【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文）與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人已申請學(xué)位或其他用途使用過的成果。學(xué)校有權(quán)保留送交的畢業(yè)設(shè)計（論文）的原文或復(fù)印件，允許畢業(yè)設(shè)計（論文）被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨籍厴I(yè)設(shè)計（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計（論文）。在這里，本人對他們的無私幫助，本人表示誠摯的感謝！ 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 24 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院有關(guān)保護知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：本科學(xué)生在校 攻讀學(xué)士學(xué)位期間畢業(yè)設(shè)計（論文）工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院。這對于本人以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝塔細心而又耐心的輔導(dǎo)。宋老師認真負責(zé)的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理 論水平都使我受益匪淺。 在本論文中，作者完成了電路圖的繪制及 PCB 電路板的制作，但基于個人能力有限，具體的實物沒有完成，這些方面還需在今后的學(xué)習(xí)中完成。 (2) 可以將溫度傳感器與其他設(shè)備聯(lián)系起來，當(dāng)溫度變化的時候，這些設(shè)備也做出相應(yīng)的反應(yīng)，做到控制某些事物。若不能工作，要檢查報警器的接線以及報警器的完好。 (4) 無意間按下鍵盤，系統(tǒng)有反應(yīng)，要檢查是否有消抖的措施。 (2) 若系統(tǒng) LED 不亮，要檢查接線是否正確或 LED 燈是否完好。 低功耗智能便攜式溫度測量儀調(diào)試 低功耗智能便攜式溫度測量儀根據(jù)原 理圖完成硬件的制作，并根據(jù)有關(guān)算法完成軟件編程，并進行硬件和軟件的調(diào)試，實現(xiàn)原設(shè)計要求。若線路板上即有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時 ， 可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。這樣有利于排除銅箔與基板粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時 ， 易發(fā)生銅箔膨脹或脫落現(xiàn)象。對于集成電路，其間距最小可為 。 如有可能 ， 接地西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 2~3mm 以上。 (2) 印刷板導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。 PCB 的布線 線是重要的抗干擾措施，本設(shè)計首先對電源線進行手工布線，緊接著對電 路板的其他部分進行自動布線，最后再對整個電路的布線進行手工修改。 (3) 位于電路板邊緣的元器件。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 根據(jù)電路功能單元 ， 對電路的全部元器件進行布局時 ， 要符合以下原則： (1) 按電路的流程安排各個功能電路單元的位置 ,使布局便于信號流通 ， 并使信號盡可能保持一致方向。 PCB 板布局 本文的電路設(shè)計不是很復(fù)雜，采用手工布局。 4 實驗調(diào)試 19 4 實驗調(diào)試 低功耗智能便攜式溫度測量儀的 PCB 制作 印刷電路板是整個控制系統(tǒng)、信號線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計的好壞對抗干擾能力影響很大，故印刷電路板設(shè)計決不單是器件，線路的簡單布局安排 ， 還必須符合抗干擾的設(shè)計原則 。在休眠模式下，微處理器中的大多數(shù)外部設(shè)備 和模塊處于掉電狀態(tài)，這是一種比空閑模式下功耗更低的工作模式。在空閑模式下， CPU 不需要處于活動狀態(tài)，而外部設(shè)備需要處于活動狀態(tài)的一種低功耗模式，例如 LCD 靜態(tài)顯示就屬于這種情況。所以在滿足運算速度要求的前提下，盡可能的降低時鐘頻率，以降低功耗 [7]。 選用低功耗外圍電路和器件 為了降低功耗，還應(yīng)該盡可能避免使用 I/O 線上的上拉或下拉電阻；不使用的輸入端應(yīng)加上拉電阻，不能懸空；少用需維持一個恒定電流的驅(qū)動電阻或雙極型晶體管；滿足應(yīng)用要求的條件下，為提供給單片機或其它數(shù)字器件選擇較低的振蕩頻率。在 1MHz 的時鐘條件下運行時，芯片的耗電電流會在 200~400μA 左右 ，時鐘關(guān)斷模式下最低功耗只有。 