【正文】 通用單片機(jī)的基礎(chǔ)上增加專用模塊構(gòu)成的 [5]。該單片機(jī)共有 100 個(gè)引腳，大部分引腳是復(fù)用的，最多有三種功能模塊復(fù)用在一個(gè)引腳上 ， 主要包括： 6 個(gè) 8 位的 I/O 口： P1P6 且 P P2口具有中斷功能； JTAG 仿真接口；一個(gè) 8+4 通道的 12位 A/D 轉(zhuǎn)換器（外部 8個(gè)，內(nèi)部 4個(gè)）；兩個(gè)串行通訊模塊 USART0/1，每個(gè)都可用軟件選擇 UAST/SPI 模式；一個(gè)高精度的比山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 8 較器 A，配合其它器件可構(gòu)成單斜邊 A/D轉(zhuǎn)換器；具有 4個(gè) COM 端的液晶驅(qū)動(dòng)；液晶接口 S0S31[3][4]。 MSP430 系列單片機(jī)的基本時(shí)鐘系統(tǒng)操作模式如表 所示 。在狀態(tài)寄存器中，用 CPU Off、 OSC Off、 SCG0 和 SCG1位配置低功耗方式 0～ 4，可以在中斷服務(wù)程序中將當(dāng)前工作狀態(tài)保存在堆棧中。模式控制位和堆棧能被任何指令訪問。如果時(shí)鐘未被激活，用任何禁用時(shí)鐘操作的外圍 JTAG 口可以進(jìn)行嵌入式仿真，不需要附加任何外圍電路。因此低功耗和中斷之間的關(guān)系非常密切。 不僅如此，單片機(jī)的 SR 寄存器保存著低功耗休眠標(biāo)志位， 如果 中斷發(fā)生前是休眠狀態(tài)， 那么 從中斷返回時(shí) CPU仍將是休眠狀態(tài)。 針對(duì)這一特殊操作， MSP430 系列單片機(jī)提供了一個(gè)修改堆棧內(nèi) SR 的函數(shù)： __low_power_mode_off_on_exit( ) 只要執(zhí)行該操作，就可以在退出中斷后喚醒 CPU。 此外， MSP430 的 中斷 管理機(jī)制 是 把同類的中斷合并成一個(gè)總中斷源，根據(jù)需要由軟件判斷標(biāo)志位來確定。 MSP430 單 片機(jī)中有數(shù)百個(gè)寄存器，數(shù)千個(gè)控制位，通過這些寄存器可以配置各個(gè)模塊的工作方式、狀態(tài)、連接參數(shù)等關(guān)系。//將 P1 口的 I/O 性質(zhì)設(shè)置為輸出 不僅如此，還可以對(duì)寄存器的某位進(jìn)行操作，如： P1DIR|=BIT0； //將 置高電平 P1DIR|=~BIT0； //將 置低電平 P1DIR|=^BIT0； //將 取反 注意：大部分寄存器在上電復(fù)位后會(huì)自動(dòng)清零， 初始化后 各 寄存器標(biāo)志位的值 可以用“ |=”來賦值，一般不會(huì)影響到其他標(biāo)志位的設(shè)置，但一定要保證被賦值的若干標(biāo)志位在賦 值之前為 “ 0” ，特別是使用快捷宏定義時(shí) ， 所以，為保證程序執(zhí)行的正確性，一般在賦值前，先給寄存器送“ 0”。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 11 方案一：采用 89C51 單片機(jī)作為主控制器。但是正常情況下消耗的電流為 24mA，在掉電狀態(tài)下其耗電電流為 3mA。 方案二：采用 MSP430 作為主控制 器 。 由于 在以后的設(shè)計(jì)和工作中在提高設(shè)備性能的前提下對(duì)低功耗的要求更加迫切 ， MSP430則能夠滿足低功耗的要求，所以 選擇方案二。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都比較惡劣，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度，因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它 具有 可根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置轉(zhuǎn)換精度 并直接將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 獨(dú)處的特點(diǎn) 。這一特性在 HVAC 環(huán)境控制、探測(cè)建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過程監(jiān)測(cè)和控制等方面非常有用。 ℃； 5)具有溫度報(bào)警功能，用戶可根據(jù)需要設(shè)置報(bào)警上下限，設(shè)置的限值掉電后不丟失，測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼； 6)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，可應(yīng)用與多點(diǎn)分布系統(tǒng)，多個(gè) DS18B20 可掛在一條總線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)內(nèi)的多點(diǎn)測(cè)溫。如圖 所示，為 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。其中，低 8 位為 DS18B20單總線溫度傳感器的家族號(hào)；高 8 位為 CRC 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，用以校正前56 位是否正確；中間的 48 位是一個(gè)唯一的序列號(hào)。 表 DS18B20的 64位 ROM號(hào) MSB 64 位 ROM 號(hào) LSB 8 位校驗(yàn)碼 MSB LSB 48 位序列號(hào) MSB LSB 8 位家族號(hào) MSB LSB 64 位 ROM 和 ROM 操作控制區(qū)允許 DS18B20 作為 單線制器件并按照單總線協(xié)議工作。單總線的所有 ROM 操作，都從 一個(gè)初始化序列開始。 