基于MSP430的低功耗便攜式測溫儀設(shè)計

基于MSP430的低功耗便攜式測溫儀設(shè)計摘要:溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究的重要的測量參數(shù)之一。高度集成、低功耗、可編程以及數(shù)字化是現(xiàn)代電子檢測技術(shù)的發(fā)展方向，因此，便攜式溫度測量儀在國內(nèi)外得到廣泛的研究與應(yīng)用。本文設(shè)計了一種基于MSP430F435單片機的低功耗便攜式測溫儀,該測溫儀采用熱電阻傳感器PTl00，16位高集成度、超低功耗單片機MSP430F435，實現(xiàn)對溫度信號的采集和處理。該儀表能夠連續(xù)多點測溫，具有記憶功能。其結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、測量精度高、功耗低、便攜性好、功能齊全、適用場合廣泛等特點，滿足了現(xiàn)代化的工業(yè)發(fā)展需求。關(guān)鍵詞:溫度測量儀，MSP430F435,單片機，傳感器，低功耗DesignofLow-powerConsumptionPortableMultifunctionalTemperatureMeasurerBasedonMSP430Abstract:Thetemperatureisanoneofimportantmeasurementparameterinindustryandagricultureproduction,scienceresearchandnewtechnologydevelopmentprocess．Themodernelectrondetectingtechnologyisdevelopingtowardthedirectionofhighlevelofintegration,So,aportabletemperaturemeasuringinstumenthasbeenwidelyresearchandapplicationathomeandabroad.Basedonthis,thethermometerusesthethermalresistancesensorPTl00，16positionhighintegrationandultralowpowerconsumptionmonolithicintegratedcircuitMSP430F435，whichachievetemperaturesignalgatheringandprocessing．Theinstrumentcapableofcontinuousmultipointtemperature,withmemory,printandotherfunctions.Thethermometerconformstheneedsofmodernindustrialdevelopment,whichhasalotofcharacteristics,suchassimplestructure,stableandreliablework,highmeasuringaccuracy,lowpowercomsumption,goodportabilityfullyfunctionsandwidelyaplicableoccasions,andsoon.Keywords:temperaturemeasurer,MSP430F435,singlechipmicrocomputer,sensor,lowpowerconsumption頁共35頁1緒論21世紀是以知識經(jīng)濟為特征的信息時代，在國民經(jīng)濟發(fā)展中，儀器儀表的作用被越來越看重，著名科學家王大珩、楊家墀、金國藩曾指出“儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的重要部分，是信息工業(yè)的源頭”[1]。儀器儀表在生產(chǎn)發(fā)展、科學研究以及人們的日常生活中有著十分重要的作用。隨著微型計算機技術(shù)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，儀器儀表朝著高集成度、低功耗、便攜式、可編程以及數(shù)字化的方向發(fā)展。為了對傳統(tǒng)儀器儀表進行更新升級，近些年各研究和使用單位正致力于智能儀表的開發(fā)和應(yīng)用工作。溫度是關(guān)于物體冷熱程度的度量，是自然界主要的物理量之一，而溫度測量是工農(nóng)業(yè)、國防和科研等部門最普遍的測量項目，溫度在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學探討、醫(yī)學研究及高新技術(shù)開發(fā)過程中是一個極其普遍而重要的測量參數(shù)，溫度測量儀現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)實驗室，工業(yè)，環(huán)保，衛(wèi)生防疫，倉儲運輸，博物館，溫室等領(lǐng)域，因此提出進行基于MSP430單片機的低功耗便攜式測溫儀設(shè)計，具有重要的實際應(yīng)用價值[2]。1.1溫度測量儀概況1.1.1溫度測量儀原理溫度是表征物體冷熱程度的參數(shù)，它不能像質(zhì)量，長度那樣用直接比較的方法來獲得量值，只能通過物質(zhì)與溫度有關(guān)的其它物理性質(zhì)來測量它，例如物體的體積、粘度、電導率等。溫度測量是通過溫度傳感器來實現(xiàn)的，溫度測量的過程就是通過溫度傳感器將被測對象的溫度值轉(zhuǎn)換成電或者其它形式的信號，傳遞給信號處理電路進行信號處理轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來。一般的溫度測量儀器通常都是由溫度傳感器和信號處理這兩部分組成的，具備檢測以及顯示兩個功能。對于簡單的溫度測量儀來說，檢測和顯示這兩部分是連在一起的，例如水銀溫度計；但是在較為復雜的溫度測量儀中則分成獨立的兩個部分，中間用導線聯(lián)接起來，例如熱電阻或熱電偶是檢測部分，而相應(yīng)的指示和記錄儀表是顯示部分。1.1.2溫度測量儀分類按照對物體測量的不同方式，溫度測量儀可以分為接觸式和非接觸式兩大類型。在測量溫度的時候，測溫儀檢測部分如果直接與被測介質(zhì)直接接觸的則為接觸式溫度測量儀；如果檢測部分沒有與被測介質(zhì)直接接觸，則稱為非接觸溫度測量儀。隨著社會的快速發(fā)展，使得溫度測量的要求也越來越高，目前市場上出現(xiàn)了各種各樣的便攜式溫度測量儀，能滿足不同的測溫需要。隨著電子器件的不斷發(fā)展，便攜式數(shù)字溫度測量儀已逐漸得到應(yīng)用，由于它配有各種樣式的熱電偶和熱電阻探頭，使用時比較方便靈活；另外，便攜式紅外輻射溫度計的發(fā)展也很迅速，裝有微處理器的便攜式紅外輻射溫度計具有存貯和計算的功能，能顯示一個被測表面的多處溫度，或一個點溫度多次測量的平均溫度、最高溫度和最低溫度等不同的參數(shù)。此外，還有多種其它類型的溫度測量儀，例如用晶體管測溫元件和光導纖維測溫元件構(gòu)成的儀表；采用熱象掃描方式的熱象儀，可直接拍攝和顯示被測物體溫度場的熱象圖，可用于檢查大型爐體、發(fā)動機等的表面溫度分布；另外還有利用激光，測量物體溫度分布的溫度測量儀器等。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，采用單片機進行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息存儲及實時控制。對于提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用。1.2測溫儀國內(nèi)外發(fā)展狀況儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，覆蓋范圍包括了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、環(huán)保、國防、文教衛(wèi)生、交通、人民生活等各個方面，在國民經(jīng)濟建設(shè)各行各業(yè)的運行過程中承擔著把關(guān)者和指導者的任務(wù)。現(xiàn)代儀器儀表的發(fā)展水平是國家科技水平和綜合國力的重要體現(xiàn)，近年來，隨著我國能源、化工、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域快速發(fā)展，儀器儀表也提出了更高、更新、更多的要求[3]。電子儀器的發(fā)展，從元器件的使用方面來看，它經(jīng)歷了真空管、晶體管和集成電路三個階段。從工作原理方面來看，電子儀器的發(fā)展經(jīng)歷了模擬式、數(shù)字式、智能式三代[4]：第一代是模擬式電子儀器。