基于msp430的溫度采集系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計說明書

1、畢業(yè)設(shè)計說明書基于msp430的溫度采集系統(tǒng)學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2013年 6月中北大學(xué)2013屆畢業(yè)論文摘 要溫度控制儀表具有廣泛的應(yīng)用前景，在各種行業(yè)中都占有重要的位置，越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用到以單片機為控制核心，用液晶顯示作為顯示終端的數(shù)字化控制設(shè)備，通過單片機對被控對象進行智能控制。本設(shè)計是從降低開發(fā)成本、擴大適用范圍、系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性的設(shè)計目的出發(fā)，采用msp430f149單片機為控制核心、以單線數(shù)字溫度傳感器ds18b20來完成溫度信號的采集、溫度以數(shù)宇的方式顯示在lcd1602液晶上，最終實現(xiàn)溫度的采集、顯示。并重點闡述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件編

2、程的設(shè)計過程。其中硬件構(gòu)成有六部分:電源及復(fù)位模塊、采集模塊、報警模塊、鍵盤輸入模塊和顯示模塊。msp430f149是一種16位內(nèi)含flash型芯片的單片機，具有高速運算、開發(fā)設(shè)備簡便、可現(xiàn)場編程等特點，這給控制系統(tǒng)的設(shè)計帶來了極大的便利性。關(guān)鍵詞:msp430f149；溫度控制；ds18b2o；lcd1602abstracttemperature control the appearance prospect, in various industries will occupy an important position, more and more fields to a monolith

3、ic integrated circuits to control the use led as a display terminal equipment by some monolithic integrated circuits to control the object is intelligent control.the design is to reduce costs, expand the development of the scope and the system running stability, reliability, designed by msp430f149 m

4、onolithic integrated circuits to control the temperature sensor and figures ds18b20 to complete the temperature of the collection, the temperature in the number of ways in led display led1602, achieve the temperature of the collection and display and police. the minimum temperature values based on a

5、ctual requirements, the keyboard for set, for automatic temperature control and other function, and the hardware and software system of the programming process the design of hardware to constitute a part of six modules, power and resets the collected, keyboard, the module display module and.msp430f1

6、49 is a 16-bit flash chips including the type of operation of a monolithic integrated circuits, the development of device easy, but the characteristics and programming for the control system design a great convenience.key words: msp430f149；temperature control；ds18b20；lcd160中北大學(xué)2013屆畢業(yè)論文目 錄1 緒論11.1 m

7、sp430單片機概述11.2 msp430的特點21.3 課題研究的主要內(nèi)容31.3.1 研究內(nèi)容31.3.2 論文安排42 系統(tǒng)總方案設(shè)計52.1 控制系統(tǒng)的原理圖52.2 溫度測量原理52.3 msp430f149單片機62.3.1 msp430f149的組成62.3.2 msp430f149的特點62.3.3 msp430f149的定時器及轉(zhuǎn)換模塊72.4 單線數(shù)字溫度傳感器ds18b2082.4.1 ds18b20的技術(shù)性能82.4.2 ds18b20的應(yīng)用范圍82.4.3 ds18b20產(chǎn)品型號與規(guī)格92.4.4 ds18b20使用中注意事項92.4.5 溫度傳感器ds18b20內(nèi)部

8、結(jié)構(gòu)92.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)123 硬件部分133.1 硬件電路圖133.2 電源及復(fù)位模塊143.3 鍵盤輸入模塊153.4 報警模塊163.4.1 功率放大器lm386163.4.2 lm386內(nèi)部原理173.5 顯示模塊193.5.1 lcd1602 基本參數(shù)及引腳功能204 軟件部分254.1 最小系統(tǒng)設(shè)計254.2 采集模塊264.3 鍵盤輸入模塊274.4 顯示模塊274.5 報警模塊275 總結(jié)28附錄a 系統(tǒng)原理圖29附錄b 系統(tǒng)主程序30參考文獻(xiàn)39致 謝40第 ii 頁 共 ii 頁1 緒論本章簡要介紹單片機技術(shù)在工業(yè)上的主要應(yīng)用，msp430單片機的概述及特點，以及課題研究

