【正文】 目 錄第一章 前 言 2 MCU與嵌入式系統(tǒng) 2 傳感器簡介 3 熱敏電阻溫度傳感器 4第二章 硬件測試 5 單片機(jī)系統(tǒng) 5 單片機(jī)的選擇 5 MC68HC908GP32單片機(jī)的特點(diǎn) 5 MC68HC908GP32內(nèi)部結(jié)構(gòu) 6 GP32MCU的引腳功能 8 測溫系統(tǒng)的原理框圖 9 溫度傳感器電路 10 信號放大電路 10 A/D轉(zhuǎn)換模塊 11 溫度顯示系統(tǒng) 11第三章 軟件設(shè)計(jì) 12 MCU方程序 12 Main函數(shù) 12 A/D轉(zhuǎn)換模塊的基本編程方法 13 串行口初始化子程序 17 串口通行模塊 18 22 PC機(jī)方（VB編程） 22第四章 測試與總結(jié) 27 測試 27 連接硬件電路 27 08C語言程序調(diào)試 27 總結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 30基于GP32溫度測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第一章 前 言 MCU與嵌入式系統(tǒng)MCU的基本含義：在一塊芯片上集成了中央處理器單元（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及多種輸入/輸出（I/O）接口的比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。MCU從體系結(jié)構(gòu)到指令系統(tǒng)都是按照嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)，能很好地滿足應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入，面向測控對象和現(xiàn)場可靠運(yùn)行等方面的要求。因此由MCU構(gòu)成的系統(tǒng)是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大、應(yīng)用最廣的嵌入式系統(tǒng)。由于MCU有嵌入式應(yīng)用的專用體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，而且具有體積小、可靠性高等特點(diǎn)，同時(shí)具有各種各樣的型號，可以滿足不同的需求，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，開發(fā)者可根據(jù)具體要求選用最佳型號的MCU嵌入到所需的應(yīng)用系統(tǒng)中[2]。一個以MCU為核心，比較復(fù)雜的嵌入式產(chǎn)品或?qū)嶋H嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，包含模擬量的輸入、模擬量的輸出，開關(guān)量的輸入、開關(guān)量的輸出以及數(shù)據(jù)通信部分。如圖1為一個典型的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)框圖。MCU工作支撐電路保障MCU能夠正常運(yùn)行，如電源提供、晶振電路及必要的濾波電路等。實(shí)際模擬信號一般來自相應(yīng)的傳感器。但是，一般傳感器將實(shí)際模擬信號轉(zhuǎn)成的電信號都比較弱，MCU無法直接獲得該信號，需要將起放大，然后經(jīng)過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，進(jìn)行處理。目前許多MCU內(nèi)部包含A/D轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)際應(yīng)用時(shí)也可根據(jù)需要外接A/D轉(zhuǎn)換芯片。常見的模擬量有：溫度、濕度、壓力、質(zhì)量、氣體濃度、液體濃度、流量等。對MCU來說，模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)的數(shù)字序列進(jìn)行處理。 實(shí)際開關(guān)信號一般也來自相應(yīng)的開關(guān)類傳感器。如光電、電磁開關(guān)、干簧管、聲控、紅外開關(guān)等，在一些兒童電子玩具就有一些類似的開關(guān)。手動開關(guān)也可以作為開關(guān)信號送到MCU中。對MCU來說，開關(guān)信號就是只有“0”和“1”兩種可能值的數(shù)字信號。其他輸入信號通過通信方式與MCU溝通。常用的通信方式有：異步串行（SCI）通信方式、串行外設(shè)接口（SPI）通信方式、并行通信方式、USB通信方式、網(wǎng)絡(luò)通信方式等。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，有開關(guān)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也有模擬量執(zhí)行機(jī)構(gòu)。開關(guān)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有“開”、“關(guān)”兩種狀態(tài)。模擬量執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要連續(xù)變換的模擬量控制。MCU一般不能直接控制這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要通過相應(yīng)的驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)。