ROM 操作命令： 1) Read ROM [33h]：該命令允許總線控制器讀到 DS18B20 的 ROM序列。 2) Match ROM [55h]：匹配 ROM 命令，后跟 64 位 ROM 序列，此后所有操作都對(duì)該器件進(jìn)行。 4) Search ROM [F0h]：允許總線控制器識(shí)別總線上的所有從機(jī)編碼。 RAM 操作指令： 1) Write Scratchpad [4E]：向 DS18B20 的暫存器中寫入數(shù)據(jù)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 14 3) Copy Scratchpad [48h]：這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20的 E2 存儲(chǔ)器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里。 5) [B8h]：把報(bào)警觸發(fā)器里的值拷回暫存器，上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。 存儲(chǔ)器由一個(gè)暫存 RAM 和一個(gè)存儲(chǔ)高低溫報(bào)警觸發(fā)值 TH 和 TL的非易失性電可擦除 E2RAM 組成。數(shù)據(jù)先被寫入暫存器，經(jīng)過校驗(yàn)后，用一個(gè)拷貝暫存器命令把數(shù)據(jù)傳到非易 失 性 E2RAM 中，這一過程確保更改存儲(chǔ)器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。頭兩個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息 ，第三和第四字節(jié)是 TH 和 TL的拷貝，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新 ， 下面兩個(gè)字節(jié)沒有使用，但是在讀回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，它們 全部表現(xiàn)為邏輯 1， 第七和第八字節(jié)是計(jì)數(shù)寄存器，它們可以被用來獲得更高的溫度分辨力 ， 還有一個(gè)第九字節(jié)，可以用讀暫存器命令讀出。 圖 DS18B20的管腳排列圖 DS18B20 的管腳排列如圖 所示。 此外， DS18B20 有兩種供電方式，寄生電源供山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 15 電和外部電源供電，這也 就決定了它對(duì)外的連接方式。這種供電方式具有遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)無需本地電源、可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM、電路簡潔等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)多個(gè)溫度傳感器掛在同一根 I/O 線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，容易出現(xiàn)供電不足而無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差過大的現(xiàn)象， 因此適宜于單點(diǎn)測(cè)溫。 在外部電源供電方式下， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入 (GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ )，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，可以在總線上掛接多個(gè) DS18B20 傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)?？垢蓴_能力強(qiáng)，而且電路比較簡單，適用范圍廣。 10KR1+5P V C C10KR+5P D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3D S 18 B 20VCCDQ GND1 2 3 圖 DS18B20的兩種電源連接方式 當(dāng)總線控制器不知道總線上的器件是何種供電方式時(shí)，總線控制器發(fā)出讀電源命令，等待返回值。如果控制器接收到 “ 0”，則必須在溫度轉(zhuǎn)換期間給 I/O 線提供強(qiáng)上拉。 如表 的溫度存儲(chǔ)方式 所示 ：負(fù)溫度S=1；正溫度 S=0。 C 表 DS18B20的溫度存儲(chǔ)方式 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LSB BYTE 23 22 21 20 21 22 23 24 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MSB BYTE S S S S S 26 25 24 DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中還需注意以下幾個(gè)方面的問題。 2℃。當(dāng)改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，測(cè)溫電纜最好采用屏蔽四芯雙絞線，一對(duì)接地線與信號(hào)線，另一對(duì)接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 框圖如下。 方案二：利用 單總線 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行測(cè)溫。 對(duì)上述兩種方案進(jìn)行比較，用 DS18B20， 不僅 功耗低、抗干擾能力強(qiáng) 而且節(jié)省單片機(jī)的端口，電路實(shí)現(xiàn)簡單，測(cè)量精度高