9、的主要內(nèi)容及論文安排。1.1 msp430單片機概述msp430系列單片機是美國德州儀器（ti）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器（mixed signal processor）。稱之為混合信號處理器，主要是其針對實際應(yīng)用需求，把許多模擬電路，數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上。德州儀器1996年到2000年初，先后推出了31x、32x、33x等幾個系列，這些系列具有l(wèi)cd驅(qū)動模塊，對提高系統(tǒng)的集成度較有利。每一系列有rom型（c）、otp型（p）、和 eprom型（e）等芯片。eprom 型的價格昂貴，運行環(huán)境溫度范圍窄，主要用于樣機開發(fā)。這也表明了這幾個系列的開發(fā)模

10、式，即：用戶可以用 eprom 型開發(fā)樣機；用otp型進行小批量生產(chǎn)；而rom型適應(yīng)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。2000年推出了11x/11x1系列。這個系列采用20腳封裝，內(nèi)存容量、片上功能和i/o引腳數(shù)比較少，但是價格比較低廉。這個時期的msp430已經(jīng)顯露出了它的特低功耗等的一系列技術(shù)特點，但也有不盡如人意之處。它的許多重要特性如：片內(nèi)串行通信接口、硬件乘法器、足夠的i/o引腳等，只有33x系列才具備。33x系列價格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)用戶設(shè)計需要更多考慮成本時，33x并不一定是最適合的。而片內(nèi)高精度a/d轉(zhuǎn)換器又只有32x系列才有。2000年7月推出了f13x/f14x系列，在

11、2001年7月到2002年又相繼推出f41x、f43x、f44x。這些全部是 flash 型單片機。f41x系列單片機有48個i/o口，96段lcd驅(qū)動。f43x、f44x系列是在13x、14x的基礎(chǔ)上，增加了液晶驅(qū)動器，將驅(qū)動lcd的段數(shù)由3xx系列的最多120段增加到160段。并且相應(yīng)地調(diào)整了顯示存儲器在存儲區(qū)內(nèi)的地址,為以后的發(fā)展拓展了空間。msp430系列的部分產(chǎn)品具有flash存儲器，在系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)調(diào)試及實際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點。ti公司推出具有flash 型存儲器及jtag邊界掃描技術(shù)的廉價開發(fā)工具msp-fet430x110，將國際上先進的jtag技術(shù)和flash在線編程

12、技術(shù)引入msp430。這種以flash 技術(shù)與fet開發(fā)工具組合的開發(fā)方式，具有方便、廉價、實用等優(yōu)點，給用戶提供了一個較為理想的樣機開發(fā)方式。2001年ti公司又公布了bootstrap loader技術(shù)，利用它可在燒斷熔絲以后只要幾根線就可更改并運行內(nèi)部的程序。這為系統(tǒng)軟件的升級提供了又一方便的手段。bootstrap具有很高的保密性，口令可達(dá)到32個字節(jié)的長度。ti公司在2002年底和2003年期間又陸續(xù)推出了f15x和f16x系列的產(chǎn)品。在這一新的系列中，有了兩個方面的發(fā)展。一是從存儲器方面來說，將 ram 容量大大增加，如f1611的ram容量增加到了10kb。二是從外圍模塊來說，增

13、加了i2c、dma、dac12 和svs等模塊1。1.2 msp430的特點1、處理能力強msp430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集（risc）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址，4種目的操作數(shù)尋址），簡介的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可以參加多種運算；還有高效的查表處理命令。這些特點保證了可以編制出高效的源程序 。2、運算速度快msp430系列單片機能在25mhz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)40ns的指令周期16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實現(xiàn)乘加運算）相配合,能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如 fft 等）。

14、3、超低功耗msp430單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。首先，msp430 系列單片機的電源電壓采用的是1.8-3.6v電壓。因而可使其在1mhz的時鐘條件下運行時，芯片的電流最低會在165a左右，ram保持模式下的最低功耗只有0.1a。其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。在msp430系列中有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（fll和fll+）時鐘系統(tǒng)和dco數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€晶體振蕩器（32768hz），也可以使用兩個晶體振蕩器。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生cpu和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)