還有一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即不是通常的開關(guān)量控制，也不是通常的D/A轉(zhuǎn)換量控制，而是“脈沖”量控制，如控制空調(diào)電動機(jī)，MCU則通過軟件對其控制。MCU放大器：將微弱電信號放 大 成MCU可接受的電信號傳感器：將實(shí)際物理信號轉(zhuǎn)換為微弱電信號模擬量驅(qū)動機(jī)構(gòu)：將MCU送出的信號放大模擬量執(zhí)行機(jī)構(gòu)將實(shí)際開關(guān)信號轉(zhuǎn)換成MCU可接受的電信號MCU與嵌入式系統(tǒng)開關(guān)量驅(qū)動機(jī)構(gòu)：將MCU送出的信號放大開關(guān)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)其他輸入信號其他輸出信號MCU工作支撐電路其他通信設(shè)備通信信號匹配電路A/D轉(zhuǎn)換接口D/A轉(zhuǎn)換接口I/O接口通信接口實(shí)際模擬信號實(shí)際開關(guān)信號圖1 一個典型的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)框圖 傳感器簡介傳感器是一種把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件，其實(shí)質(zhì)是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｋ菍?shí)現(xiàn)測試與自動控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如電子計(jì)價(jià)秤中所安裝的稱重傳感器，它是電子計(jì)價(jià)秤的重要部件，它擔(dān)負(fù)著將重量轉(zhuǎn)換成電信號的任務(wù)，它所輸出的電信號被放大器放大并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由相關(guān)電路顯示出稱重信息。如果沒有傳感器對原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測量，哪么無論是信號轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)中，信息采集傳感器技術(shù)、信息傳感痛惜技術(shù)、信息處理微處理器技術(shù)是現(xiàn)在電子信息技術(shù)的3大核心技術(shù)。傳感器的種類可分為力、熱、濕、氣，磁、光、電等。室溫傳感器用于測量室內(nèi)和室外的環(huán)境溫度，管溫傳感器用于測量蒸發(fā)器和冷凝器的管壁溫度。室溫傳感器和管溫傳感器的形狀不同，但溫度特性基本一致。按溫度特性劃分，目前美的使用的室溫管溫傳感器有二種類型：常數(shù)B值為4100K177。3%，基準(zhǔn)電阻為25℃對應(yīng)電阻10KΩ177。3%。溫度越高，阻值越?。粶囟仍降?，阻值越大。離25℃越遠(yuǎn)，對應(yīng)電阻公差范圍越大；在0℃和55℃對應(yīng)電阻公差約為177。7%；而0℃以下及55℃以上，對于不同的供應(yīng)商，電阻公差會有一定的差別。 熱敏電阻溫度傳感器溫度傳感器利用一些金屬、半導(dǎo)體等材料與溫度有關(guān)的特性而制成的，這些特性包括熱膨脹、電阻、電容、磁性、熱電勢、熱噪聲、彈性及光學(xué)特征。根據(jù)制造材料將其分為熱敏電阻傳感器、半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器等類型。熱敏電阻傳感器，其最基本電氣特性是隨著溫度的變化自身阻值也隨之變化。熱電阻材料熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性。第二章 硬件測試 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)選用的是Freescale公司的MC908GP32，主要完成對A／D轉(zhuǎn)換電路的控制、對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的處理以及對顯示模塊的控制，并且為ADC0809提供工作時(shí)鐘 單片機(jī)的選擇嵌入式系統(tǒng)的核心就是各種不同類型的MCU，選擇MCU時(shí)要考慮的因素有處理性能、功耗、價(jià)格、封裝形式、軟硬件開發(fā)工具、設(shè)計(jì)者的熟悉程度等。對于許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，目標(biāo)不在于挑選速度最快并且功能最強(qiáng)的MCU（這樣的MCU往往價(jià)格較高），而是選擇對于完成功能最合適的MCU。應(yīng)遵循的原則有：MCU的總I/O口個數(shù)應(yīng)略多于系統(tǒng)功能所需的個數(shù)，以備功能擴(kuò)展和調(diào)試時(shí)使用；對于使用到的外設(shè)功能模塊應(yīng)盡可能集成在MCU的內(nèi)部，以簡化硬件系統(tǒng)，減少系統(tǒng)工作功耗，提高系統(tǒng)的可靠性；盡量選擇設(shè)計(jì)者較為熟悉和開發(fā)工具完備的芯片型號，這樣可以減少開發(fā)周期，提高開發(fā)效率。基于上述選型原則，本設(shè)計(jì)采用了MC68HC908GP32（42引腳）單片機(jī)，它穩(wěn)定性高、開發(fā)周期短、成本低、兼容性好；按各種型號帶有不同大小的片內(nèi)閃速（FLASH）存儲器，具有非常高的性價(jià)比；增加了增強(qiáng)型的串行通訊接口SCI和串行外圍接口SPI。 