CMOS 電路以其優(yōu)良的特性成為目前應(yīng)用最廣泛的集成電路，在設(shè)計低功耗能便攜式智溫度測量儀時，應(yīng)該盡可能優(yōu)先選擇用CMOS 集成電路 [5]。 降低功耗的硬件措施 晶體管的性質(zhì) 集成電路按晶體管的性質(zhì)不同可以分為 TTL 和 CMOS 兩大類， TTL 速度快，CMOS 功耗低。圖中 MAX232將單片機 TX 輸出的 TTL電平信號轉(zhuǎn)換為 RS232電平，輸入到 PC 機，并將 PC 機輸出的 RS232 電平信號轉(zhuǎn)換為 TTL 電平輸出到單片機的 RX 引腳。由于單片機輸入、輸出電平為 TTL 電平，而 PC 機配置的是 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此要完成 PC 機與單片機的串行數(shù)據(jù)通信，必須進行電平轉(zhuǎn)換。 串口通信模塊 如圖 所示，單片機的串口通信模塊。目前的技術(shù)有硬件去抖動和軟件去抖動，硬件去抖動就是用部分電路對抖動部分加之處理，但是實現(xiàn)的難度較大又會提高了成本。這種抖動一般在， 0200ms 之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒級的單片機而言則是漫長的。需要注意的是，在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。 單片機的 ~ 與K1~K4 相連，單片機 、 ~ 作為通用 I/O 口與 LED 燈 L1~L4 相連。 S1 S W P BS2S W P BS3S W P BS4S W P BR41kR51kR61kR71kK1K2K3K4V C C 圖 鍵盤電路圖 D1 L E DD2 L E DD3 L E DD4 L E DR 3 10 . 2 K R 3 20 . 2 KR 3 30 . 2 K R 3 40 . 2 KV C CL1L2L3L4 圖 LED 指示燈電路圖 (1) 鍵盤模塊與 LED 燈 模塊一一對應(yīng)，當(dāng)按下 S1 時 D1 會相應(yīng)的電亮。該模塊的引腳與單片機的 相接。當(dāng)系統(tǒng)電壓不足或是測量的范圍超過一定的范圍時，蜂鳴器才會發(fā)聲。 報警模塊 單片機的報警電路如圖 所示。 RT12864M 漢字圖形點陣液晶顯示模塊 RT12864M 可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、 128個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）。 從兩者的控制器結(jié)構(gòu)可以知道： LCD_A 控制器內(nèi)部集成了 Charge Pump 可以用于產(chǎn)生 LCD 驅(qū)動的偏壓，進行對比度調(diào)節(jié)，能夠進一步減少系統(tǒng)所需要的外部器件。 a. LCD 控制器與 LCD_A 控制器的共性 (1) 具有超低功耗特； (2) 自動產(chǎn)生 S 和 COM 所需信號； (3) 4/3/2/l 多路復(fù)用； (4) 最多顯示 160 段； (5) 相同的顯示緩存結(jié)構(gòu)和操作方法； (6) 段和 I/O 引腳的功能選擇。這樣程序會變得很簡 單，同時也能降低系統(tǒng)功耗 [10]。如要顯示80 段，靜態(tài)驅(qū)動、 2MUX 驅(qū)動、 3MUX 驅(qū)動、 4MUX 驅(qū)動下所需要的引腳數(shù)依次為 8 4 30 和 24 個。增加公共 極個數(shù)，可以極大地減少引腳數(shù)。特點如表 所列： 表 液晶驅(qū)動特點 靜態(tài)驅(qū)動方法，除了公共 極需要 1 個引腳，驅(qū)動的每一段還各需要一個引腳。 V S S1V D D2VO3RS4R /W5E6D B 07D B 18D B 29D B 310D B 411D B 512D B 613D B 714P S B15NC16/R S T17V O U T18L E D K19L E D A20R T 1 2 8 6 4 ML C DV C CV C CC3C4C5C6C7C8C9C 1 0C 1 1C1C2 圖 LCD顯示電路圖 MSP430 液晶驅(qū)動模塊的主要特點 a. 具有顯示緩存器； b. 所需的 SEG、 COM 信號自動產(chǎn)生； c. 4 種驅(qū)動方法； d. 多種掃描頻率； e. 段輸出端口可以切換為通 常輸出端口； f. 顯示緩存器可作為一般存儲器； g. 用 ACLK 經(jīng) Basic Timer 產(chǎn)生頻率。在液晶驅(qū)動電路中，液晶等效為電容，兩個電極板分別為公共極與段極。 在 MSP430 系列單片機中， MSP430F4XX 系列片內(nèi)具有段式液晶驅(qū)動模塊。 (2) SD16_A 的特征 1) 16 位 sigmadelta 架構(gòu)； 2) AVcc 測量； 3) 8 個復(fù)用的差分模擬輸入； 4) 軟件可選的片上參考電壓的產(chǎn)生； 5) 軟件可選的內(nèi)部或外部參考電壓； 6) 內(nèi)置溫度傳感； 7) 30KHz— 的調(diào)制器輸入頻率； 8) 高阻抗輸入緩存 (MSP430F42X0 沒有此特性； 9) 可選的低功耗轉(zhuǎn)換模式； 10) 高達 1024 過采樣。