15、閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運行時開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（am）和五種低功耗模式（lpm0lpm4）。在實時時鐘模式下，可達(dá)2.5a，在ram保持模式下，最低可達(dá)0.1a。4、片內(nèi)資源豐富msp430系列單片機的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（wdt）、模擬比較器a、定時器a0（timer_a0）、定時器a1（timer_a1）、定時器b0（timer_b0）、uart、spi、i2c、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10位/12位adc、16位- adc、dma、i/o端口、基本定時器（basic ti

16、mer）、實時時鐘（rtc）和usb控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出 a/d 轉(zhuǎn)換器；16 位定時器（timer_a和timer_b）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、pwm等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機通信等應(yīng)用；具有較多的i/o 端口，p0、p1、p2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件a/d轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá)160段；實現(xiàn)兩路的

17、12位d/a轉(zhuǎn)換；硬件i2c串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的dma模塊。msp430系列單片機的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。5、方便高效的開發(fā)環(huán)境msp430系列有opt型、flash型和rom型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于opt型和rom型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于flash型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有jtag調(diào)試接口，還有可電擦寫的、flash存儲器，因此采用先下載程序到flash內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由jtag接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。這種

18、方式只需要一臺pc機和一個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。1.3 課題研究的主要內(nèi)容1.3.1 研究內(nèi)容本設(shè)計以實現(xiàn)基于msp430單片機的溫度測量為主要目標(biāo)，主要內(nèi)容有：1、msp430的結(jié)構(gòu)及工作原理；2、溫度測量的控制方法；3、控制系統(tǒng)所需的控制電路，設(shè)計控制系統(tǒng)；控制電路主要由msp430f149單片機、ds18b20溫度傳感器，lcd1602.4、系統(tǒng)原理圖、方框圖和線路圖等。1.3.2 論文安排1、 原理部分：第1章主要介紹了msp430單片機的特點，結(jié)構(gòu)和工作原理。2、 硬件電路部分：第3章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路圖，msp430的結(jié)構(gòu)圖及外圍

19、電路。3、軟件部分：介紹了系統(tǒng)的軟件流程圖。 2 系統(tǒng)總方案設(shè)計本章主要介紹系統(tǒng)的原理圖以及測量原理，然后介紹本設(shè)計的核心部件msp430f149單片機和單線數(shù)字溫度傳感器ds18b20。2.1 控制系統(tǒng)的原理圖本設(shè)計的控制系統(tǒng)主要包括五部分：采集模塊，鍵盤輸入模塊，電源及復(fù)位模塊，報警模塊，顯示模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 控制系統(tǒng)原理圖2.2 溫度測量原理本設(shè)計的原理是:溫度采集系統(tǒng)主要通過單線數(shù)字溫度傳感器ds18b20采集得到溫度數(shù)據(jù)，msp430f149作為cpu從溫度傳感器讀取數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進行判斷然后做相應(yīng)處理，比如顯示或報警。溫度傳感器通過某種關(guān)系的換算，就可以得

20、到溫度傳感器的輸出電壓，這樣單片機通過模擬口采集得到傳感器的輸出電壓2。由于msp430f149片內(nèi)集成了a/d轉(zhuǎn)換通道，這樣可以直接將單片機的a/d輸入通道與傳感器的模擬電壓輸出通道相連接另外系統(tǒng)通過鍵盤輸入來完成對報警溫度上下限的設(shè)置，通過顯示電路將得到的數(shù)據(jù)顯示出來，當(dāng)溫度超過上限和下限的時候，系統(tǒng)進行報警，報警是通過驅(qū)動一個蜂鳴器來實現(xiàn)的。下面一部分將具體介紹系統(tǒng)的構(gòu)成。該系統(tǒng)主要有傳感器采集模塊、鍵盤輸入模塊、電源及復(fù)位模塊、報警模塊及顯示模塊，分別有p2.6、p1.0-p1.7、reset、p2.5、p2.2-p2.4和p4.0-p4.7控制。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。由圖2-1可以