MC68HC908GP32單片機(jī)的特點(diǎn)MC68HC908GP32單片機(jī)的主要特點(diǎn)概述如下：1）512B片內(nèi)RAM；32K片內(nèi)Flash程序存儲器，具有在線編程能力和保密功能。 2）時(shí)鐘發(fā)生器模塊，具有32KHz晶振PLL電路,可產(chǎn)生各種工作頻率；8MHz 內(nèi)部總線頻率。 3）增強(qiáng)的HC05 CPU結(jié)構(gòu)；16種尋址方式(比HC05多8種)；16位變址寄存器和堆棧指針；存儲器至存儲器數(shù)據(jù)傳送；快速88乘法指令；快速16/8除法指令；擴(kuò)展的循環(huán)控制功能；BCD功能. 4）33根通用I/O腳，包括26根多功能I/O腳和5或7根專用I/O腳；PTA、PTC和PTD的輸入口有可選擇的上拉電阻；PTC0—PTC4有15mA吸流和放流能力，其他口有10mA吸流和放流能力 (總體驅(qū)動電流應(yīng)小于150mA)；所有口有最高5mA輸入電流保護(hù)功能。 5）增強(qiáng)型串行通訊口SCI；串行外圍接口SPI；兩個16位雙通道定時(shí)器接口模塊(TIM1和TIM2)，每個通道可選擇為輸入捕捉、輸出比較和PWM，其時(shí)鐘可分別選為內(nèi)部時(shí)鐘的32和64的分頻值；帶時(shí)鐘預(yù)分頻的定時(shí)基模塊有8種周期性實(shí)時(shí)中斷(125511022048和4096Hz)，可在STOP方式時(shí)使用外部32KHz晶振周期性喚醒CPU；8位鍵盤喚醒口。6）系統(tǒng)保護(hù)特性：計(jì)算機(jī)工作正常(COP)復(fù)位；低電壓檢測復(fù)位，可選為3V或5V操作；非法指令碼檢測復(fù)位；非法地址檢測復(fù)位。 7）具有PDIPSDIP42和QFP44封裝形式。 8）優(yōu)化用于控制應(yīng)用；優(yōu)化支持C語言。 MC68HC908GP32內(nèi)部結(jié)構(gòu)MC68HC908GP32 MCU（以下簡稱GP32 MCU）的三種封裝形式只有引腳數(shù)量和形式有所區(qū)別，其他方面是一致的。圖4給出了GP32的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖4中I/O接口是按44引腳的GP32給出的，對于42引腳的GP32 MCU則沒有PTCPTC6兩個引腳，對于40引腳的GP32 MCU則沒有PTCPTC6及PTD6/T2CH0、PTD7/T2H1四個引腳。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖可以看出，GP32內(nèi)部有以下主要部分：M68HC08 CPU、存儲器、定時(shí)接口模塊、定時(shí)基模塊、看門狗模塊、并行I/O接口、串行通信接口SCI、串行外設(shè)接口SPI、斷點(diǎn)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤中斷模塊、時(shí)鐘發(fā)生模塊及鎖相環(huán)電路、低電壓禁止模塊、復(fù)位與中斷模塊、鑒控模塊MON、系統(tǒng)設(shè)置模塊。M68HC08 CPUCPU寄存器算數(shù)邏輯單元 64B控制和狀態(tài)寄存器32KB片內(nèi)Flash程序寄存器512B片內(nèi)RAM307B監(jiān)控ROM36B用戶Flash矢量空間時(shí)鐘發(fā)生模塊32KHz振蕩器鎖相環(huán)PLL系統(tǒng)集成模塊SIM矢量空間外中斷模塊IRQ8位A/D轉(zhuǎn)換模塊電源PORTADDRAPORTCDDRCPORTBDDRBPORTDDDRD監(jiān)視模式入口模塊加密模塊PTA7/~KBD7… …PTA0/~KBD0定時(shí)器模塊TBM斷點(diǎn)模塊BRK低電壓禁止模塊LVI鍵盤中斷控制模塊KBI定時(shí)器接口模塊TIM1定時(shí)器接口模塊TIM2內(nèi)存映像模塊串行通信接口模塊SCI串行外設(shè)接口模塊SPI監(jiān)控模塊MON數(shù)據(jù)總線開關(guān)模塊系統(tǒng)操作正常監(jiān)視模塊COP配置寄存器模塊1配置寄存器模塊1上電復(fù)位模塊PTB7/AD7… …PTB0/AD0PTC4… …PTC0PTD7/T2CH1PTD6/T2CH0PTD5/T1CH1PTD4/TICH0PTD3/SPSCKPTD2/MISOPTD1/MOSIPTD0/~SSVDDVSSVDDAVSSAVDDAD/VREFHVSSAD/VREFLOSC1OSC2CGMXFC~RST~IRQ圖4 MC68HC908GP32結(jié)構(gòu)框圖 GP32MCU的引腳功能 MC68HC908GP32的引腳圖① 電源類引腳VDD 、VSS（20引腳、19引腳）：電源供給端。VDDAD/VREFH、VSSAD/VREFL（31引腳、32引腳）：內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模塊的電源供給及參考電壓輸入端。VDDA、VSSA（1引腳、2引腳）：時(shí)鐘發(fā)生器模塊（CGM）的電源供給端。② 控制類引腳 （6引腳）：外部低有效復(fù)位輸入或輸出引腳，有內(nèi)部上拉電阻。（14引腳）：外部中斷輸入引腳，有內(nèi)部上拉電阻。③ I/O類引腳PTA7/KBD7PTA0/KBD0（4235引腳）：8位通用雙向I/O接口，每個可編程為鍵盤輸入引腳。PTB7/AD7PTBO/AD0（3225引腳）：8位通用雙向I/O接口，也可作為8位A/D轉(zhuǎn)換輸入引腳。PTC4PTC0（117引腳）：5位通用雙向I/O接口。PTD7/T2CH1PTD0/SS（2421引腳、1815引腳）：8種特殊功能、雙向I/O接口，其中PTD4PTD7用于定時(shí)器模塊（TIM1和TIM2）。SPSCK、MOSI、MISO、SS用語串行外圍接口（SPI）。PTE1/TxD、PTE0/RxD（12引腳、13引腳）