它們的基本結(jié)構(gòu)是電磁式的，基于電磁測量原理，使用指針來顯示最終的測量結(jié)果。大量指針式的電流表、電壓表、功率表均是典型的模擬式儀器。這一代儀器功能簡單，響應(yīng)速度慢，精度低。第二代是數(shù)字式電子儀器。它們的基本結(jié)構(gòu)中離不開A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，并以數(shù)字形式顯示結(jié)果。它的速度快，精度高，讀數(shù)直觀清晰，并且可以打印輸出，也方便與計算機技術(shù)相結(jié)合。同時在遠距離傳輸方面數(shù)字信號有優(yōu)勢，所以遙測和遙控方面數(shù)字式電子儀器更加適用。第三代是智能儀器。智能儀器是儀器儀表發(fā)展到一定程度后的產(chǎn)物，是一種新型的電子儀器。它是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上用微處理器裝備起來的，是電子儀器與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它具有運算、數(shù)據(jù)存儲、邏輯判斷能力，能隨著被測參數(shù)的變化自己選擇量程，可自動補償、自動校正、自尋故障等，可以做一些需要人類的思考才能完成的工作，它已經(jīng)具備了一定的智能，所以被稱為智能儀器。智能化儀器儀表從出現(xiàn)就顯示了它的強大能力，現(xiàn)已成為如今儀器儀表發(fā)展的一個主要方向。進入21世紀，便攜式測溫技術(shù)在國內(nèi)外都取得了顯著成效。在2003年席卷全國的抗非典斗爭中，中國科學院上海技術(shù)物理研究所，在國家863計劃成果的基礎(chǔ)上，對紅外傳感技術(shù)在非接觸式紅外體溫計的應(yīng)用上進行了深入的研究，在很短時間內(nèi)取得了顯著成果，研發(fā)出非接觸便攜式紅外線測溫儀，寫下了國內(nèi)該領(lǐng)域的新篇章。國內(nèi)便攜式紅外測溫儀主要有：華中科技大學研制的“慧眼HW-05”人體溫度紅外熱圖儀，其分辨率高達0.06℃[5]；中科院上海物理研究所也研制出了紅外線測溫儀[6]；蘭州大學合華技術(shù)應(yīng)用開發(fā)中心開發(fā)的LHW-I紅外線測溫儀[7][8][9]。現(xiàn)在國內(nèi)相關(guān)測溫儀，特別是便攜式測溫儀方面已經(jīng)較成熟，以北京、天津、廣州、深圳、杭州、廈門和西安等城市技術(shù)最為成熟，產(chǎn)品最為普及[10][11][12][13]。然而，這種設(shè)備的測量結(jié)果還有待進一步校正[14[15]]。在溫度測量方面各國均取得了許多可喜的成果，其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計分辨能力可達0.0001℃，理論上可達0.00001℃，而且在-40℃~230℃范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性；我國生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率達到0.0001℃，誤差在0.05℃以內(nèi)，中國航天工業(yè)總公司702所研制的5901(STP-1000)型粘貼式測溫片，其靜態(tài)測溫精度為0.5%，快速響應(yīng)時間小于0.013s[16][17][18]。自1999年開始，就有很多國家致力于該類項目的開發(fā)和研究，至今已經(jīng)有多個國家的產(chǎn)品達到了國際先進水平。主要產(chǎn)品與開發(fā)公司有：德國博朗集團開發(fā)出只需1秒即可測出體溫的紅外體溫計；日本歐姆龍也研制出幾款非接觸式紅外體溫計，BJ40型非接觸式醫(yī)用紅外線體溫計，精確度為-0.2至+0.2；WFHX-68A型便攜式溫度計，分辨率為0.1℃，測量精度為-0.2至+0.2；意大利的THERMOFocus-reg,測量精度為±0.2℃。該類產(chǎn)品產(chǎn)品的應(yīng)用也已經(jīng)十分廣泛，如：美國早在本世紀初初頒布了有關(guān)紅外線測溫計的計量標準，而美國雷泰公司所生產(chǎn)的該類產(chǎn)品已經(jīng)較為完善[19][20][21][22]。1.3主要內(nèi)容該設(shè)計研究了一種超低功耗智能便攜式溫度測量儀，該測溫儀采用熱電阻傳感器ptl00，16位高集成度、超低功耗單片機MSP430F435，實現(xiàn)對溫度信號的采集和處理。通過選用低功耗元件和軟件的優(yōu)化，使得系統(tǒng)總體功耗變得非常低：系統(tǒng)控制在每秒刷新一次，功耗小于90mW，兩節(jié)3V的電池供電，工作電流小于30mA，工作5年不需更換電池；而且測溫范圍寬一50.0℃-500.0℃，精度達到0．2％，且穩(wěn)定度高。第一章緒論，介紹了測溫儀的原理、分類以及國內(nèi)外發(fā)展狀況。第二章總體設(shè)計方案，介紹了儀表的設(shè)計與開發(fā)過程，初步提出幾套設(shè)計方案，經(jīng)比較分析確定了利用大多數(shù)金屬導體電阻隨溫度變化而變化的原理”進行設(shè)計。給出系統(tǒng)連接框圖，介紹了系統(tǒng)的工作原理。第三章便攜式測溫儀的硬件設(shè)計：介紹了主要元器件的選型以及各模塊電路，分析了系統(tǒng)原理。第四章軟件設(shè)計，介紹了低功耗便攜式溫度測量儀的軟件設(shè)計流程圖及調(diào)試優(yōu)化。第五章總結(jié)，總結(jié)分析便攜式測溫儀設(shè)計過程中遇上的問題及感悟。2基于MSP430便攜式測溫儀的總體設(shè)計2.1儀表的設(shè)計與開發(fā)過程利用從上到下的設(shè)計方案，根據(jù)行業(yè)要求，確定方案，指標，功能，再進行硬件和軟件設(shè)計[23]。流程如圖2.1所示。任務(wù)的確定、方案的擬定階段任務(wù)的確定、方案的擬定階段設(shè)計任務(wù)、儀表功能的確定設(shè)計任務(wù)、儀表功能的確定總體任務(wù)的完成總體任務(wù)的完成硬件類型、數(shù)量確定軟硬件研制及儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計階段軟硬件研制及儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計階段選擇合適的系統(tǒng)選擇合適的系統(tǒng)設(shè)計硬件電路及研制模板設(shè)計應(yīng)用軟件及編寫程序設(shè)計儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計硬件電路及研制模板設(shè)計應(yīng)用軟件及編寫程序設(shè)計儀表結(jié)構(gòu)調(diào)試硬件調(diào)試軟件調(diào)試硬件調(diào)試軟件總調(diào)儀表，測試性能總調(diào)儀表，測試性能測定、評價樣機性能測定、評價樣機性能設(shè)計文檔編制設(shè)計文檔編制 圖2.1研制、設(shè)計儀表的基本過程2.2設(shè)計方案2.2.1提出設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計要求，初步提出如下的幾套設(shè)計方案：使用熱電偶儀器測量，利用儀器兩極材料不同，在不同溫度下量觸點溫度不同，電勢不同的原理制成。利用集成溫度傳感器，把溫敏晶體管和外圍電路集成到一塊電路板上，外接顯示裝置，將測得信號轉(zhuǎn)換為溫度輸出。使用半導體熱敏電阻，利用其溫度特性曲線，制作成溫度開關(guān)，通過對溫度測試電路得控制達到檢測的目的。使用熱電阻，利用大多數(shù)金屬導體電阻隨溫度變化而變化這一原理制成。2.2.2確定設(shè)計方案在參閱網(wǎng)絡(luò)資料及相關(guān)圖書后，對方案進行評價：a方案從資料上可以查得，熱電偶使用范圍主要在工業(yè)上，測試1000℃左右的高溫尤其準確。b方案溫度的測試很準確，但是由于采用集成裝置，不很經(jīng)濟。c方案結(jié)構(gòu)簡單，體積小，電阻溫度系數(shù)大，電阻率高熱慣性小，但線性度差且要進行線性度修正。d方案在性能上，熱電阻的線性度很好，在低溫測量中測試較為精確，不足之處是電阻小確不耐腐蝕經(jīng)分析比較采用d方案，使用熱電阻測量溫度，再查閱相關(guān)資料就選用PT100傳感器進行溫度測量。