21、看出，整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單等特點。傳感器模塊與單片機的a/d通道進行連接，這樣可以簡化模擬采集的設(shè)計，從而減小設(shè)計的復(fù)雜性，增加系統(tǒng)的可靠性。鍵盤輸入模塊是通過單片機的pl口來實現(xiàn)的，由于pl口中斷功能，所以實現(xiàn)起來非常容易，并且也非常適合軟件編程。電源及復(fù)位模塊主要是為整個系統(tǒng)提供可靠的電源，另外考慮到系統(tǒng)工作需要有復(fù)位功能，因此也為系統(tǒng)提供復(fù)位信號。2.3 msp430f149單片機本設(shè)計采用msp430f149單片機作為核心部件。2.3.1 msp430f149的組成l 基礎(chǔ)時鐘模塊，包括一個數(shù)控振蕩器(dco)、一個高速晶體振蕩器(最高8mhz)和一個低速晶體振蕩器(32768hz）。

22、l 看門狗定時器watch timer，可用作通用定時器。l 帶有3個捕獲/比較寄存器的16位定時器timer_a3。l 帶有7個捕獲/比較寄存器的16位定時器timer_b7。l 兩個具有中斷功能的8位并行端口;p1與p2。l 四個8位并行端口;p3、p4、p5與p6。l 模擬比較器compator_a。l 2位200kbps的a/d轉(zhuǎn)換器adc12，自帶采樣保持。l 兩通道串行通信接口可用于異步或同步(usart0、usa1t1)。l 一個硬件乘法器3。2.3.2 msp430f149的特點l 低電壓(電壓范圍是1.8v-3.6v，超低功耗(2.2v 1mhz 280ua ) 。l 超低功

23、耗。在休眠條件下上作電流只有0.8ua;就是在(2.2v、1mhz)條件下電流只有280ua。l 使用中斷請求將cpu從低功耗模式下喚醒時間：6us。l 快速的指令執(zhí)行時間。msp430f149為16位risc結(jié)構(gòu)，指令周期為150ns。l 片內(nèi)有12位a/d轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供參考電壓。a/d轉(zhuǎn)換器具有采樣保持和自動掃描特點。l 具有靈活的時鐘設(shè)計。l 方便的調(diào)試功能。l 單片機是flash型的，可以實現(xiàn)寫入和擦除，再加上次單片機提供jtag口，能實現(xiàn)能很好的在線調(diào)試仿真功能。通過集成的ide開發(fā)環(huán)境，使用戶很容易調(diào)試程序。l 片內(nèi)提供模擬信號比較器、較多的儲存器。l 串口通信模塊，usart0

24、 usart1。l 提供pl.0-p6.0六個數(shù)據(jù)端口，能為用戶提供更多的處理功能。l 安全熔絲的程序代碼保護。2.3.3 msp430f149的定時器及轉(zhuǎn)換模塊在msp430f149中有一個16位定時器和一個12位轉(zhuǎn)換模塊adc12。 16位定時器可以用作看門狗定時器，實現(xiàn)在秒數(shù)量級上的定時。其中有2個中斷向量，便于處理各種定時中斷。另外，定時器還具有捕獲模式，我們可以通過定時器的捕獲功能實現(xiàn)各種測量，比如脈沖寬度測量。12位a/d轉(zhuǎn)換用到2個參考電平，即vr+和vr-，作為轉(zhuǎn)換范圍的上下限和讀數(shù)的量程值和0值。轉(zhuǎn)換數(shù)值在輸入信號大于等于vr+時為滿量程，小于等于vr-時為0。adc12有4

25、種工作模式?？梢栽趩瓮ǖ郎蠈崿F(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換，也可以在序列通道上實現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或重復(fù)轉(zhuǎn)換。對于序列通道轉(zhuǎn)換，采樣順序完全由用戶定義。轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存在16個轉(zhuǎn)換寄存器中，這樣adc12可以進行多次轉(zhuǎn)換而不需要軟件干頂，這一點提高了系統(tǒng)性能，也減少了軟件開銷4。msp430f149單片機管腳如圖2-2所示：圖2-2msp430f149單片機管腳2.4 單線數(shù)字溫度傳感器ds18b20美國dalls公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器ds18b20，它是一種智能溫度傳感器，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供微機處理。由于每片ds18b20含有唯一的硅串行數(shù)，從ds18b20讀出的信息或?qū)懭雂s18b20的信

