【正文】 南 京 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)作 者： 王 超 學(xué) 號(hào)： 240092323 系 部： 康尼學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 題 目：基于MSP430的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)者： 汪 力 純 (實(shí) 驗(yàn) 師) 評(píng)閱者： 2013 年 6 月 南 京MSP430based temperature detection system design and implementationA Dissertation Submitted toNanjing Institute of TechnologyFor the Academic Degree of Bachelor of Science ByChao Wang Supervised by Technician Lichun WangCollege of KangniNanjing Institute of TechnologyJune 2013摘要MSP430單片機(jī)是德州公司最新開(kāi)發(fā)的具有16位總線帶FLASH 的單片機(jī)，由于它的性價(jià)比和集成度高，受到廣大技術(shù)開(kāi)發(fā)人員的青睞。它的可靠性能比較好，加強(qiáng)電干擾運(yùn)行不受影響，適應(yīng)工業(yè)級(jí)的運(yùn)行環(huán)境，在各種行業(yè)中都占有重要的位置，越來(lái)越多的領(lǐng)域應(yīng)用到以單片機(jī)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(guò)單片機(jī)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行智能控制。MSP430單片機(jī)將會(huì)在工程技術(shù)應(yīng)用中得到廣泛的應(yīng)用。而且，它是通向DSP系列的橋梁，隨著自動(dòng)控制的低功耗化和高速化，MSP430系列單片機(jī)將會(huì)得到越來(lái)越多人的喜愛(ài)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)MSP430單片機(jī)有了完整的了解，并且著重了解了MSP430F149芯片的原理圖以及它的工作原理，對(duì)內(nèi)部的硬件資源和自身的匯編語(yǔ)法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，把它和DS18B20溫度傳感器聯(lián)系在一起實(shí)現(xiàn)了溫度的測(cè)量以及報(bào)警。關(guān)鍵詞：MSP430；超低功耗；單片機(jī)；DS18B20 AbstractTexas MSP430 microcontroller is the latest development of a 16bit bus with FLASH MCU, due to its costeffective and highly integrated, by the majority of technology developers of all ages. Its reliability is better, enhancing electrical interference unaffected, adapt industrialgrade operating environment, in a variety of industry occupies an important position in both, applied to more and more areas to microcontroller core, with LCD as a digital control display terminal equipment, through the controlled object MCU intelligent control.MSP430 microcontroller applications engineering technology will be widely used. And, it is a bridge leading DSP family, with automatic control, low power consumption and high speed, MSP430 MCU will get more and more people39。s favorite.Through this graduation project, I have a plete understanding of the MSP430 microcontroller, and focus on understanding the MSP430F149 chip schematic and it works, and the internal hardware resources and their own assembler syntax conducted experiments it and DS18B20 linked to the temperature sensor of the temperaturemeasuring and alarm.Keywords: MSP430。 ultralow power。 SCM。 DS18B20目錄第一章 緒論 1 引言 1 現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r 1 課題研究的主要內(nèi)容 2 研究?jī)?nèi)容 2 論文安排 2第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 3 溫度測(cè)量原理 3 系統(tǒng)工作流程 4 系統(tǒng)核心器件選型 4 系統(tǒng)硬件主要電路說(shuō)明 4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路 4 PL2303下載電路 7 報(bào)警模塊蜂鳴器電路 8 LCD1602顯示模塊電路 9 電源及復(fù)位模塊電路 10第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)及流程圖 14 主程序流程圖 14 讀出溫度子程序流程圖 15 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖 16 計(jì)算溫度子程序 16 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 17 主模塊程序設(shè)計(jì) 18 LED顯示模塊程序設(shè)計(jì) 24 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì) 30 