2.3便攜式測溫儀的總體結(jié)構(gòu)與工作原理根據(jù)設(shè)計任務(wù)及幾套方案的比較，可以初步確定設(shè)計的框圖，如圖2.2所示，系統(tǒng)工作時，傳感器負責溫度數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，然后通過模擬口把溫度參數(shù)傳遞給單片機，最后經(jīng)系統(tǒng)分析、處理溫度參數(shù)，通過顯示模塊顯示出溫度數(shù)據(jù)。通過鍵盤輸入模塊，預先設(shè)置報警溫度上下限。當溫度不在-50-500℃范圍內(nèi)時，則通過驅(qū)動一個蜂鳴器配合發(fā)光二極管實現(xiàn)報警。若小于-50℃，則黃色發(fā)光二極管亮；若大于500℃，紅色發(fā)光二極管亮。正常時，綠色發(fā)光二極管亮，提醒工作人員進行相關(guān)操作。傳感器模塊采樣信號放大信號A/D轉(zhuǎn)換模塊LCD顯示數(shù)據(jù)處理傳感器模塊采樣信號放大信號A/D轉(zhuǎn)換模塊LCD顯示數(shù)據(jù)處理按鍵控按鍵控圖2.2便攜式測溫儀框圖系統(tǒng)的性能指標：代替指針式溫度指示器；輸入信號PTl00；4位LCD顯示電池供電能夠連續(xù)測量溫度，保存測量數(shù)據(jù)，并用十進制數(shù)碼管或液晶屏顯示溫度值；溫度檢測范圍-50-500℃；能夠通過按鍵設(shè)定溫度報警值，進行聲光報警工作年限：兩節(jié)3.0V的鋰電池供電，不換電池連續(xù)工作時間大于5年；顯示精度：-50.0℃一500.O℃；傳感器：PTl00。2.4系統(tǒng)連接框圖P2.7P6.0~P6.3單片機P2.4.~P2.5P5.5.~P5.6P2.7P6.0~P6.3單片機P2.4.~P2.5P5.5.~P5.6P4.0~P4.7RESETP5.0.~P5.1傳感器采集模塊報警模塊鍵盤輸入模塊鍵盤輸入模塊通信模塊通信模塊溫度顯示模塊電源及復位模塊溫度顯示模塊電源及復位模塊圖2.3各模塊與單片機的管腳連接框圖3低功耗便攜式溫度測量儀的硬件設(shè)計3.1概述設(shè)計前先確定系統(tǒng)CPU的類型，其次是溫度傳感器的選擇，再次是液晶顯示器LCD的確定，報警模塊可以選用發(fā)光二極管和蜂鳴器協(xié)同完成，尤為重要的是CPU、傳感器和LCD的確定。在低功耗方面CPU的選擇，MSP430單片機是TI公司1996年開始推向市場的超低功耗微處理器，另外他還集成了很多模塊功能，從而使得用一片MSP430芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大縮小了產(chǎn)品的體積與成本。如今，MSP430單片機已經(jīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是儀器儀表、監(jiān)測、醫(yī)療器械以及汽車電子等領(lǐng)域。MSP430系列單片機主要特點：低電源電壓范圍，1．8～3．6V；超低功耗，擁有5種低功耗模式；靈活的時鐘使用模式；高速的運算能力，16位RISC架構(gòu)，125ns指令周期；豐富的功能模塊，這些功能模塊包括：多通道10—14位AD轉(zhuǎn)換器、雙路12位DA轉(zhuǎn)換器、比較器、液晶驅(qū)動器、電源電壓檢測、串行口USART(UART／SPI)、硬件乘法器、看門狗定時器、多個16位、8位定時器(可進行捕獲，比較，輸出)、DMA控制器；FLASH存儲器，不需要額外的高電壓就在運行中由程序控制寫擦除和段的擦除；MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真調(diào)試通過一個簡單的JTAG接口轉(zhuǎn)換器就可以方便的實現(xiàn)設(shè)置斷點、單步執(zhí)行、讀寫寄存器等調(diào)試；快速靈活的變成方式，可通過JTAG和BSL兩種方式向CPU內(nèi)裝在程序。MSP430單片機目前主要以FLASH型為主。適應(yīng)工業(yè)級運行環(huán)境MSP430系列器件均為工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為一40～+85攝氏度，所設(shè)計的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下。采用16位超低功耗單片機MSP430和鉑熱電阻傳感器ptl00實現(xiàn)溫度的信號采集和處理。通過熱電阻的非線性處理，軟件的優(yōu)化保證系統(tǒng)低功耗。CPU：采用MSP430系列；外圍：LCD，按鈕，少量的電阻和電容；其他資源采用CPU內(nèi)部資源,如CPU內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部參考電壓源，可編程放大器，可編程電壓源，可編程濾波。3.2主要元器件選型3.2.1溫度傳感器選擇(1)溫度傳感器概述在工業(yè)測溫領(lǐng)域中，常用的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻溫度傳感器。熱電式傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性，對與溫度有關(guān)的參量進行檢測的裝置。將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器；將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化的稱為熱電偶傳感器。(2)熱電阻傳感器熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。a)、鉑電阻鉑易于提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度；制成的鉑電阻輸出一輸入特性接近線性。鉑電阻的電阻值與溫度之間的關(guān)系：在0～850℃范圍時：Rt=R0(1+At+Bt2)（3.1）在-200～0℃范圍時：Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)（3.2）A、B、C．一常數(shù)鉑電阻制成的溫度計，除作溫度標準外，還廣泛應(yīng)用于高精度的工業(yè)測量。由于鉑為貴金屬，一般在測量精度要求不高和測溫范圍較小時，均采用銅電阻。鉑電阻由于其具有測量范圍大、穩(wěn)定性好、測量精度高和耐氧化等特點，已成為目前溫度測量中應(yīng)用最為廣泛的傳感元件之一，而與之配套的數(shù)字測溫儀表在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究及民用領(lǐng)域占有巨大的市場。b)銅電阻銅在-50～150℃范圍內(nèi)銅電阻化學、物理性能穩(wěn)定，輸出一輸入特性接近線性，價格低廉。當溫度高于100℃時易被氧化，因此適用于溫度較低和沒有浸蝕性的介質(zhì)中工作。c)其他熱電阻鎳使用溫度范圍是-50～100℃和-50～150℃。但目前應(yīng)用較少：鎳非線性嚴重，材料提取也困難。但靈敏度都較高，穩(wěn)定性好，在自動恒溫和溫度補償方面的應(yīng)用較多(我國定為標準化熱電阻)。銦電阻適宜在-269～258℃溫度范圍內(nèi)使用，測溫精度高，靈敏度是鉑電阻的10倍，但是復現(xiàn)性差。錳電阻適宜在-271～210℃溫度范圍內(nèi)使用，靈敏度高，但是質(zhì)脆易損壞。碳電阻適宜在-273～268.5℃溫度范圍內(nèi)使用，熱容量小，靈敏度高，價格低廉，操作簡便，但是熱穩(wěn)定性較差。選用的PTl00溫度傳感器綜合上述特點該設(shè)計選用的傳感器為PT100,其具有測量范圍大、穩(wěn)定性好、測量精度高和耐氧化等特點，成為目前溫度測量中應(yīng)用最為廣泛的傳感元件之一，而與之配套使用的數(shù)字測溫儀表在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究及民用領(lǐng)域占有巨大的市場。如圖3.2所示是其電阻——溫度關(guān)系曲線，其在-200～650℃溫度范圍內(nèi)線性度非常接近直線。圖3.1Pt100的電阻—溫度關(guān)系曲線鉑電阻的電阻值與溫度之間的關(guān)系如下：在0～650℃范圍時：Rt=R0(1+At+Bt2)（3.1）在-190～0℃范圍時：Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)（3.2）其中A、B、C為常數(shù)，A=3.96847×10-3；B=-5.847×10-7；C=-4.22×10-12；Rt表示溫度為t時的電阻值；R0表示溫度為0℃時的電阻值，Pt100這種型號的鉑熱電阻，R0=100Ω，即當環(huán)境溫度為0度的時候，Pt100的阻值等于100Ω。