抽取濾波器是可選過采樣率 (上至 1024)的梳形濾波器。 c. SD16_A 介紹 (1) SD16_A 的結(jié)構(gòu) 目前 MSP430F42X0 和 F20X3 系列含有 SD16_A 模塊， SD16_A 是單通道多路選擇的 16 位 sigmadelta 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，具有高阻抗輸入緩存內(nèi)部參考電壓、內(nèi)置溫度傳感器。 (3) 轉(zhuǎn)換速率： A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換率就是在保證轉(zhuǎn)換精度時，能夠重復(fù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，也就是每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù) (MSPS=兆次 /秒 )。如果不計其它誤差，一個分辨率有限的 A/D 轉(zhuǎn)換器的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線，它分辨率無限的 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換特性曲線 (直線 )之間的最大偏差，我們將其稱為量化偏差。由于 ADC 分辨率的高低取決于位數(shù)的多少，所以通常也以 ADC 的位數(shù)來表示分辨率。例如： 12 位的 ADC 能夠分辨出滿刻度的 122/1 ，或滿刻度的 %。 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)： (1) 分辨率： 對于 A/D 轉(zhuǎn)換器來說，分辨 率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼時，輸入的模擬電壓變化量。 b. A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換器是將模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件或設(shè)備，它是模擬系統(tǒng)西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 與數(shù)字系統(tǒng)或計算機之間的接口。選用熱電偶傳感器同樣可實現(xiàn)低功耗，其精度比 PT1000 差，但測量溫度值比較高，一般 500 度以上選用熱電偶測量。 因此選用 PT1000，因為它產(chǎn)生同樣大的信號流過的電流比 PT100 小 10 倍，也就是說，在采樣時，同樣大小的電壓信號，需要的電流比 PT100 小得多，所以可以降低功耗，其測量范圍為 200℃ ~+850℃。鉑電阻的電阻值與溫度之間的關(guān)系可以用以下公式描述： ])1 0 0(1[ 320 ttCBtAtRR t ????? () 溫度 t 在 200~ Co850 ， A= )( 103 ??? C， B= )( 27 ???? Co，當(dāng)t0 Co 時， C=0； t0 Co 時， C= )( 412 ???? Co。錮電阻適宜在 269~258℃ 溫度范圍內(nèi)使用，測溫 精度高，靈敏度是鉑電阻的 10 倍，但是復(fù)現(xiàn)性差。但目前應(yīng)用較少，鎳非線性嚴重，材料提取也困難。當(dāng)溫度高于 100℃時易被氧化，因此適用于溫度較低和沒有浸蝕性的介質(zhì)中工作。由于鉑為貴金屬，一般在測量精度要求不高和測溫范圍較小時，均采用銅電阻。 (1) 鉑電阻 鉑易于提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度；制成的鉑電阻輸出 — 輸入特性接近線性。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器；將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化的 稱為熱電此外，還有多種其它類型的溫度測量儀，例如用晶體管測溫元件和光導(dǎo)纖維測溫 傳感器 [4]。 a. 傳感器 圖 的最左端為溫度傳感器 PT1000，在工業(yè)測溫領(lǐng)域中，常用的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻溫度傳感器。該引腳與單片機的 XIN、 XOUT 相連，這里采用 12M 的晶振為單片機提供準(zhǔn)確的時鐘信號。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 外接晶振可以為單片機提供精度很 高的系統(tǒng)時鐘頻率。圖 左為單片機的手動復(fù)位電路， RST 與單片機的 RST 相連，當(dāng)單片機工作時需要復(fù)位時，按下 S5，電容這時已經(jīng)放電，電容通過 S5 形成回路，放電，這時單片機復(fù)位端為低電平，經(jīng)過一段時間單片機復(fù)位。 復(fù)位與晶振模塊 如圖 所示，單片機的復(fù)位模塊與晶振模塊。由于它顯示通常采用 LCD 液晶顯示器，單片機選用超低功耗，把器件的功耗都盡可能的降低 到最小，因而整個系統(tǒng)功耗非常小， 可以采用電池為系統(tǒng)供電。這樣才能符合設(shè)計的要求。 (