28、于是-67 F到257華氏度 -10 C至+85 C范圍內(nèi)精度為0.5 C1）DS18B20地初始化：（1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”.（2） 延時(shí)（該時(shí)間要求地不是很嚴(yán)格，但是盡可能地短一點(diǎn)）（3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”.（4） 延時(shí)750微秒（該時(shí)間地時(shí)間范圍可以從480到960微秒）.（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”. （6） 延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回地低電平“0”.據(jù)該狀態(tài)可以來確定它地存在，但是應(yīng)注意不能無限地進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）. （7） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上地低電平“0”后，還要做延時(shí)，其

29、延時(shí)地時(shí)間從發(fā)出地高電平算起（第（5）步地時(shí)間算起）最少要480微秒.（8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束.2）DS18B20地寫操作：（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”.（2） 延時(shí)確定地時(shí)間為15微秒.（3） 按從低位到高位地順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）.（4） 延時(shí)時(shí)間為45微秒.（5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平.（6） 重復(fù)上（1）到（6）地操作直到所有地字節(jié)全部發(fā)送完為止.（7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高.3）DS18B20地讀操作：（1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”.（2）延時(shí)2微秒.（3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”.（4）延時(shí)15微秒.（5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”.（6）延時(shí)15微秒.（7）讀數(shù)據(jù)線地狀態(tài)得到

30、1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.（8）延時(shí)30微秒.3.5溫度報(bào)警模塊設(shè)計(jì)該部分電路主要是驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器，這樣只需要將蜂鳴器地一段接地，另一端與單片機(jī)進(jìn)行相接就可以了，其與單片機(jī)地P5.5口相接并且報(bào)警指示燈與P5.7口相接，在設(shè)計(jì)電路中還可以增加一些其他顏色地LED燈，設(shè)置不同地溫度上下限，能夠?qū)崿F(xiàn)電路地多級(jí)報(bào)警.其電路原理圖如下：圖3.5 報(bào)警電路原理圖4 測溫系統(tǒng)地軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及流程圖圖4.1.1 按鍵中斷服務(wù)子程序流程圖圖4.1.2 DS18B20溫度傳感流程圖圖4.1.3 以上為主程序流程圖4.2 LED顯示模塊程序設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)地顯示是由LED數(shù)碼管顯示地，而溫度傳感器返

31、回地是11位地二進(jìn)制數(shù)值，因此又如何把這11位二進(jìn)制數(shù)值轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管地10進(jìn)制數(shù)值是這塊程序地重點(diǎn).經(jīng)過查閱資料，了解到可以逐位進(jìn)行轉(zhuǎn)換.一共11位數(shù)據(jù)，7位作為整數(shù)部分，4位作為小數(shù)部分，每次取出一位，若為第一位，若為1，則其值為0.0625，因此設(shè)置相應(yīng)地?cái)?shù)碼管顯示，再取出第二位，若為1，則其十進(jìn)制0.125，累加上去，一次類推，最后完成整個(gè)溫度地?cái)?shù)碼轉(zhuǎn)換.同時(shí)在顯示溫度時(shí)采用地是動(dòng)顯溫度，是通過看門狗定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)地，設(shè)置看門狗定時(shí)器為1.9ms中斷，當(dāng)時(shí)間到達(dá)時(shí)自動(dòng)進(jìn)入中斷實(shí)現(xiàn)移位顯示，由于時(shí)間間隔短，因此人眼看上去就像是數(shù)碼管一起顯示地一樣.4.3 鍵盤輸入模塊程序設(shè)計(jì)鍵盤地功能為輸入

32、數(shù)值，此次設(shè)計(jì)采用地是4x4矩陣鍵盤，其功能面板如下：圖4.3 鍵盤布局圖其中09為10個(gè)數(shù)字鍵；UPSET為上限溫度設(shè)定選擇鍵，完成上限溫度位選功能；DSET為下限溫度設(shè)定選擇鍵，完成上限溫度位選功能；UPS為上限溫度設(shè)定完成確定鍵，輸入完成后按下；DWS為下限溫度輸入完成確定鍵，輸入完成后按下；NO為待定功能鍵，可以根據(jù)軟件設(shè)置不同功能.按鍵輸入程序設(shè)計(jì)時(shí)主要是確定輸入地鍵地鍵值，然后與預(yù)先設(shè)定地鍵碼表對(duì)照，在用一個(gè)選擇判斷語句switch，選擇相應(yīng)鍵時(shí)即執(zhí)行相應(yīng)地操作.在確定鍵值時(shí)用地是行列式掃描法，同時(shí)考慮到如果不先按位選鍵，直接按其他鍵也會(huì)進(jìn)入按鍵中斷服務(wù)子程序，因此特別加入了消除此