上述對應(yīng)關(guān)系可以生成pt100鉑電阻分度表，詳見附錄A。3.2.2LCD顯示選擇隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域需要應(yīng)用以單片機為核心的便攜式儀表和測試儀。為了盡可能縮小儀器體積和功耗，對選擇芯片和顯示系統(tǒng)的要求變得更高。TI公司的MSP430系列超低功耗單片機尤其適合應(yīng)用于便攜式儀表和測試儀。原來經(jīng)常使用的LED由于體積大和功耗方面的原因已經(jīng)不能滿足人們特定的需要，而越來越多地使用液晶LCD。液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性，通電時導通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。通過和不通過的組合就可以在屏幕上顯示出圖像來。通俗地說，液晶顯示器就是兩塊玻璃中間夾了一層或多層液晶材料，液晶材料在信號控制下改變自己的透光狀態(tài)，于是就能在玻璃面板前看到圖像了。由于液晶是通過環(huán)境光來顯示信息的，液晶本身不主動發(fā)光，所以液晶功耗很低，更加適合于單片機低功耗系統(tǒng)。另外，液晶只能使用低頻交流電壓驅(qū)動，直流電壓將損壞液晶。液晶有很多種類，常見的有段式液晶、字符式液晶、圖形式液晶等，其中段式液晶價格低廉，使用簡單，被廣泛應(yīng)用于各種單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，例如各種智能儀表的顯示。在MSP430系列單片機中，MSPX1/2XX系列沒有段式液晶驅(qū)動模塊，MSP430F4XX系列片內(nèi)具有段式液晶驅(qū)動模塊,在液晶驅(qū)動電路中，液晶等效為電容，兩個電極板分別為公共極與段極。(1)MSP430液晶驅(qū)動模塊的主要特點如下：具有顯示緩存器所需的SEG、COM信號自動產(chǎn)生4種驅(qū)動方法多種種掃描頻率段輸出端口可以切換為通常輸出端口顯示緩存器可作為一般存儲器用ACLK經(jīng)BasicTimer產(chǎn)生頻率液晶驅(qū)動方法MSP430液晶驅(qū)動LCD模塊有如下4種驅(qū)動方法，分別為靜態(tài)驅(qū)動、2MUX驅(qū)動、3MUX驅(qū)動以及4MUX驅(qū)動。其特點如MSP430液晶驅(qū)動表3.1。MSP430液晶驅(qū)動表3.1 方法公共極引腳數(shù)每引腳驅(qū)動液晶段數(shù)需要引腳總數(shù)靜態(tài)111+需要驅(qū)動的段數(shù)2MUX222+需要驅(qū)動的段數(shù)／23MUX333+需要驅(qū)動的段數(shù)／34MUX444+需要驅(qū)動的段數(shù)／4（3）確定LCD-1602為顯示器本設(shè)計的顯示元件選擇了相對于LED顯示更簡單的LCD1602工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符，見附錄A。（16列2行）1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。RS為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。R/W為讀寫選擇，高電平進行讀操作，低電平進行寫操作。E端為使能端，后面和時序聯(lián)系在一起。LCD1602內(nèi)部RAM顯示緩沖區(qū)地址的映射圖，00～0F、40～4F分別對應(yīng)LCD1602的上下兩行的每一個字符，只要往對應(yīng)的RAM地址寫入要顯示字符的ASCII代碼，就可以顯示出來。表3.21602RAM地址對應(yīng)的ASCII代碼其中管腳說明如下：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：(a)顯示容量:16×2個字符,(b)芯片工作電壓:4.5—5.5V(c)工作電流:2.0mA(5.0V)(d)模塊最佳工作電壓:5.0V(e)字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm3.2.3微處理器的選擇應(yīng)用MSP430系列單片機構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，進行總體設(shè)計時要考慮選型的問題。選擇MSP430系統(tǒng)單片機型號應(yīng)該遵循以下原則：擇最容易實現(xiàn)設(shè)計目標而且性能/價格比高的機型在研制任務(wù)重，時間緊的情況下，首選熟悉的機型欲選的機型在市場上有穩(wěn)定充足的貨源MSP430系列的FLASH型單片機在系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)調(diào)試及實際應(yīng)用上都具有顯著優(yōu)勢，使應(yīng)用程序升級和代碼改進更為方便，成為國內(nèi)應(yīng)用的主流機型。其存儲器模塊是目前業(yè)界所有內(nèi)部集成FLASH存儲器產(chǎn)品中能耗最低的一種，消耗功率僅為其他采用FLASH存儲器的微控制器的1/5。FLASH的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，集成密度大，點可擦寫，成本低。由于FLASH可以局部擦除，且寫入、擦除次數(shù)可達數(shù)萬次以上，從而使開發(fā)微控制器不再需要昂貴的專用仿真器。從TI公司的網(wǎng)站(WWW：TI．COM．CN)查找MSP430系列單片機的價格，經(jīng)查詢比較，選擇MSP430F435型號（MSP430系列芯片芯片性能基本都能滿足設(shè)計要求）。根據(jù)選定的型號，在硬軟件設(shè)計前對該型號的內(nèi)部資源進行詳細了解(具體功能見外文翻譯。）(1)MSP430F435主要指標和功能低供電電壓范圍：1.8V至3.6V超低功耗：一活動模式：1Mhz，2.2V時為280A——等待模式：1.6A——關(guān)閉模式（PAM保持）：0.1A6指令時間周期具有內(nèi)部參考電平、采樣保持和自動掃描特性的12為A/D轉(zhuǎn)換器帶有三個或七個捕捉/比較影子寄存器的16位定時器B帶有三個捕捉/比較寄存器的16位定時器A片內(nèi)集成比較器串行通信接口（USART)，軟件選擇異步UART或者同步SPI接口MSP430X43X芯片有一個UART（UART0）欠電壓檢測器具有可編程電平檢測的供電電壓管理器/監(jiān)視器串行在線編程，無需外部編程電壓，可編程的安全熔絲代碼保護集成多大160段的LCD驅(qū)動器系列器件包括：——MSP430F435：16KB+256Bflash存儲器512BRAM——MSP430F436：24KB+256Bflash存儲器1KBRAM——MSP430F437：32KB+256Bflash存儲器1KBRAMMSP430F43X芯片封裝圖圖3.2MSP430F435芯片封裝圖3.2.4報警器的選擇蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，廣泛應(yīng)用于電子計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。1．壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當接通電源后（1.5~15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。2．電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。為了方便，在本設(shè)計中我選擇的是電磁式蜂鳴器。其發(fā)聲原理：蜂鳴器發(fā)生原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲。蜂鳴器的負極接到接地GND上面，正極接到三極管的集電極C，三極管的基極B經(jīng)過限流電阻R1后，由單片機的P6.3引腳控制，當P6.3引腳輸出高電平時，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當P3.7引腳輸出低電平時，三級管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過控制程序控制P6.3的輸出電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。其余硬件選擇相對簡單，不再作過多的闡述。