26、息，僅需要一根口線5。讀出及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的ds18b20供電，而無需額外的電源。ds18b20提供9-12位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。2.4.1 ds18b20的技術(shù)性能l 獨特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。 l 測溫范圍 55+125，固有測溫誤差0.5。 l 支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫。 l 工作電源: 3-5v/dc。l 在使用

27、中不需要任何外圍元件。 l 測量結(jié)果以9-12位數(shù)字量方式串行傳送。 l 不銹鋼保護管直徑 6。 l 適用于dn15-25, dn40-dn250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫。 l 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 m10x1, m12x1.5, g1/2任選。 l pvc電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。l 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。2.4.2 ds18b20的應(yīng)用范圍 l 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 。l 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 l 汽車空調(diào)、冰箱、

28、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 l 供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。2.4.3 ds18b20產(chǎn)品型號與規(guī)格 溫度傳感器ds18b20共有三種型號，分別為ts-18b20，ts-18b20a，ts-18b20b，各種型號的具體性能及參數(shù)如表2-1所示。表2-1 ds18b20產(chǎn)品型號與規(guī)格型號測溫范圍安裝螺紋電纜長度適用管道ts-18b20-55125無1.5 m-ts-18b20a-55125m10x11.5mdn15-25ts-18b20b-551251/2g接線盒dn40-602.4.4 ds18b20使用中注意事項ds18b20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精

29、度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：1、較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于ds18b20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對ds18b20進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對 ds18b20操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 2、在ds18b20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛ds1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個ds1820，在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛ds18b20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要

30、加以注意。2.4.5 溫度傳感器ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度傳感器ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)：ds18b20采用三腳pr35封裝如圖2-2所示，其內(nèi)部框圖如2-3所示6。64位的rom開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的唯一的序號共計48位，最后8位是前56位的crc校驗碼。高速緩存器存儲器包含一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的ep2ram。配置寄存器為高速緩存器中的第五個字節(jié)，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，各位字節(jié)的定義如表2-2示：表2-2 各位字節(jié)的定義tmr1r011111后五位一直是1，tm是測試模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是測試模式，在ds18b2

31、0出廠時被設(shè)置為0，用戶不要去改動，r1和r0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，也就是設(shè)置分辨率。圖2-3 ds18b20三腳pr35封裝圖2-4 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖在溫度進行計算時，以12位轉(zhuǎn)換位數(shù)為例：對于正的溫度，只要將測到的數(shù)值整數(shù)部分取出，轉(zhuǎn)換為十進制，再將小數(shù)部分乘以0.0625就可以將得到的十進制的小數(shù)位的溫度值了。而對于負(fù)的溫度，則需要將采集到的數(shù)值取反加1，即可以得到實際溫度的十六進制表示。在按照正溫度的計算方法就可以得出十進制的負(fù)的溫度了7。如表2-3及表2-4所示。表2-3 ds18b20溫度寄存器格式bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0ls by

32、te232221202-12-22-32-4bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8ls bytesssss262524表2-4 部分溫度值溫度/二進制表示16進制表示+12500000111 1101000007d0h+25.062500000001 100100010191h+0.500000000 000010000008h000000000 000000000000h-0.511111111 11111000fff8h-25.062511111110 01101111fe6fh2.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)該系統(tǒng)采用美國dallas公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器

33、ds18b20來采集溫度數(shù)據(jù)，作為單片機msp430149的溫度傳感器，該芯片有很多優(yōu)點，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理。由于每片ds18b20含有唯一的硅串行數(shù)，從ds18b20讀出的信息或?qū)懭雂s18b20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。由于該系統(tǒng)采用ds18b20作為溫度采集傳感器，這部分電路就比較簡單了，圖2-5為溫度采集電路。圖2-5 溫度采集電路通過圖2-5可以看出該集成電路具有簡單，實用等特點。i/o口可以與msp430f149的p2.6口直接相連，來完成數(shù)據(jù)的傳送。3 硬件部分本章主要介紹硬件部分的各個模塊，這些模塊包括電源模塊及復(fù)位模塊，鍵盤輸入模塊，報警模