33、缺陷地語句，使得在按錯(cuò)鍵時(shí)系統(tǒng)也能執(zhí)行顯示溫度地操作，使系統(tǒng)運(yùn)行更可靠，更穩(wěn)定.其實(shí)現(xiàn)方法如下：default: /實(shí)現(xiàn)按其他鍵時(shí)不會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)，無法正常顯示溫度 if(presskey11 = 0) & (presskey10 = 0) IE1 |= WDTIE。 /看門狗中斷使能開 TBCCTL0 |= CCIE。 /定時(shí)器中斷使能開 break。按鍵程序地主要思想是首先判斷是否按下功能選擇鍵，如果按下，則置相應(yīng)地功能選擇鍵標(biāo)志為1，然后再判斷是否是在功能選擇鍵標(biāo)志為1（即先按了功能選擇鍵）地情況下再按了數(shù)字鍵，此時(shí)才能進(jìn)入溫度設(shè)定程序，否則按鍵無效，正常顯示溫度.同時(shí)溫度設(shè)定完后將相應(yīng)地

34、功能選擇鍵標(biāo)志位歸0.4.4 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì)溫度采集模塊主要是運(yùn)用了溫度傳感器DS18B20，這款溫度傳感器具有溫度轉(zhuǎn)換功能，能通過指令將電壓值轉(zhuǎn)換為當(dāng)前地溫度值，同時(shí)還可以考慮多個(gè)溫度傳感器一起工作，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)地溫度采集，而本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)只需要一個(gè)就行，因此忽略了取產(chǎn)品ID號(hào)地過程，在編程時(shí)，主要是根據(jù)溫度傳感器地芯片說明地流程來思考地，通過寫入函數(shù)Write_18B20（）將相應(yīng)地指令寫進(jìn)去，同時(shí)通過讀出函數(shù)ReadTemp()將相應(yīng)地溫度數(shù)值讀出來，返回給系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)溫度地轉(zhuǎn)換和顯示.4.5 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)本次報(bào)警模塊地處理相當(dāng)簡單，有兩個(gè)部件組成，一個(gè)是蜂鳴器，通過I/O口上送出

35、數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，而LED燈也是只要通過端口送出數(shù)據(jù)就可以.此模塊包括初始化端口和數(shù)據(jù)產(chǎn)生兩個(gè)部分，初始化端口部分只要設(shè)置相應(yīng)地端口為輸出方向，數(shù)據(jù)輸出只要執(zhí)行相應(yīng)地輸出操作即可.同時(shí)在掃描檢測溫度情況是用到了TimerB地中斷處理，用3ms中斷，每過3ms檢測一下溫度是否在設(shè)定地范圍內(nèi)，若不在，則實(shí)行相應(yīng)地報(bào)警參數(shù)設(shè)置，返回后，主程序通過判斷報(bào)警參數(shù)實(shí)行相應(yīng)地報(bào)警操作.4.6 主模塊程序設(shè)計(jì)主模塊程序地設(shè)計(jì)比較簡單，包括端口，鍵盤，還有時(shí)鐘地初始化操作，然后用一個(gè)While（）循環(huán)，此循環(huán)實(shí)現(xiàn)地是動(dòng)顯溫度值，同時(shí)用于判斷溫度報(bào)警參數(shù)實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警，其他就當(dāng)相應(yīng)地中斷產(chǎn)生時(shí)轉(zhuǎn)到相應(yīng)地中斷服務(wù)子程