3.2.5數(shù)據(jù)存儲模塊的選擇微處理器MSP430F435外擴2kB的E2PROM,12C總線把E2PROM與單片機連接起來，用于保存采集的溫度數(shù)值。3.3硬件電路設(shè)計根據(jù)以上的CPU資源和有關(guān)資料，運用protel軟件進行硬件電路設(shè)計，其電路圖見附錄B，主要模塊及原理分析如下。3.3.1PT100傳感器采樣電路該模塊電路連接如圖3.3。首先傳感器輸出毫伏級的應(yīng)變信號，再通過高穩(wěn)定度電橋變換，經(jīng)運算放大器MAX492組成的減法放大電路，然后經(jīng)過調(diào)零、濾波處理后，送到MSP430F435的A/D轉(zhuǎn)換接口ADCO，從而實現(xiàn)對溫度信號檢測,MSP430F435根據(jù)處理結(jié)果的值和范圍進行查表，實現(xiàn)分段線性化，將傳感器信號與溫度對比。圖3.3溫度傳感器接口模塊電路3.3.2報警模塊電路該系統(tǒng)由三個發(fā)光二極管和一個蜂鳴器構(gòu)成，發(fā)光二極管分別是綠、黃、紅三種不同顏色，用于顯示檢測對象的溫度情況。綠色表示溫度正常，黃色表示檢測對象溫度低于報警溫度下限，紅色表示溫度已超過報警溫度上限。當環(huán)境溫度不在-50～500℃范圍時，表示已進入危險溫度，蜂鳴器報警。發(fā)光二極管電路和蜂鳴器電路如圖3.4(a)（b)所示。其中蜂鳴器連接在單片機P6.3管腳。(a)發(fā)光二極管顯示(b)蜂鳴器顯示圖3.4系統(tǒng)顯示器電路3.3.3串口通信電路由于PC機串口的電平標準與單片機的TTL不一致，因此PC機與單片機之間的串口通信必須要有一個RS232/TTL電平轉(zhuǎn)換電路。本系統(tǒng)與上位機的通信使用的是RS-232標準，驅(qū)動芯片是常用的MAX232A，電路芯片手冊里的參考電路，非常簡單，如圖3.5所示。圖3.5RS-232驅(qū)動電路3.3.4數(shù)據(jù)存儲模塊電路微處理器MSP430F435外擴2kB的E2PROM,12C總線把E2PROM與單片機連接起來，如圖3.6，用于保存采集的溫度數(shù)值。 圖3.6E2PROM外擴電路3.3.5鍵盤模塊電路鍵盤是一組分別代表數(shù)字和有關(guān)命令的按鍵集合，其具有“斷開"和“閉合"兩種狀態(tài)，通過接口電路對應(yīng)于0和1兩個邏輯值。該便攜式測溫儀面板上設(shè)置了2個按鍵，以完成實時顯示測量值的功能。如圖3.7所示，使用按鍵與單片機的I/0口直接連接，采用查詢方式獲取按鍵值。圖3.7按鍵電路圖3.3.6單片機最小系統(tǒng)電路系統(tǒng)選用了MSP430F435型16位單片機，最小系統(tǒng)電路連接如圖3.8，作為測溫儀的核心控制部分，來完成傳感器數(shù)據(jù)結(jié)果處理、鍵盤的識別、串口通信的管理等。圖3.8MSP430F435最小系統(tǒng)3.3.7顯示模塊電路本設(shè)計的顯示元件選擇了相對于LED顯示更簡單的LCD1602工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符，其電路如圖所示。圖3.9顯示模塊電路3.3.8電源電路由于溫度信號是由恒流源通過鉑熱電阻Pt100，通過檢測Pt100上的電壓變化量而獲得的，所以設(shè)計一個穩(wěn)定的恒流源尤為重要。如圖3.10所示，是一個由兩個三極管和一個運算放大器構(gòu)成的恒流源電路，其中Rc是100Ω的標準精密電阻。NPN型三極管9013的Vce相當于一個PN結(jié)的壓降，實際測量約等于0.6V,由運算放大器具有很大有輸入阻抗和很小的輸出阻抗，由其虛短和虛斷的特性可以知道PNP型三極管9012的射極電壓等于三極管9013的射極電壓，因此電阻Rc兩端的電壓等于三極管9013的Vce，即等于V恒值0.6V，則9012的射極電流Ie=0.6V/100Ω=6mA由三極管的電流放大特性可知，三極管9012的基極電流Ib非常小，可以忽略不計，則集電極電流Ic近似等于Ie，即Ic＝6mA。由此在9012的集電極就構(gòu)成了一個非常穩(wěn)定的恒流源。圖3.10恒流源電路3.3.9硬件電路原理由各模塊電路及附錄B可知，程序通過JTAG口下載到CPU的程序空間；8、9腳接外部32.785MHZ的時鐘，為內(nèi)部定時器以及看門狗提供時鐘，同時用內(nèi)部DCO使得CPU工作于更高的頻率；30管腳用作DACO,經(jīng)過一些電阻和PT100連接；40、42腳接外擴的AT24C02；49、50腳用作P5.5、P5.6的數(shù)字輸入口，起按鍵判斷作用；54、55腳接串行口通信；1、52、80腳連接到電源正極上，53、78、79接地；12～22腳用作液晶驅(qū)動；75、76、77、2腳作為P6.0、P6.1、P6.2、P6.3驅(qū)動發(fā)光二極管和蜂鳴器。系統(tǒng)工作時，傳感器PT100負責溫度數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，然后通過模擬口DAC0把溫度參數(shù)傳遞給單片機MSP430F435，最后系統(tǒng)分析、處理溫度參數(shù)，通過LCD顯示模塊顯示出溫度數(shù)據(jù)。通過鍵盤輸入模塊，預先設(shè)置報警溫度上下限。當溫度不在-50-500℃范圍內(nèi)時，則通過驅(qū)動一個蜂鳴器配合發(fā)光二極管實現(xiàn)報警。若小于-50℃，則黃色發(fā)光二極管亮；若大于500℃，紅色發(fā)光二極管亮；正常時，綠色發(fā)光二極管亮。提醒工作人員進行相關(guān)操作。4低功耗便攜式溫度測量儀的軟件設(shè)計軟件的設(shè)計以測量的精確性和低功耗為主要目標。整個軟件設(shè)計主要由根據(jù)程序流程圖編寫程序、調(diào)試，綜合分析等部分組成。4.1單片機系統(tǒng)軟件流程圖在整個系統(tǒng)運行過程中。當測溫系統(tǒng)被啟動后，首先，對MSP430F435單片機進行初始化。然后，當MSP430F435單片機接收到測溫系統(tǒng)電路傳輸信號后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換程序，將片外的模擬信號轉(zhuǎn)換為單片機可識別的數(shù)字信號，在和報警系統(tǒng)欲設(shè)值比較，最后，在動態(tài)掃描LCD顯示器上顯示出溫度值，并驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管作出相應(yīng)的動作。當溫度不在-50-500℃范圍內(nèi)時，則通過驅(qū)動一個蜂鳴器配合發(fā)光二極管實現(xiàn)報警。若小于-50℃，則黃色發(fā)光二極管亮；若大于500℃，紅色發(fā)光二極管亮。正常時，綠色發(fā)光二極管亮，提醒工作人員進行相關(guān)操作。根據(jù)任務(wù)要求和硬件連接圖可編寫如下的程序流程圖：主程序流程圖、指示報警模塊流程圖以及讀取溫度模塊流程圖，進而滿足要求的程開始開始初始化初始化讀PT100數(shù)據(jù)讀PT100數(shù)據(jù)啟動溫度轉(zhuǎn)換啟動溫度轉(zhuǎn)換溫度顯示溫度顯示與欲設(shè)值比較與欲設(shè)值比較正常綠燈亮低溫黃燈亮并報警正常綠燈亮低溫黃燈亮并報警高溫紅燈亮并報警高溫紅燈亮并報警開始開始圖4.1（a)主程序流程圖開始開始采樣當前溫度采樣當前溫度大于上限？大于上限？高溫警報小于下限？高溫警報小于下限？低溫警報低溫警報溫度正常指示溫度正常指示結(jié)束結(jié)束圖4.1(b)指示、報警模塊流程圖開始開始傳感器初始化傳感器初始化發(fā)跳過讀序列號指令發(fā)跳過讀序列號指令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換指令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換指令讀溫度值低字節(jié)讀溫度值低字節(jié)讀溫度值高字節(jié)讀溫度值高字節(jié)高低字節(jié)合并高低字節(jié)合并返回溫度值返回溫度值開始開始圖4.1(c)讀取溫度值模塊流程圖4.2溫度插值校正及程序由Pt100的特性可知，雖然Pt100的線性度比較好，但是由于其溫度—電阻函數(shù)關(guān)系并非線性，用單片機運算則占用資源和時間都比較多。通常采用查表和線性插值算法進行標度變換的方法計算出溫度，不僅運算快、占用單片機內(nèi)部資源少，而且可以一定程度上對Pt100進行線性化校正，從而達到非常精確的測溫效果。圖4.2插值算法示意圖要查表首先要在單片機的ROM區(qū)建立一個電阻—溫度分度表，在檢測值的范圍內(nèi)均勻選擇若干個標定點，標定的點數(shù)越多則表格越大，對系統(tǒng)的描述也越精確。