34、塊，顯示模塊。電源模塊采用ti公司的tps76033芯片，保證msp430f149單片機的工作電壓。復(fù)位模塊采用max809芯片。鍵盤輸入模塊主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互。報警模塊采用lm386芯片，實現(xiàn)報警控制。顯示模塊采用lcd1602顯示溫度。3.1 硬件電路圖單片機的最小系統(tǒng)如圖3-1所示：圖3-1 單片機最小系統(tǒng)電路單片機電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要完成與其他電路的接口，從而獲得數(shù)據(jù)進行處理，將處理的結(jié)果采用某種方式表現(xiàn)出來，比如顯示或報警。從單片機最小系統(tǒng)電路可以看出，單片機接口電路非常簡單，分別采用單片機的一般i/o口實現(xiàn)與其他電路的連口，在單片機的時鐘設(shè)計上與其

35、他單片機有一定的區(qū)別，msp430f149單片機采用兩個時鐘的輸入，一個32khz的時鐘信號，一個8mhz的時鐘信號。該系統(tǒng)的時鐘部分是采用晶體振蕩器實現(xiàn)的8?？紤]到電源的輸入紋波對單片機的影響，在電源的管理腳增加一個0.1uf的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。另外單片機還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題，在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源輸入端增加一個濾波電容以減少干擾。3.2 電源及復(fù)位模塊本模塊采用tps76033（低功耗 50ma 低壓降 (ldo) 穩(wěn)壓器 ）芯片實現(xiàn)，如圖3-2所示：圖3-2tps76033實物圖電壓電路：由于msp430

36、f149單片機的工作電壓一般是1.8v3.6v,并且功率極低。為了方便起見，本系統(tǒng)采用電池（如2節(jié)普通5號電池）供電，因此輸出電壓為3v。而整個系統(tǒng)采用3.3v供電?？紤]到硬件系統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗特點，因此該硬件系統(tǒng)的電源部分采用ti公司的tps76033芯片實現(xiàn)，該芯片能很好的滿足該硬件的系統(tǒng)的要求，另外該芯片具有很小的封裝，因此能有效的節(jié)約pcb板的面積9。為了使輸出電源的紋波小，在輸出部分用了一個2.2uf和0.1uf的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個0.1uf的濾波電容，減少輸入端受到的干擾。電源電路具體如圖3-3所示。復(fù)位電路：在單

37、片機系統(tǒng)里，單片機需要復(fù)位電路，復(fù)位電路可以采用rc復(fù)位電路，也可以采用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路，rc復(fù)位電路具有經(jīng)濟性，但可靠性不高，用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路具有很高的可靠性，因此為了保證復(fù)位電路的可靠性，該系統(tǒng)采用圖3-3 電源電路復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路，該系統(tǒng)采用max809芯片10。為了減小電源的干擾，還需要在復(fù)位芯片的電源的輸入端加一個0.1uf的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。復(fù)位電路如圖3-4所示：圖3-4 復(fù)位電路3.3 鍵盤輸入模塊鍵盤輸入電路主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互。該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計是采用掃描方式實現(xiàn)的矩陣鍵盤。該系統(tǒng)的鍵盤電路圖如圖3-5所示。圖3-5

38、鍵盤輸入電路該矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成，p1.0、p1.1、p1.2、p1.3構(gòu)成鍵盤的行線，p1.4、pl.5、pl.6和pl.7構(gòu)成鍵盤的列線。鍵盤的行線作為鍵盤的控制輸入端，鍵盤的列線作為鍵盤的輸出端。鍵盤的工作原理：首先將p1.4至為低電平，然后檢測p1.0-1.3，如果有一個為低電平了，就可以確定是哪個鍵被按下，如果都為高電平就繼續(xù)將p1.5至為低電平來檢測。用這樣循環(huán)檢測的方法就可確定是哪個鍵被按下。鍵盤的掃描時間很短，僅僅幾微秒的時間，然而按鍵的時間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有按鍵按下的話是都可以被掃描到的。另外還要考慮鍵盤的抖動處理。消除抖動的方法通常有兩種：一種為軟件