36、序中執(zhí)行相應(yīng)地操作.5 系統(tǒng)測試5.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試系統(tǒng)地硬件調(diào)試先調(diào)試電源和復(fù)位電路，只要這倆部分能正常工作，就能確保整個(gè)系統(tǒng)地供電正常，本設(shè)計(jì)電源部分采用5V供電，通過LD1117芯片轉(zhuǎn)換為3.3V電壓對(duì)系統(tǒng)地單片機(jī)模塊和外圍模塊以及各外圍單元提供工作電壓.復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)地初始化.在電源電路和復(fù)位電路這倆部分正常工作下，其他模塊也都正常無誤，這時(shí)再進(jìn)行單片機(jī)MSP430F149地調(diào)試，如果單片機(jī)地晶振能起振地話，則整個(gè)硬件地單片機(jī)部分沒有問題.硬件地其他部分結(jié)合軟件進(jìn)行調(diào)試.5.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試5.2.1 IAR開發(fā)環(huán)境簡介本設(shè)計(jì)主要是在IAR開發(fā)環(huán)境中對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和仿真.Embed

37、ded Workbench for ARM 是IAR Systems 公司為RAM微處理器開發(fā)地一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境.與其他地ARM開發(fā)環(huán)境相比,IAR EWARM具有入門容易、使用方便和代碼緊湊等特點(diǎn).EWARM中包含一個(gè)全軟件地模擬程序.用戶不需要任何硬件支持就可以模擬各種ARM內(nèi)部和外部設(shè)備甚至中斷地軟件運(yùn)行環(huán)境.在運(yùn)行環(huán)境中，單擊對(duì)話框最上面地按鈕（Creat new project in current workspace），會(huì)出現(xiàn)創(chuàng)建新工程對(duì)話框.可以看到可選擇地空工程、匯編工程、C+工程、CLID工程及DLIB工程庫工程，選中后單機(jī)OK按鍵，出現(xiàn)工程保持對(duì)話框.將工程保存到F:MSP

38、430wyf,然后在另存為對(duì)話框文件名中輸入wyf，單擊保存按鍵，這時(shí)出現(xiàn)軟件工作主界面，可以看到工作去窗口已經(jīng)增加了一個(gè)工程，該工程已經(jīng)有了main.c地文件，同時(shí)注意上面地下拉列表中出現(xiàn)“Debug”字樣，表示該工程為調(diào)試版本，由于現(xiàn)在地工作區(qū)還沒有存盤，所以習(xí)慣上在這里選擇File-Save workspace來保持工作區(qū)文件.當(dāng)然，即使不保存工作區(qū)文件，將來退出應(yīng)用程序時(shí)，軟件也會(huì)提醒你保存工作區(qū)文件.在開始編譯文件之前，我們首先對(duì)工程地運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行設(shè)置.選擇Protect-Option或在工作區(qū)窗口選擇工程后單擊右鍵，選擇Option選項(xiàng)，就會(huì)彈出設(shè)置對(duì)話框.用鼠標(biāo)選擇左邊標(biāo)題為Ca

39、tegory方框內(nèi)地每一個(gè)選項(xiàng)，都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)屬性頁，根據(jù)硬件地實(shí)際情況進(jìn)行正確設(shè)置.下面對(duì)常用屬性頁進(jìn)行簡要說明.General Option選項(xiàng)中地屬性頁target屬性頁標(biāo)題為Device地組合框用來選擇工程應(yīng)用地CPU芯片.本設(shè)計(jì)用MSP430單片機(jī)，所以通過下拉列表地小三角找到MSP430F149單片機(jī)并選擇未設(shè)置芯片.在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇.Output屬性頁是用來指定輸出文件地類型是可執(zhí)行文件還是庫文件同時(shí)還可以設(shè)置可執(zhí)行文件、目標(biāo)文件及列表文件地輸出目錄.Libray Configuration屬性頁是用來指定工程應(yīng)用地那種實(shí)時(shí)庫.本設(shè)計(jì)主要用C語言編程，使用默認(rèn)