Pt100的鉑電阻溫度分度表，（見附錄A）可以向Pt100的廠商索要，考慮到單片機的程序存儲空間資源和實際的測量精度要求，并不需要每隔一攝氏度就取一個標定點，根據(jù)精度要求選擇適當?shù)臏囟乳g隔。例如在-50～500℃范圍內(nèi)每隔5℃標定一個Pt100的電阻值，即共111個標定點，分別記作R[i]，對應(yīng)的溫度記作T[i]，i取0～110。如圖10所示，采用線性插值算法進行標度變換時，將檢測值Rx通過順序查表，與標定點R[i]比較，確定區(qū)間R[i]<Rx<R[i+1]，然后進行線性插值算法求得溫度值Tx：因為是每隔5℃標定一個電阻值，所以T[i+1]-T[i]=5，即：4.3軟件調(diào)試根據(jù)流程圖編寫好程序后，導入單片機，進而進行優(yōu)化完善。4.3.1軟件電路故障及解決方法設(shè)計軟件部分出現(xiàn)這種錯誤的現(xiàn)象：1．當以斷點或連續(xù)方式運行時，目標系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進行操作或什么結(jié)果也沒有，這是由于程序轉(zhuǎn)移到意外之處或在某處死循環(huán)所造成的。解決方法：這類錯誤的原因是程序中轉(zhuǎn)移地址計算錯誤、堆棧溢出、工作寄存器沖突等。在采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)時，錯誤可能在操作系統(tǒng)中，沒有完成正確的任務(wù)調(diào)度操作，也可能在高優(yōu)先級任務(wù)程序中，該任務(wù)不釋放處理器，使CPU在該任務(wù)中死循環(huán)。通過對錯誤程序的修改使其實現(xiàn)預期的功能。2．不響應(yīng)中斷CPU不響應(yīng)中斷或不響應(yīng)某一個中斷這種錯誤的現(xiàn)象是連續(xù)運行時不執(zhí)行中斷任務(wù)程序的規(guī)定操作，當斷點設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中時碰不到斷點。錯誤的原因有：中斷控制寄存器的初值設(shè)置不正確，使CPU沒有開放中斷或不許某個中斷源請求；或者對片內(nèi)的定時器、串行口等特殊功能寄存器和擴展的I/O口編程有錯誤，造成中斷沒有被激活；或者某一中斷服務(wù)程序不是以RETI指令作為返回主程序的指令，CPU雖已返回到主程序但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應(yīng)中斷；或由于外部中斷源的硬件故障使外部中斷請求無效。解決方法：修改中斷控制寄存器的初值設(shè)置。3．結(jié)果不正確目標系統(tǒng)基本上已能正常操作，但控制有誤動作或者輸出的結(jié)果不正確。這類錯誤大多是由于計算程序中的錯誤引起的。4.3.2軟件調(diào)試方法軟件調(diào)試所使用的方法有：計算程序的調(diào)試方法、I/O處理程序的調(diào)試法、綜合調(diào)試法等。1．計算程序的調(diào)試方法計算程序的錯誤是一種靜態(tài)的固定的錯誤，因此主要用單拍或斷點運行方式來調(diào)試。根據(jù)計算程序的功能，事先準備好一組測試數(shù)據(jù)。調(diào)試時，用防真器的寫命令，將數(shù)據(jù)寫入計算程序的參數(shù)緩沖單元，然后從計算程序開始運行到結(jié)束，運行的結(jié)果和正確數(shù)據(jù)比較，如果對有的測試數(shù)據(jù)進行測試，都沒有發(fā)生錯誤，則該計算程序調(diào)試成功；如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不正確，改用單步運行方式，即可檢查出錯誤所在。計算程序的修改視錯誤性質(zhì)而定。若是算法錯誤，那是根本性錯誤，應(yīng)重新設(shè)計該程序；若是局部的指令有錯，修改即可。如果用于測試的數(shù)據(jù)沒有全部覆蓋實際計算的原始數(shù)據(jù)的類型，調(diào)試沒有發(fā)現(xiàn)錯誤可能在系統(tǒng)運行過程中暴露出來。2．I/O處理程序的調(diào)試對于A/D轉(zhuǎn)換一類的I/O處理程序是實時處理程序，因此一般用全速斷點運行方式或連續(xù)運行方式進行調(diào)試。3．綜合調(diào)試在完成了各個模塊程序（或各個任務(wù)程序）的調(diào)試工作以后，便可進行系統(tǒng)的綜合調(diào)試。綜合調(diào)試一般采用全速斷點運行方式，這個階段的主要工作社排除系統(tǒng)中遺留的錯誤以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和精度。在綜合調(diào)試的最后階段，應(yīng)在目標系統(tǒng)的晶振頻率工作，使系統(tǒng)全速運行目標程序，實現(xiàn)了預定功能技術(shù)指標后，便可將軟件固化，然后在運行固化的目標程序，成功后目標系統(tǒng)便可脫機運行。一般情況下，這樣一個應(yīng)用系統(tǒng)就算研制成功了。4.4結(jié)論分析通過對系統(tǒng)的調(diào)試，進一步理解了便攜式測溫儀的控制系統(tǒng)原理，同時也發(fā)現(xiàn)了問題，原設(shè)計電路缺乏對環(huán)境溫度的實時控制，因此后加入調(diào)節(jié)執(zhí)行單元，采用實時控制的方法，在主機MSP430F435的P2.7口輸入溫度控制信號，從而實現(xiàn)溫度的實時控制。本方案充分利用單片機的數(shù)據(jù)處理及實時檢測能力，采用Pt100標準熱電阻溫度傳感器的三線制接法，對導線電阻進行補償，通過單片機對信號進行采樣、數(shù)字濾波，使用插值算法對傳感器進行非線性校正處理，使得此測溫方案具有量程寬、穩(wěn)定性好、性能可靠等特點。但同時也存在不足，例如采用電流源通過PT100時，傳感器自身會產(chǎn)生一量的焦耳熱，此熱量一定程度上影響了傳感器對外界溫度的感知，由于電流較小，熱量也很少，對于精度要求不高的場合可以忽略不計。

5總結(jié)5.1結(jié)論本設(shè)計研究了一種基于MSP430F435單片機和PTl00的低功耗便攜式溫度測量儀，本設(shè)計的主要工作有：(1)完成了低功耗智能便攜式測溫儀的設(shè)計，該測溫儀測溫范圍寬，精度高，穩(wěn)定度好，而且功耗低；(2)利用高集成混合芯片，使得硬件的設(shè)計變得十分簡便的同時，降低成本。(3)利用CPU內(nèi)核集成電路，使得儀表智能變得更為強大，可以輕易實現(xiàn)傳感器全量程范圍內(nèi)測量。(4)液晶顯示：能夠?qū)囟冗M行實時顯示，方便讀數(shù)；(5)采用電阻等分方法，很好的解決了鉑電阻非線性問題。(6)采用電壓源測量電阻方法，用軟件解決其電阻和電壓之間的非線性問題。5.2展望低功耗是現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備的重要指標之一，低功耗設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)包拒各類低功耗器件的選用，低工作電壓，對各部分器件和電路進行電源管理等?？梢越柚浻布?yōu)化，在保證性能的條件下，將低功耗便攜式溫度測量儀的功耗做得更低，達到節(jié)能環(huán)保目的。對于本系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)AD采樣結(jié)果無效碼偏多，須進一步進行原因分析和調(diào)試，或者換用其他低功耗芯片，或者換用其它采樣線路，進一步提高其精度。軟件須進一步優(yōu)化，使得程序運行的更快。編制更好的算法，使得本算法能夠適用更多的傳感器，以便在傳感器變更時，不需要重新編寫程序。通過適當?shù)母淖冘浻布?，可以改進為多點測量。5.3結(jié)束語近四個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，這意味著我們的大學生活也要結(jié)束了，但我們的學習沒有結(jié)束，在本次設(shè)計中，我們所學過的理論知識接受了實踐的檢驗，增強我的綜合運用所學知識的能力及動手能力，為以后的學習和工作打下了良好的基礎(chǔ)。本文以MSP430系列單片機為核心，用MSP430F435單片機作為控制器件，溫度信號通過熱敏、電阻和放大器轉(zhuǎn)換成電信號，再轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，測溫電路采用橋式電路，溫度設(shè)定采用按鍵移位式設(shè)定方法。