39、去抖動法，另一種為硬件去抖動法。軟件去抖動法只需要一個延時函數(shù)，不需要增加成本，實現(xiàn)簡單，所以本次設(shè)計選用軟件去抖動法。3.4 報警模塊該部分電路主要是驅(qū)動一個蜂鳴器，這樣只需要將蜂鳴器的一端接地，另一端以單片機進行相接就可以了。而驅(qū)動該蜂鳴器需要lm386功率放大器12。3.4.1 功率放大器lm386lm386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。lm386具有以下特性,lm386如圖3-6所示：1、靜態(tài)功耗低，約為4ma,可用于電池供電。2、工作電壓范圍寬，4-12v或5-18v。3、

40、外圍元件少。4、電壓增益可調(diào)，20-200。5、低失真度。圖3-6lm386lm386內(nèi)部電路原理圖如圖3-7所示。與通用型集成運放相類似，它是一個三級放大電路。圖3-7lm386內(nèi)部原理圖3.4.2 lm386內(nèi)部原理1、第一級為差分放大電路t1和t3、t2和t4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；t5和t6組成鏡像電流源作為t1和t2的有源負(fù)載；t3和t4信號從管的基極輸入，從t2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益13。 2、第二級為共射放大電路t7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大

41、倍數(shù)。第三級中的t8和t9管復(fù)合成pnp型管，與npn型管t10構(gòu)成準(zhǔn)互補輸出級。二極管d1和d2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為otl電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 電阻r7從輸出端連接到t2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與r5和r6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。如圖3-7所示,引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10f。 查lm386的datash

42、eet，電源電壓4-12v或5-18v(lm386n-4)；靜態(tài)消耗電流為4ma；電壓增益為20-200db；在1、8腳開路時，帶寬為300khz；輸入阻抗為50k；音頻功率0.5w。 盡管lm386的應(yīng)用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產(chǎn)生非常討厭的噪聲。下面介紹改進措施：（1）通過接在1腳、8腳間的電容（1腳接電容+極）來改變增益，斷開時增益為20db。因此用不到大的增益，電容就不要接了，不光省了成本，還會帶來好處-噪音減少。（2）pcb設(shè)計時，所有外圍元件盡可能靠近lm386；地線盡

43、可能粗一些；輸入音頻信號通路盡可能平行走線，輸出亦如此。（3）選好調(diào)節(jié)音量的電位器。質(zhì)量太差的不要，否則受害的是耳朵；阻值不要太大，10k最合適，太大也會影響音質(zhì)?。?）電源的處理，也很關(guān)鍵。如果系統(tǒng)中有多組電源，由于電壓不同、負(fù)載不同以及并聯(lián)的去耦電容不同，每組電源的上升、下降時間必有差異。非常可行的方法：將上電、掉電時間短的電源放到+12v處，選擇上升相對較慢的電源作為lm386的vs，但不要低于4v。（5）盡可能采用雙音頻輸入/輸出。好處是：“”、“”輸出端可以很好地抵消共模信號，故能有效抑制共模噪聲。（6）第7腳（bypass）的旁路電容不可少！實際應(yīng)用時，bypass端必須外接一個電

44、解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個電容的容值，減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。（7）減少輸出耦合電容。此電容的作用有二：隔直+耦合。隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號。它與揚聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波器。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會使截止頻率提高。分別測試，發(fā)現(xiàn)10uf/4.7uf最為合適。圖3-8為放大增益為20接線圖。圖3-8 放大器增益=20圖3-9報警電路由圖3-9可知lm386的in+(3)口與msp430f149的p2.5端口通過一個100歐姆的電阻相連

