【文章內(nèi)容簡介】 ，16*2個字符的顯示容量足夠顯示這兩個溫度信號。 接口信號說明表 32 FM1602接口說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)命令選擇端(H/L)12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端(H/L)13D6Data I/O6E是能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負(fù)極 RAM地址映射控制器內(nèi)部帶有80*8位（80字節(jié)）的RAM緩沖區(qū)，對應(yīng)關(guān)系如Error! Reference source not 。圖 35 RMA地址映射 控制器接口時序說明表 33 基本操作時序時序輸入輸出讀狀態(tài)RS=L，RW=H，E=HD0～D7=寫指令RS=L，RW=L，D0～D7=指令碼,E=高脈沖無讀數(shù)據(jù)RS=H，RW=H，E=HD0～D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)RS=H，RW=L, D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖無(1) 讀操作時序圖 36 讀操作時序(2) 寫操作時序圖 37 寫操作時序 電路設(shè)計 電源模塊[10][11]根據(jù)上述選擇的器件，系統(tǒng)需要提供5V、。其中5V由USB供電。，該電源無需外部提供。如Error! Reference source not 。圖 38 電源模塊 傳感器模塊傳感器即為溫度信息采集部分，根據(jù)前面器件選型中對TS1183溫度傳感器電器連接關(guān)系的介紹可知信號采集原理圖如Error! Reference source not 。圖 39 傳感器采集傳感器輸TP、TP+輸出端為被測物體輻射能量的微弱直流電壓信號，NiRTD為環(huán)境溫度電阻信號輸出端，其阻值為K級。 前端處理[11][12]由于紅外傳感器輸出環(huán)境溫度信號為一電阻值，而單片機只能處理電信號，因此將環(huán)境溫度信號送MCU處理前，必需進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，在本設(shè)計中將阻值信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，其原理如Error! Reference source not ，將該熱敏電阻與一固定電阻串聯(lián)分壓，取熱敏電阻上的電壓再經(jīng)過一射隨器后輸入MCU，其中射隨器實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號隔離的作用，防止數(shù)字信號受模擬信號的干擾。圖 310 電阻到電壓轉(zhuǎn)換如上所述紅外傳感器輸出信號不僅小而且易受干擾，要獲取較高測量精度須設(shè)計相應(yīng)的放大濾波電路。被測物體溫度信號前端處理模塊在整個系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，該模塊的性能決定了整個系統(tǒng)測量的可靠性和準(zhǔn)確度。因此在設(shè)計該部分電路時采用了常用于微弱信號放大的儀用放大器的原理，其原理如Error! Reference source not 。圖 311 儀用放大原理從圖中可以看出該放大電路由兩級放大組成，分別是由AA2組成的第一級差分放大和A3獨自構(gòu)成的第二級差分放大。差分式放大電路具有以下特點：(1)、高輸入阻抗，可以減小信號源內(nèi)阻的影響。(2)、高共模抑制比（CMRR），信號工頻干擾以及所測量參數(shù)以外的干擾，一般為共模干擾，前置級須采用CMRR高的差動放大形式，達(dá)到減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化量的目的。(3)、低噪聲、低漂移，主要特征是對信號源的影響小，具有較強的信號獲取能力和穩(wěn)定輸出的特性。根據(jù)同相放大電路中兩輸入端的虛短虛斷現(xiàn)象可知R1兩端電壓為V1V2，則通過其兩端電流為(V1V2)/R1=(V3V4)/(2R2+R1)，因此可得出V3V4=1+2R2/R1?V1V2 (41)VO=R4R3V3V4 (42)于是該差分放大電路的電壓增益為 AV=VOV1V2=R4/R31+2R2/R1 (43)整個放大電路的噪聲來源主要是共模輸入信號，由以上描述可知該差分式放大電路對共模信號沒有放大作用，其共模電壓增益幾乎為零，從而有效的抑制了噪聲，提高了測量的準(zhǔn)確性。雖然上述儀用放大器能夠抑制一部分噪聲信號，但考慮到電路的相互干擾和實際環(huán)境，需在放大之后再加一低通濾波器，濾除其他噪聲。目前常用的有源濾波器類型有巴特沃茲、切比雪夫、貝塞爾。三種濾波器各有特點，巴特沃茲濾波器的幅頻響應(yīng)在通帶中具有最平幅度特性，但是從通帶到租代衰減比較慢；切比雪夫濾波器能迅速衰減，但允許通帶中有一定文波；而貝塞爾濾波器著重于相頻響應(yīng)，其相移與頻率基本成正比，可得到失真較小的波形。