軟件算法采用設(shè)定值和測量值相比較的算法。在單片機應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了一種用帶有E2PROM的MSP430F435單片機控制的便攜式測溫儀。通過幾個月的設(shè)計，我也有很深的感觸：當今社會在飛速發(fā)展，科學技術(shù)發(fā)展的速度更是迅猛無比，尤其是單片機技術(shù)在未來社會發(fā)展中一定會起著十分重要的作用，而通過本次設(shè)計無論是從硬件實現(xiàn)還是到整個程序的完成，無不是對我個人專業(yè)能力的一次提高和體現(xiàn)。而本次設(shè)計主要是完成兩方面工作，軟件程序設(shè)計和硬件電路板設(shè)計。軟件設(shè)計包括用單片機設(shè)計語言設(shè)計控制系統(tǒng)。硬件設(shè)計包括繪制電路原理圖，再做硬件測試。通過這些都使我對采用單片機設(shè)計方法有了更深的理解和掌握，同時也讓我把所學的知識廣泛的應(yīng)用到了實踐中，充分的做到了理論與實踐相結(jié)合。無論從專業(yè)知識、動手能力，還是毅志品質(zhì)，都使我受益非淺。當然，這與老師和同學的熱心幫助也是分不開的。大學生活雖然結(jié)束了，但我們的學習還沒有結(jié)束，只有不斷學習，用知識充實自己的頭腦，才能在未來社會有一席之地，才能為社會的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻，一句話：學無止境。

附錄APT100鉑電阻分度表℃0123456789-20018.49-19022.822.3721.9421.5121.0820.6520.2219.7919.3618.93-18027.0826.6526.2325.825.3724.9424.5224.0923.6623.23-17031.3230.930.4730.0529.6329.228.7828.3527.9327.5-16035.5335.1134.6934.2733.8533.4333.0132.5932.1631.74-15039.7139.338.8838.4638.0437.6337.2136.7936.3735.95-14043.8743.4543.0442.6342.2141.7941.3840.9640.5540.13-1304847.5947.1846.7646.3545.9445.5245.1144.744.28-12052.1151.751.2950.8850.475049.6449.2348.8248.41-11056.1955.7855.3854.9754.5654.1553.7453.3352.9252.52-10060.2559.8559.4459.0458.6358.2257.8257.415756.6-9064.363.963.4963.0962.6862.2861.8761.4761.0660.66-8068.3367.9267.5267.1266.7266.3165.9165.5165.1164.7-7072.3371.9371.5371.1370.7370.63369.9369.5369.1368.73-6076.3375.9375.5375.1374.7374.3373.9373.5373.1372.73-5080.3179.9179.5179.1178.7278.3277.9277.5277.1376.73-4084.2783.8883.4883.0882.6982.2981.8981.581.180.7-3088.2287.8387.4387.0486.6486.2585.8585.4685.0684.67-2092.1691.7791.3790.9890.5990.1989.889.489.0188.62-1096.0995.6995.394.9194.5294.1293.7393.3492.9592.55010099.6199.2298.8398.4498.0497.6597.2696.8796.480100100.39100.78101.17101.56101.95102.34102.73103.13103.5110103.9104.29104.68105.07105.46105.85106.24107.63107.02107.4920107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.9111.2830111.67112.06112.45112.83113.22113.61113.99114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.7117.08117.47117.85118.24118.62119.0150119.4119.78120.16120.55120.93121.32121.7122.09122.47122.8660123.24123.62124.01124.39124.77125.16125.54125.92126.31126.6970127.07127.45127.84128.22128.6128.98129.37129.75130.13130.5180130.89131.27131.66132.04132.42132.8133.18133.56133.94134.3290134.7135.08135.46135.84136.22136.6136.98137.36137.74138.12100138.5138.88139.26139.64140.02140.39140.77141.15141.53141.91110142.29142.66143.04143.42143.8144.17144.55144.93145.31145.68120146.06146.44146.81147.19147.57147.94148.32148.7149.07149.45130149.82150.2150.57150.95151.33151.7152.08152.45152.83153.2140153.58153.95154.32154.7155.07155.45155.82156.19156.57156.94150157.31157.69158.06158.43158.81159.18159.55159.93160.3160.67160161.04161.42161.79162.16162.53162.9163.27163.65164.02164.39170164.76165.13165.5165.87166.24166.61166.98167.35167.72168.09180168.46168.83169.2169.57169.94170.31170.68171.05171.42171.79190172.16172.53172.9173.26173.62174174.37174.74175.1175.47

續(xù)Pt100鉑電阻分度表℃0123456789200175.84176.21176.57176.94177.31177.68178.04178.41178.78179.14210179.51179.88180.24180.6118.97181.34181.71182.07182.44182.8220183.17183.53183.9184.26184.63184.99185.36185.72186.09186.45230186.82187.18187.54187.91188.27188.63189189.36189.72190.09240190.45190.81191.18191.54191.9192.26192.63192.99193.35193.71250194.07194.44194.8195.16195.52195.88196.24196.6196.96197.33260197.69198.05198.41198.77199.13199.49199.85200.21200.57200.93270201.29201.65202.01202.36202.72203.08203.44203.8204.16204.52280204.88205.23205.59205.95206.31206.37207.02207.38207.74280.1290208.45208.81209.17209.52209.88210.24210.59210.98211.31211.66300212.02212.37212.73213.09213.44213.8214.15214.51214.86215.22310215.57215.93216.28216.64216.99217.35217.7218.05218.41218.76320219.12219.47219.82220.18220.53220.88221.24221.59221.94222