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) 37 上位機(jī)及輔助功能設(shè)計(jì) 37 系統(tǒng)主界面的設(shè)計(jì) 37 串口設(shè)置界面 38第四章 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析 43 調(diào)試步驟 43 顯示模塊調(diào)試 43 溫度數(shù)據(jù)采集模塊調(diào)試 44 報(bào)警模塊調(diào)試 44 上位機(jī)輔助功能設(shè)計(jì) 45 整體調(diào)試： 46 遇到的問(wèn)題及解決方案 47第五章 總結(jié)與展望 49致謝 50參考文獻(xiàn) 51附錄A：系統(tǒng)硬件的實(shí)物圖及MSP430原理圖 52附錄B：系統(tǒng)主程序 54附錄C：MSP430F149單片機(jī)封裝管腳定義 60南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)第一章 緒論 引言十七世紀(jì)是溫度計(jì)誕生和發(fā)展的最初階段，這個(gè)儀器幾乎比任何其它儀器都得到更加廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代歷史研究認(rèn)為最早發(fā)明溫度計(jì)的科學(xué)家是伽利略，他在1592年發(fā)明了最早的氣體溫度計(jì)，最早的液體溫度計(jì)則是荷蘭科學(xué)家華倫海特制造出來(lái)的[1]。隨著核能，宇航，冶金，低溫，材料，微電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等方面的發(fā)展，對(duì)于溫度測(cè)量控制的精度和范圍提出了很高的要求，特別是對(duì)溫度的測(cè)量不但要準(zhǔn)確，而且需要讀取數(shù)值時(shí)要更直觀，更方便，這樣的要求促進(jìn)了溫度測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展。在如今雖然水銀溫度計(jì)仍是各溫度測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，可是它的缺點(diǎn)則是刻度間隔通常很密，不能準(zhǔn)確分辨，讀數(shù)困難，而且它們的熱容量比較大，這使得達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間非常長(zhǎng)，因此更難讀準(zhǔn)，同時(shí)，玻璃管易碎，里邊的水銀有毒，使用起來(lái)非常不方便。后來(lái)出現(xiàn)了代替水銀的有，酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)。它們雖然無(wú)毒性，但是測(cè)量精度很低，只能作為一個(gè)大概的指示。后來(lái)接著又出現(xiàn)了熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)等溫度計(jì)。之后隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的提高，又出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。如今隨著電子工業(yè)的發(fā)展，數(shù)字儀表的優(yōu)點(diǎn)有反應(yīng)速度快，操作簡(jiǎn)單，并且對(duì)使用環(huán)境要求不高，市場(chǎng)上出現(xiàn)越來(lái)越多的數(shù)字式溫度計(jì)，縱觀國(guó)際上現(xiàn)有的溫度計(jì)的變化，總趨勢(shì)是從模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變，相應(yīng)的體積也在不斷的減小，一切向著數(shù)字化，智能化控制方向發(fā)展[2]。 溫度檢測(cè)和控制是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中是比較典型的應(yīng)用之一，隨著傳感器在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，利用新型總線式數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)試，并且讓控制得到更快的開(kāi)發(fā)。在現(xiàn)在的生活中，所用到的家具設(shè)備，電器，工業(yè)產(chǎn)品等對(duì)溫度的要求日益增高，與此同時(shí)靈敏的溫度控制報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)成為了日常生活中必不可少的產(chǎn)品。例如鍋爐，冰箱的溫控系統(tǒng)等，都需要用到了這一功能部件。對(duì)此，我這次設(shè)計(jì)了基于MSP430F149單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中的溫度控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布線簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力比較強(qiáng)，擴(kuò)展方便，性價(jià)比高，在工廠，大型倉(cāng)庫(kù)，智能化的建筑等領(lǐng)域的多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景[3]。所以在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的今天，溫度的檢測(cè)，控制應(yīng)用于許多行業(yè)，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)字儀表的優(yōu)點(diǎn)有反應(yīng)速度快，操作簡(jiǎn)單，對(duì)使用環(huán)境要求不高，市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)越多的數(shù)字式溫度計(jì)，實(shí)踐表明，低功耗，高精度的便攜式數(shù)字式溫度計(jì)使用十分方便，工作狀況穩(wěn)定，待機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)，已經(jīng)開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，主要內(nèi)容有：介紹MSP430單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理；溫度測(cè)量的控制方法；控制系統(tǒng)所需要的控制電路，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；控制電路主要由MSP430F149單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器，LCD1602.