針對本設(shè)計中溫度信號為一直流電壓小信號這一特點以及濾波電路實現(xiàn)的難易程度，此處采用巴特沃茲低通濾波器，其原理如Error! Reference source not 。圖 312 巴特沃茲低通濾波器濾波電路最重要的一個性能指標(biāo)為通帶截止頻率fc=1/2πRC，根據(jù)直流信號的特點，選取R8=20KΩ，C=510nF，可計算得fc≈15HZ。電路仿真幅頻響應(yīng)如Error! Reference source not ，從圖中可看出可知大約在200HZ點衰減45dB，基本滿足本設(shè)計的需求。圖 313 濾波電路幅率響應(yīng)綜上所述被測物體溫度電壓信號前端處理電路設(shè)計如Error! Reference source not 。圖 314 前端信號調(diào)理 控制模塊[13][14]控制模塊在整個系統(tǒng)中起著最關(guān)鍵的作用，不僅要實現(xiàn)電路的控制、而且還要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)的處理傳輸。根據(jù)單片機工作的必備條件和需要實現(xiàn)的功能，該電路設(shè)計主要包括外接晶振、JTAG口、上電復(fù)位電路以及IO接口電路。晶振為整個系統(tǒng)提供時鐘信號，供單片機的CPU和AD進(jìn)行數(shù)據(jù)處理使用，由于信號采集速度要求不高。圖 315 晶振電路MSP430F247JTAG是單片機程序燒制的必須接口，其標(biāo)準(zhǔn)為IDC 14封裝形式，第9腳GND接地，其余l(xiāng)腳TDO、3腳TDI、5腳TMS、7腳TCK、11腳 RESET分別接到MSP430F247對應(yīng)接口。圖 316 JTAG電路單片機長期工作難免會出死機，因此對單片機要進(jìn)行定時的復(fù)位操作。復(fù)位電路由電阻、電容、二極管以及按鍵組成如Error! Reference source not found.，從電阻和電容、二極管和按鍵之間引出信號接到MSP43OF247的 RST/NMl腳。電容和電阻組成上電復(fù)位，當(dāng)單片機上電時自動復(fù)位，而在單片機運行過程中則通過按鍵S0進(jìn)行手動復(fù)位。圖 317 復(fù)位電路因此單片機電路連接如Error! Reference source not found.圖 318 單片機電路連接 液晶顯示模塊根據(jù)前面對FM1602液晶顯示器的介紹，其電路連接[9]如Error! Reference source not found.。LCD顯示器的第7~14腳為數(shù)據(jù)IO口，分別與MSP430F247單片機的第5組IO相連，讀寫控制端口和使能端口與單片機第5組IO口的前三個IO相連，通過控制三個IO口的輸出控制LCD的狀態(tài)。第3腳接一電位器，調(diào)節(jié)電位器控制顯示對比度。15腳接+5伏電源，控制LCD背景燈。圖 319 LCD顯示 串行通信模塊RS232通信模塊[15]的電路如Error! Reference source not ，通過1μF電容接地，濾去高頻。第112腳分別與單片機的UCA0RXD和UCA0TXD相連，用于單片機數(shù)據(jù)的傳輸和命令的接收。第114腳連接串口，PC機通過串口接收單片機傳出的數(shù)據(jù)并向單片機發(fā)送指令。圖 320 串口通信 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案、元器件的選擇以及每一模塊的具體設(shè)計原理。選擇元器件時對該系統(tǒng)中主要的器件相關(guān)參數(shù)以及主要功能進(jìn)行了詳細(xì)的描述，對其他未介紹的模擬器件將根據(jù)電路制作實際情況而定。第4章 單片機軟件設(shè)計 開發(fā)環(huán)境介紹MSP430F247單片機代碼存儲空間為 4k，適合用C語言進(jìn)行程序設(shè)計，并且C語言程序具有較強的可讀性和移植性。本次設(shè)計采用的單片機開發(fā)環(huán)境為IAR Embedded Workbench，該軟件支持匯編、C以及其他多種編程語言，具備單步調(diào)試、變量查看等調(diào)試功能。 程序總體設(shè)計紅外測溫系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)較為簡單，包含AD轉(zhuǎn)換、LCD顯示、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)發(fā)送等幾部分。AD轉(zhuǎn)換部分包含兩路AD轉(zhuǎn)換(環(huán)境溫度和被測溫度)的啟動、AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取和保存等部分；LCD顯示部分負(fù)責(zé)將被測溫度和環(huán)境溫度在LCD對應(yīng)位置顯示出來。數(shù)據(jù)處理采用取8次轉(zhuǎn)換結(jié)果求平均的方式，減小因數(shù)據(jù)擾動和AD轉(zhuǎn)換的隨機性誤差對測量結(jié)果造成的影響；環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換采用查表和運算相結(jié)合的方法來實現(xiàn)。