.29330222.65223223.35223.7224.06224.41224.76225.11225.46225.81340226.17226.52226.87227.22227.57227.92228.27228.62228.97229.32350229.67230.02230.37230.72231.07231.42231.77232.12232.47232.82360233.17233.52233.87234.22234.56234.91235.26235.61235.96236.31370236.65237237.35237.7238.04238.39238.74239.09239.43239.78380240.13240.47240.82241.17241.51241.86242.2242.55242.9243.24390243.59243.93244.28244.62244.97245.31245.66246246.35246.69400247.04247.38247.73248.07248.41248.76249.1249.45249.79250.13410250.48250.82251.16251.5251.85252.19252.53252.88253.22253.56420253.9254.24254.59254.93255.27255.61255.95256.29256.64256.98430257.32257.66258258.34258.68259.02259.36259.7260.04260.38440260.72261.06261.46261.74262.08262.42262.76263.1263.43263.77450264.11264.45264.79265.13265.47265.8266.14266.48266.82267.15460267.49267.83268.17268.5268.84269.18269.51269.85270.19270.52470270.86271.2271.53271.87272.2272.54272.88273.21273.55273.88480274.22274.55274.89275.22275.56275.89276.23276.56276.89177.23490277.56277.9278.23278.56278.9279.23279.56279.9280.23280.56500280.9281.23281.56281.89282.23282.56282.89283.22283.55283.89510284.22284.55284.88285.21285.54285.87286.21286.54286.87287.24520287.53287.86288.19288.52288.85289.18289.51289.84290.17290.59530290.83291.16291.49291.81292.14292.47292.8293.13293.46293.79540294.11294.44294.77295.1295.43295.75296.08296.41296.74297.66550297.39297.72298.04298.37293.7299.02299.35299.68300300.33560300.65300.98301.31301.63301.96302.28302.61302.93303.26303.58570303.91304.23304.56304.88305.2305.53305.85306.18306.5306.82580307.15307.47307.79308.12308.44308.76309.09309.41309.73310.05590310.38310.7311.02311.34311.67311.99312.31312.63312.95313.27

續(xù)Pt100鉑電阻分度表℃0123456789600313.59313.92314.24314.56314.88315.2315.52315.84316.16316.48610316.8317.12317.44317.76318.08318.46318.72319.04319.36319.68620319.99320.31320.63320.95321.27321.59321.91322.22322.54322.86630323.18323.49323.81324.13324.45324.76325.08325.4325.72326.03640326.35326.66326.98327.3327.61327.93328.25328.56328.88329.19650329.51329.82330.14330.45330.77331.03331.4331.71332.03332.34660332.66332.97333.28333.6333.91334.23334.54334.85335.17335.48670335.79336.11336.42336.73337.04337.36337.67337.98338.29338.61680338.92339.23339.54339.85340.16340.48340.79341.1341.41341.72690342.03342.34342.65342.96343.27343.58343.89344.2344.51344.82700345.13345.44345.75346.06346.37346.68346.99347.3347.6347.91710348.22348.53348.84349.15349.45349.76350.07350.38350.69350.99720351.3351.61351.91352.22352.53352.83353.14353.45353.75354.06730354.37354.67354.98355.28355.59355.9356.2356.51356.81357.12740357.42357.73358.03358.34358.64358.95359.25359.55359.86360.16750360.47360.77361.07361.38361.68361.98362.29362.59362.89363.19760366.52366.82367.12367.42367.72368.02368.32368.63368.93369.23770366.52366.82367.12367.42367.72368.02368.32368.63368.93369.23780369.53369.83370.13370.43370.73371.03371.33371.63371.93372.22790372.52372.82373.12373.42373.72374.02374.32374.61374.91375.21800375.51375.81376.1376.4376.7377377.29377359377.89378.19810378.48378.78379.08379.37379.67379.97380.26380.56380.85381.15820381.45381.74382.04382.33382.63382.92383.22383.51383.81381.15830384.4384.69384.98385.28385.57385.87386.163863.5386.75387.04840387.34387.63387.92388.21388.51388.8389.09389.39389.68389.97850389.26說明：實際應(yīng)用中，每隔5℃標定一個Pt100的電阻值，然后插值校正，換算出溫度的。

附錄B基于MSP430F435便攜式測溫儀硬件原理圖

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致謝歷時個月的時間終于將這篇畢設(shè)寫完，在畢設(shè)的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙。本設(shè)計是在賈建芳教授的精心指導下完成的。賈老師高度的敬業(yè)精神、嚴謹求實的治學態(tài)度、孜孜以求的工作作風深深的影響了我。在此，我由衷感謝賈老師給我的幫助、教育和培養(yǎng)！感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學和朋友，在我寫畢設(shè)的過程中給予我很多素材，還在的撰寫和排版的過程中提供熱情的幫助。由于我的學術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！

附錄：中英文文獻翻譯名稱——MSP430X43X混合信號微控制器使用指南基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究