45、接，來完成相應(yīng)的控制。3.5 顯示模塊系統(tǒng)的顯示電路采用lcd液晶顯示器顯示，這樣的方式能滿足該系統(tǒng)的要求，也可很容易的完成。本設(shè)計采用的是lcd1602，他有很多優(yōu)點14：1、顯示質(zhì)量高2、數(shù)字式接口3、體積小、重量輕4、功耗低3.5.1 lcd1602 基本參數(shù)及引腳功能1602lcd分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為hd44780，帶背光的比不帶背光厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如圖3-10所示：圖3-10lcd1602尺寸圖1、1602lcd主要技術(shù)參數(shù)l 顯示容量：162個字符l 芯片工作電壓：4.55.5vl 工作電流：2.0ma(5.0v)l 模塊最佳工作電

46、壓：5.0vl 字符尺寸：2.954.35(wh)mm2、引腳功能說明1602lcd采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-1所示：（1）第1腳vss為地電源。（2）第2腳vdd接5v正電源。（3）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。（4）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。（5）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(dāng)rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平r/

47、w為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。（6）第6腳e端為使能端，e端由高電平跳變成低電平時，執(zhí)行命令。（7）第714腳d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。（8）第15腳是背光源正極。（9）第16腳是背光源負(fù)極。表3-1引腳口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令原則12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負(fù)極1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的，表3-2為lcd1

48、602的控制命令，表中給出了11條指令，這些指令包括清顯示，光標(biāo)返回，置輸入模式，顯示開/控制等等，其中1為高電平，0為低電平。表3-2控制命令表序號指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生貯存期地址0001字符發(fā)生存儲器地址8置數(shù)據(jù)存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)據(jù)到cgram或ddram10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram讀數(shù) 11讀出

49、的數(shù)據(jù)內(nèi)容下面介紹lcd1602的11條指令15：（1）指令1：清顯示，指令碼01h,光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置。（2）指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h。（3）指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 i/d：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。（4）指令4：顯示開關(guān)控制。 d：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 c：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。（5）指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。（6）指令6：功能

50、設(shè)置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 f: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。（7）指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置。（8）指令8：ddram地址設(shè)置。（9）指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。（10）指令10：寫數(shù)據(jù)。（11）指令11：讀數(shù)據(jù)。圖3-11為顯示電路.通過圖3-11看出，該顯示電路直接與單片機的數(shù)據(jù)i/o口進行連接，vss為電源地，vdd為電源正極，接5v電源，rs為數(shù)據(jù)命令選擇，rw為讀寫命令選擇，d0-d7用來接

51、收數(shù)據(jù)，由于msp430f149具有豐富的i/o口資源，這樣采用并行的接口方式非常容易，減小系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度，也可以增加系統(tǒng)的可靠性。p4.0-4.7是用來顯示數(shù)據(jù)，分別與對應(yīng)lcd1602的d0d7相連接，p2 .2、p2.3和p2.4是用來控制數(shù)碼管的選通狀態(tài)。p2.2與lcd1602的rs端相連接，用來控制數(shù)據(jù)命令，p2.3與rw相連接，用來控制讀/寫操作，p2.4與使能端e相連接。圖3-11顯示電路4 軟件部分本章介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要包括采集模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊、報警模塊和主處理模塊。下面具體介紹各個模塊的軟件設(shè)計16。4.1 最小系統(tǒng)設(shè)計主處理模塊主要是將各個模塊進行協(xié)調(diào)處理和實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。主處理模塊首先完成初始化上作，初始化后進入循環(huán)處理，在循環(huán)過程中主處理獲得采集模塊的數(shù)據(jù)，井將數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)處理后的結(jié)果來進行顯示或者報警。下面而給出程序的流程圖，如圖4-1所示。開始程序初始化按鍵是否按下是設(shè)置上下限溫度否顯示溫度判斷是否到達(dá)上下限是報警否圖4-1主處理器流程圖4.2 采集模塊采集模塊重要是通過ds18b20溫度傳感器獲得數(shù)據(jù)，并對采集來的數(shù)據(jù)進行處理后送給msp430f149。cpu對ds18b20的訪問流程是：先對ds18b20初始化，再進行roi1操作命令，最后才能對存儲器操作、數(shù)據(jù)操作。ds18b20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通