基于msp430的温度采集系统_毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于msp430的温度采集系统_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

1T1)。  一个硬件乘法器 [3]。 MSP430F149 的特点  低电压 (电压范围是 }，超低功耗 ( 1MHz 280uA )。  超低功耗。 在休眠条件下上作电流只有。 就是在 (、 1MHz)条件下电流只有 280uA。  使用中断请求将 CPU 从低功耗模式下唤醒时间： 6us。  快速的指令执行时间。 MSP430F149 为 16 位 RISC 结构，指令周期为 150ns。  片内有 12位 A/D 转换器，片内提供参考电压。 A/D 转换器具有采样保持和自动扫描特点。 中北大学 2020 届毕业论文 第 7 页 共 40 页  具有灵活的时钟设计。  方便的调试功能。  单片机是 FLASH 型的，可以实现写入和 擦除，再加上次单片机提供 JTAG 口，能实现能很好的在线调试仿真功能。 通过集成的 IDE 开发环境，使用户很容易调试程序。  片内提供模拟信号比较器、较多的储存器。  串口通信模块， USART0 USART1。  提供 六个数据端口，能为用户提供更多的处理功能。  安全熔丝的程序代码保护。 MSP430F149 的定时器及转换模块 在 MSP430F149 中有一个 16 位定时器和一个 12 位转换模块 ADC12。 16 位定时器可以用作看门狗定时器，实现在秒数量级上的定时。 其中有 2 个中断向量，便于处 理各种定时中断。 另外，定时器还具有捕获模式，我们可以通过定时器的捕获功能实现各种测量，比如脉冲宽度测量。 12 位 A/D 转换用到 2 个参考电平，即 Vr+和 Vr，作为转换范围的上下限和读数的量程值和 0 值。 转换数值在输入信号大于等于 Vr+时为满量程，小于等于 Vr时为 ’ 0’。 ADC12 有 4 种工作模式。 可以在单通道上实现单次转换或多次转换，也可以在序列通道上实现单次转换或重复转换。 对于序列通道转换，采样顺序完全由用户定义。 转换的结果保存在 16 个转换寄存器中，这样 ADC12 可以进行多次转换而不需要软件干顶，这一点提高 了系统性能，也减少了软件开销 [4]。 MSP430F149 单片机管脚如图 22 所示： 图 22 MSP430F149 单片机管脚 中北大学 2020 届毕业论文 第 8 页 共 40 页 单线数字温度传感器 DS18B20 美国 DALLS 公司生产的单线数字温度传感器 DS18B20，它是一种智能温度传感器，可把温度信号直接转换成数字信号供微机处理。 由于每片 DS18B20 含有唯一的硅串行数， 从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息，仅需要一根口线 [5]。 读出及温度 变换功率 来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额 外的电源。 DS18B20 提供 912 位温度读数 ，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。 DS18B20 的技术性能  独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。  测温范围 － 55℃ ～ +125℃ ，固有测温 误差 ℃。  支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温。  工作电源 : 35V/DC。  在使用中不需要任何外围 元件。  测量结果以 912 位数字量方式串行传送。  不锈钢保护管直径 Φ6。  适用于 DN1525, DN40DN250 各种介质工业管道和狭小空间设备测温。  标准安装螺纹 M10X1, , G1/2 任选。  PVC 电缆直接出线或德式球型接线盒出线 ,便于与其它电器设备连接。  适应电压范围更宽，电压范围： ～ ， 在寄生电源方式下可由数据线供电。 DS18B20 的 应用范围  该产品适用于冷冻库，粮仓 ， 储罐 ， 电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。  轴瓦，缸体， 纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。  汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。  供热 /制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。 中北大学 2020 届毕业论文 第 9 页 共 40 页 DS18B20 产品型号与规格 温度传感器 DS18B20 共有三种型号，分别为 TS18B20， TS18B20A， TS18B20B，各种型号的具体性能及参数如表 21所示。 表 21 DS18B20产品型号与规格 型号 测温范围 安装螺纹 电缆长度 适用管道 TS18B20 55~125 无 m TS18B20A 55~125 M10X1 DN1525 TS18B20B 55~125 1/2G 接线盒 DN4060 DS18B20 使用中注意事项 DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： 较小的硬件开销需要相对复杂的 软件 进行补偿，由于 DS18B20 与微处理器间采用串 行数据传送，因此 ，在对 DS18B20 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。 在使用 PL/M、 C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS18B20 操作部分最好采用汇编语言实现。 在 DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS1820 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 DS1820，在实际应用中并非如此。 当单总线上所挂DS18B20超过 8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 温度传感器 DS18B20 内部结构 温度传 感器 DS18B20 内部结构： DS18B20 采用三脚 PR35 封装如图 22所示，其内部框图如 23所示 [6]。 