被測物體溫度根據(jù)環(huán)境溫度，同樣采取結(jié)合計算與查表的方式來獲取。系統(tǒng)軟件流程如圖 41所示。圖 41 單片機軟件流程 各部分程序設(shè)計 系統(tǒng)初始化時鐘初始化 MSP430F247基礎(chǔ)時鐘模塊提供3種時鐘信號[13][16]:(1)MCLK主時鐘，MCLK可用軟件選擇來自XTZCLK、LFXTICLK以及DCO信號經(jīng)l、4或8分頻后得到，MCLK用于CPU和系統(tǒng)。(2)ACLK輔助時鐘，ACLK是LFXTICLK信號經(jīng)4或8分頻后得到的，可用軟件選擇分頻因子，可通過軟件選作外圍設(shè)備的時鐘信號。(3)SMCLK子時鐘，SMCLK同MCLK主時鐘一樣可通過軟件選擇來自XTZCLK、LFXTICLK以及DCO信號經(jīng)l、4或8分頻后得到， SMCLK由軟件選作外圍模塊的時鐘信號。本設(shè)計中時鐘信號由32768HZ的低速晶體整蕩器產(chǎn)生，時鐘初始化程序如下：void int_clock(void){ if (CALBC1_8MHZ ==0xFF || CALDCO_8MHZ == 0xFF) { while(1)。 } BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ。 // 設(shè)置DCO為8MHz DCOCTL = CALDCO_8MHZ。 P5DIR |= 0x78。 // 、3 設(shè)置為輸出 P5SEL |= 0x70。 // 、4 }由于外加晶振有可能會出現(xiàn)不起振的情況，故在程序中加入了對DOC振蕩器進(jìn)行初始化。外部晶振失效時自動啟用DOC振蕩器，且將其頻率設(shè)為8HZ，供系統(tǒng)使用。程序?qū)5端口的6腳設(shè)置為輸出，作為檢測三種時鐘信號的測試口。AD初始化 MSP430F247包含一個200ksps的ADC12，該ADC12內(nèi)核是一個12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用兩個可編程的參考電壓（VR+和VR）定義轉(zhuǎn)換的最大值和最小值，當(dāng)輸入模擬電壓等于或者高于VR+時，ADC12為滿量程輸出0FFFH，當(dāng)輸入電壓等于或小于VR時，AD輸出為0。輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換公式為[13]：NADC=4095VinVRVR+VR (51)參考電壓VR+有三種選擇，分別是模擬電壓正端（AVCC）、A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部參考電源的輸出正端（VREF+）以及外部參考源的正輸入端（VeREF+）；VR可以是模擬電壓負(fù)端（AVSS）和A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓負(fù)端(VREF/VeREF)。ADC12有單通道單次轉(zhuǎn)換、序列通道單次轉(zhuǎn)換、單通道多次轉(zhuǎn)換和序列通道多次轉(zhuǎn)換四種轉(zhuǎn)換模式。紅外傳感器輸出環(huán)境溫度和被測物體溫度信號，被測物體實際溫度須由這兩個信號進(jìn)行相關(guān)計算，因此采用序列通道多次轉(zhuǎn)換模式[16][17]。void init_adc12(void){ P6SEL |= 0x03。 // 將A0，A1設(shè)置為輸入 ADC12CTL0 = ADC12ON。 // 開啟AD12 ADC12CTL1 = CONSEQ_3+SHS_1。 // 序列通道多次轉(zhuǎn)換 ADC12MCTL0 = INCH_0 + SREF_0。 ADC12MCTL1 = INCH_1 + SREF_0 + EOS。 // 參考電壓為VCC和VSS ADC12IE = 0x0002。 // }LCD初始化 LCD作用是將被測物體的實時溫度信息顯示出來，此次采用的LM1602液晶顯示在使用前首先得對它顯示方式、操作方法等初始化。本設(shè)計中需要對LCD的顯示方式，光標(biāo)顯示，字符顯示進(jìn)行初始化，具體程序如下：void init_LCD1602(){ int i,j。write_(0x01)。 //顯示清屏write_(0x38)。 //8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點陣write_(0x0c)。 //開顯示,無光標(biāo)顯示 write_(0x06)。 //寫一個字符后，地址加1，光標(biāo)指針加1 }程序中調(diào)用了write_這一寫命令子函數(shù)，其功能是向LM1602寫一個字節(jié)大小的命令以控制LCD。void write_(uchar ){check_busy()。CLR_RS。 CLR_RW。 //指令寄存器寫入RS=0,RW=0 DataPort=。SET_EN。 _NOP()。CLR_EN。}以上程序操作順序都必須嚴(yán)格按照LM1602的操作時序進(jìn)行，詳細(xì)時序已在第四章器件選型中詳細(xì)介紹。 UART初始化[17] 通用串行同步/異步(UART)是一個串行通信接口，