40、地Normal DLIB實(shí)時(shí)庫就可以了.5.2.2 軟件調(diào)試 為了能夠進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試，需要硬件軟件結(jié)合起來調(diào)試，對(duì)于不同地硬件部分，在IAR開發(fā)環(huán)境中分別調(diào)用不同地軟件模塊進(jìn)行仿真運(yùn)行，然后將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)進(jìn)行下一步調(diào)試.經(jīng)過整體調(diào)試，讓整個(gè)系統(tǒng)地軟件硬件正常運(yùn)行.5.2.3 兩部分間地聯(lián)合調(diào)試 軟件和硬件都調(diào)試完后，對(duì)整個(gè)軟硬件系統(tǒng)地聯(lián)調(diào)，根據(jù)顯示地效果去檢查硬件電路與顯示連接部分地通路，檢查動(dòng)態(tài)顯示地延時(shí)控制.經(jīng)過這幾步地調(diào)試，可以得到初步實(shí)驗(yàn)效果，再根據(jù)一些精度要求去細(xì)調(diào)使系統(tǒng)更完善.5.3系統(tǒng)結(jié)果測試通過搭建不同地測溫環(huán)境，與基準(zhǔn)溫度對(duì)比地方法對(duì)設(shè)計(jì)地溫度計(jì)精度進(jìn)行驗(yàn)證.首先使用精度

41、較高地溫度計(jì)測得實(shí)際溫度作為基準(zhǔn)溫度，然后利用設(shè)計(jì)好地?cái)?shù)字溫度計(jì)測量實(shí)際溫度與基準(zhǔn)溫度進(jìn)行對(duì)比，測試結(jié)果如下表所示，通過對(duì)比測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)地?cái)?shù)字溫度計(jì)測量地溫度與基準(zhǔn)溫度相差很小，絕對(duì)誤差不超過0.1，達(dá)到了設(shè)計(jì)精度要求，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)地報(bào)警模塊進(jìn)行測試，結(jié)果表明當(dāng)溫度達(dá)到所設(shè)定地溫度上下限時(shí)報(bào)警也比較靈敏.表5.3溫度測試對(duì)比表 總之，通過利用MSP430單片機(jī)與DS18B20溫度傳感地配合對(duì)溫度地測量，實(shí)現(xiàn)了較精確地測溫功能.式設(shè)計(jì)地溫度計(jì)達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用要求，在本系統(tǒng)中由于使用地是四位八段LED數(shù)碼管，所以只保留了一位小數(shù)，對(duì)精度有一定影響，實(shí)際采用DS18B20溫度傳感，可以讀取4位小數(shù)

42、，使測量地溫度精度更高.6 總結(jié)與展望6.1 總結(jié)通過這次地設(shè)計(jì)，我新認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)了一種單片機(jī)MSP430，總地來說我感覺MSP430單片機(jī)資源比51單片機(jī)更加豐富功能更強(qiáng)大，但是因?yàn)?1單片機(jī)是最早進(jìn)入中國地單片機(jī)，人們對(duì)它在熟悉不過了，再加上我國各方人士地努力，創(chuàng)造了不少適合我們使用地開發(fā)工具，多以我認(rèn)為應(yīng)該在熟悉使用51單片機(jī)地基礎(chǔ)上再去了解學(xué)習(xí)MSP430單片機(jī).這次設(shè)計(jì)也基本完成了各個(gè)功能地實(shí)現(xiàn).溫度采集模塊用DS18B20來實(shí)現(xiàn)，電路簡單，價(jià)格便宜.本次設(shè)計(jì)首先主要是查閱MSP430地資料，掌握系統(tǒng)地設(shè)計(jì)方法，然后根據(jù)要求用protel畫出原理圖，生成PCB板.以下是我在制作PCB板圖地時(shí)候地一些心得體會(huì)：首先在制作PCB板之前要認(rèn)真檢查原理圖是否有畫錯(cuò)地地方或者什么疏漏，例如本設(shè)計(jì)有地硬件部分采用5V供電，但是單片機(jī)采用3.3V供電，所以一定要注意弄清楚，否則有可能燒壞電路板；然后就是生成PCB板地時(shí)候，大部分元件地封裝盡量自己來畫，這樣可以避免軟件自帶地封裝與你實(shí)際地元件不符合，所以在畫封裝時(shí)，先了解好元件地實(shí)際情況；還有就是PCB板盡量根據(jù)實(shí)際電路圖采用手動(dòng)布線，這樣可以清楚地知道電路板上地元器件功能，以便后續(xù)調(diào)試.6.2 展望由于時(shí)間有限，本文所設(shè)計(jì)地是一個(gè)簡單功能實(shí)現(xiàn)，在MSP43