【文章內(nèi)容簡介】 度傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)換后由 LED 顯示模塊輸出，同時由鍵盤模塊負(fù)責(zé)輸入溫度報警的上下限。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的溫度 限定值時就報警。 其組成框圖如下所示： 圖 組成框圖 系統(tǒng)工作流程 首先根據(jù)所需設(shè)定溫度報警的上下限值，然后由溫度傳感器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，當(dāng)微處理器檢測到溫度超過設(shè)定的范圍值時就實行報警。 系統(tǒng)核心器件選型 MSP430F149 單片機(jī)， DS18B20 溫度傳感器， 1 個四位八段 LED 和 1個二位八段 LED數(shù)碼顯示管， 4x4 矩陣鍵盤。 4 MSP430F149 單片機(jī) MSP430 的簡 介 MSP430 系列單片機(jī)是美國德州儀器（ TI） 1996 年開始推向市場的一種 16 位超 低 功 耗、具有精簡指令集（ RISC）的混合信號處理器 (Mixed Signal Processor)。 MSP430 的功能特性低電源電壓范圍： 至 。 主動模式： 400 微安在 1MHz， 。 待機(jī)模式： 微安 。 關(guān)閉模式（ RAM 保持）： 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 的），選擇異步 UART 或同步 SPI 的軟件通用串行通信接口 。 增強型 UART 支持自動波特率檢測 IrDA 編碼器和解碼器同步 ， 處理能力強 。 MSP430 系列單片機(jī)是一個 16位的單片機(jī)，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）、簡潔的 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)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。這些特點保證了 可編制出高效率的源程序 。 MSP430 主要特點如下： 1） 運算速度快 MSP430 系列單片機(jī)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） 。 2）超低功耗 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(jī)的電源電壓采用的是 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 165μA 左右 RAM保持 模式下的最低功耗只有 。 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) 5 閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。 3）片內(nèi)資源豐富 MSP430 系列單片機(jī)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 、 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 Σ Δ ADC 、 DMA、 I/O端口、基本定時器（ Basic Timer）、 實時時鐘 和 USB 控制器等若干外圍模塊的不同組合。 另外， MSP430 系列單片機(jī)的 中斷 源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時，中斷喚醒只需 5μs 。 4） 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(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺 PC 機(jī)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 。 圖 MSP430F149 引腳圖 6 單線數(shù) 字溫度傳感器 DS18B20 作為一種數(shù)字化溫度傳感器， DS18B20 測溫時無需任何外部元件，可直接輸出 9~12 位（含符號位）的被測溫度值，測溫范圍為 55ǜ ~+125℃ ；在 10~+85℃ 范圍內(nèi) 測量精度為 177。 ℃ ，輸出測量分辨率可謂，最高可達(dá) ℃ ；支持 “ 單線總線 ” 技術(shù)，僅需要占用一個通用 I/O 端口即可完成與單片機(jī)的通信；現(xiàn)場溫度直接以 “ 單 線總線 ”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力 。 “ 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)的總線系統(tǒng)，在 “ 單線總線 ” 可掛多個從機(jī)系統(tǒng)。為了不引起邏輯上的沖突，所有 從機(jī)系統(tǒng) “ 單線總線 ” 接口都是漏極開路的，多個從機(jī)系統(tǒng)輸出信號在總線上實現(xiàn) 線與，因此在使用時必須對總線外加上拉電阻。為保證數(shù)據(jù)的完整性，所有的單線 總線器件都要遵循嚴(yán)格的通信協(xié)議。 “ 單線總線 ” 通信協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈 沖、寫時序和讀時序等幾種信號類型。所有的單線命令序列（如初始化、 ROM 命令、 RAM 命令）都是由這些基本的信號類型組成的。在這些信號中，除了應(yīng)答脈沖外， 其他均由主機(jī)發(fā)出，并且發(fā)送 的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。 DS18B20 的內(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)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 ROM的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛多個 DS18B20 的目的。 高低溫報警觸發(fā)器 TH 和 TL、 配置寄存器均由一個字節(jié)的 EEPROM 組成，使用一個存儲器功能命令可對TH、 TL 或配置寄存器寫入。 DS18B20 數(shù)字溫度計以 9 位數(shù)字量形式反映器件的溫度值。 DS18B20 通 過一個 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)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需無需外部電源。因為每個DS18B20 都有一個獨特的片序列號，所以 用多個 DS18B20 可以同時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的地方。這一特性在 HVAC 環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過程監(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。對于單線操作：漏極開路 VDD：可選的 VDD 腳。 7 圖 DS18B20內(nèi)部機(jī)構(gòu) 圖 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接地 )。NC 為 SOIC 封裝的， NC 為空引腳。 8 3 測溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計 電源及復(fù)位模塊設(shè)計 整個系統(tǒng)采用 5V 和 供電，考慮到硬件系統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓功能和波紋小等特點，其使用 LD1117 芯片，將電壓輸出為 ，復(fù)位電路采用 RC復(fù)位電路，但 RC復(fù)位電路解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)的電 路中采用芯片復(fù)位將更加理想，由于本系統(tǒng)實現(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 電源連接原理圖 圖 復(fù)位電路原理圖 9 LED 顯示模塊設(shè)計 LED 顯示器是由 8 只發(fā)光二極管構(gòu)成的 8 段數(shù)碼顯示顯示器。其中 a—— g 用于構(gòu)成 7 筆字形， DP 用于構(gòu)成小數(shù)點。本次設(shè)計中采用的是共陽極數(shù)碼管，當(dāng)其接低電平時點亮相應(yīng) LED燈，為了能夠更好的驅(qū)動數(shù)碼管采用了三極管放大。其硬件電路原理圖如下： 圖 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)碼管用于功能鍵顯示。其位選端分別與 MSP430F149 的 —— 相連，顯示端分別與單片機(jī)的 —— 相連。 鍵盤輸入模塊設(shè)計 鍵盤輸入電路主要用于輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機(jī)交互。該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計是采用掃描