系統(tǒng)原理圖，開(kāi)發(fā)板方框圖和系統(tǒng)硬件線路圖等。第一章、緒論第二章、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)第三章、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第四章、系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析第五章、總結(jié)與展望第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由4模塊組成，其中包括DS18B20溫度傳感器，MSP430F149微控制器，LED顯示模塊，報(bào)警模塊4部分組成。由溫度傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過(guò)處理器轉(zhuǎn)換后由LED顯示模塊輸出，同時(shí)報(bào)警模塊負(fù)責(zé)溫度報(bào)警的上下限，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)就會(huì)發(fā)生報(bào)警。其組成框圖如下所示：圖21 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)的原理是:溫度采集系統(tǒng)主要通過(guò)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(jìn)行判斷然后做相應(yīng)處理，比如顯示或報(bào)警。溫度傳感器通過(guò)某種關(guān)系的換算，就可以得到溫度傳感器的輸出電壓，這樣單片機(jī)通過(guò)模擬口采集得到傳感器的輸出電壓。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(jī)的A/D輸入通道和傳感器的模擬電壓輸出通道相連接另外系統(tǒng)通過(guò)鍵盤輸入來(lái)完成對(duì)報(bào)警溫度上下限的設(shè)置，通過(guò)顯示電路將得到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)則會(huì)報(bào)警。該系統(tǒng)主要有電源及復(fù)位模塊，溫度傳感器采集模塊，溫度報(bào)警模塊和顯示模塊，RESET，。整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。溫度傳感器的采集模塊和單片機(jī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換的通道連接，這樣可以使得采集模塊的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，從而使得設(shè)計(jì)的程序和模塊簡(jiǎn)單易懂。其中溫度采集和顯示模塊的很多運(yùn)算功能是通過(guò)單片機(jī)的Pl口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于Pl口中斷功能，所以實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(gè)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(hào)[4] [5]。 系統(tǒng)工作流程首先設(shè)定溫度報(bào)警的上下限值，然后由溫度傳感器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，當(dāng)微處理器檢測(cè)到溫度超過(guò)設(shè)定的范圍值時(shí)就實(shí)行報(bào)警，提醒用戶做相關(guān)操作。. 系統(tǒng)核心器件選型MSP430F149單片機(jī)，DS18B20溫度傳感器，液晶顯示器 系統(tǒng)硬件主要電路說(shuō)明該系統(tǒng)采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來(lái)采集溫度數(shù)據(jù)，作為單片機(jī)MSP430149的溫度傳感器，該芯片有很多優(yōu)點(diǎn)，可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)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)懭隓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(jiǎn)單了，圖22為溫度采集電路。圖22 溫度采集電路DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理和DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，DS18B20的測(cè)溫過(guò)程中溫度的變化對(duì)晶振的振蕩頻率影響非常的小，會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)送到計(jì)數(shù)器1，而且是固定的頻率。但高溫度的晶振的振蕩頻率就會(huì)隨著溫度的變化而產(chǎn)生明顯的改變搞溫度的晶振所產(chǎn)生的頻率會(huì)做為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。DS18B20的引腳功能如下表21所示：引腳功能GND電壓地DQ單數(shù)據(jù)總線VDD電源電壓NC空引腳表21 DS18B20引腳接口說(shuō)明表溫度傳感器DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)：DS18B20采用三腳PR35封裝如圖23所示，其內(nèi)部框圖如圖24所示。高速緩存器存儲(chǔ)器包含一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)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(gè)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。后五位一直是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是測(cè)試模式，在DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為0，用戶不需要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)[6]。 圖23 DS18B20三腳PR35封裝 圖24 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第6頁(yè) PL