64 位的 ROM 开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的唯一的序号共计48 位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校验码。 高速缓存器存储器包含一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的EP2RAM。 配置寄存器为高速缓存器中的第五个字节，它的内容用于确定温度值的数中北大学 2020 届毕业论文 第 10 页 共 40 页 字转换分辨率，各位字节的定义如表 22示： 表 22 各位字节的定义 TM R1 R0 1 1 1 1 1 后五位一直是 1， TM 是测试模式位， 用于设置 DS18B20 在工作模式还是测试模式，在 DS18B20 出厂时被设置为 0，用户不要去改动， R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，也就是设置分辨率。 图 23 DS18B20三脚 PR35封装 图 24 DS18B20内部结构图 中北大学 2020 届毕业论文 第 11 页 共 40 页 在温度进行计算时，以 12 位转换位数为例：对于正的温度，只要将测到的数值整数部分取出，转换为十进制，再将小数部分乘以 就可以将得到的十进制的小数位的温度值了。 而对于负的温度，则需要将采集到的数值取反加 1，即可以得到实际温度的十六进制表示。 在按照正温 度的计算方法就可以得出十进制的负的温度了 [7]。 如表 23及表 24所示。 表 23 DS18B20温度寄存器格式 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 21 22 23 24 Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 LS Byte S S S S S 26 25 24 表 24 部分温度值 温度 /℃ 二进制表示 16进制表示 +125 00000111 11010000 07D0H + 00000001 10010001 0191H + 00000000 00001000 0008H 0 00000000 00000000 0000H 11111111 11111000 FFF8H 11111110 01101111 FE6FH 中北大学 2020 届毕业论文 第 12 页 共 40 页 数据采集系统 该系统采用美国 DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器 DS18B20 来采集温度数据，作为单片机 MSP430149 的温度传感器，该芯片有很多 优点，可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。 由于每片 DS18B20 含有唯一的硅串行数，从DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息，仅需要一根口线（单线接口）。 由于该系统采用 DS18B20 作为温度采集传感器，这部分电路就比较简单了，图 25为温度采集电路。 图 25 温度采集电路 通过图 25 可以看出该集成电路具有简单，实用等特点。 I/O 口可以与MSP430F149 的 口直接相连，来完成数据的传送。 中北大学 2020 届毕业论文 第 13 页 共 40 页 3 硬件部分 本章主要介绍硬件部分的各个模块，这些模块包括电源模块及复位模块， 键盘输入模块，报警模块，显示模块。 电源模块采用 TI 公司的 TPS76033 芯片，保证MSP430F149 单片机的工作电压。 复位模块采用 MAX809 芯片。 键盘输入模块主要是用来输入数据，从而实现人机交互。 报警模块采用 LM386 芯片，实现报警控制。 显示模块采用 LCD1602 显示温度。 硬件电路图 单片机的最小系统如图 31所示： 图 31 单片机最小系统电路 单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要完成与其他电路的接口，从而获得数据进行处理，将处理的结果采用某种方式表现出来，比如显示或报警。 从单 片机最小系统电路可以看出，单片机接口电路非常简单，分别采用单片机的一般 I/O 口实现与其他电路的连口，在单片机的时钟设计上与其他单片机有一定的区别， MSP430F149 单片机采用两个时钟的输入，一个 32kHz 的时钟信号，一个中北大学 2020 届毕业论文 第 14 页 共 40 页 8MHz 的时钟信号。 该系统的时钟部分是采用晶体振荡器实现的 [8]。 考虑到电源的输入纹波对单片机的影响，在电源的管理脚增加一个 的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。 另外单片机还有模拟电源的输入端，因此在这里需要考虑干扰问题，在该系统中的干扰比较小，因此模拟地和数字地共地，模拟电 源输入端增加一个滤波电容以减少干扰。 电源及复位模块 本模块采用 TPS76033（ 低功耗 50mA 低压降 (LDO) 稳压器 ）芯片实现，如图32所示： 图 32 TPS76033实物图 电压电路：由于 MSP430F149 单片机的工作电压一般是 ~,并且功率极低。 为了方便起见，本系统采用电池（如 2 节普通 5 号电池）供电，因此输出电压为 3V。 而整个系统采用 供电。 考虑到硬件系统对电源要求具有稳压功能和纹波小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗特点，因此该硬件系统的电源部分 采用 TI公司的 TPS76033芯片实现，该芯片能很好的满足该硬件的系统的要求，另外该芯片具有很小的封装，因此能有效的节约 PCB 板的面积 [9]。 为了使输出电源的纹波小，在输出部分用了一个 和 的电容，另外在芯片的输入端也放置一个 的滤波电容，减少输入端受到的干扰。 电源电路具体如图 33所示。 复位电路：在单片机系统里，单片机需要复位电路，复位电路可以采用 RC 复位电路，也可以采用复位芯片实现的复位电路， RC 复位电路具有经济性，但可靠性不高，用复位芯片实现的复位电路具有很高的可靠性，因此为 了保证复位电路的中北大学 2020 届毕业论文 第 15 页 共 40 页 可靠性，该系统采用 图 33 电源电路 复位芯片实现的复位电路，该系统采用 MAX809 芯片 [10]。 为了减小电源的干扰，还需要在复位芯片的电源的输入端加一个 的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。 复位电路如图 34所示： 图 34 复位电路 键盘输入模块 键盘输入电路主要是用来输入数据，从而实现人机交互。 该系统的键盘设计是中北大学 2020 届毕业论文。