基于msp430的温度采集报警系统的毕业设计

基于msp430的温度采集报警系统的毕业设计内容摘要：

单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要是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示出来，比如显示或报警。 从单片机最小系统电路可以看出，单片机的接口电路非常简单，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输入，一个 32kHz 的时钟信号，一个 8MHz 的时钟信号。 该系统的时钟部分都是采用晶体振荡器实现的 [7]。 考虑到电源的输入纹波对单片机的影响，在电源的管脚增加一个 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小干扰。 单片机最小系统电路如图 31 所示。 毕业设计（论文） 11 图 31 单片机最小系统电路 167。 电源及复位模块 电压电路： 由于 MSP430F149 单片机的工作电压一般是 ～ ，并且功耗极低。 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等特点，因此该硬件系统的电源部分采用 TI 公司的 TPS76033 芯片实现，该芯片能很好满足该硬件系统的要求，另外该芯片具有很小的封装，因此能有效节约 PCB 板的 面积 [8]。 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 波毕业设计（论文） 12 电容，减小输入端受到的干扰。 电源电路具体如图 32 所示。 图32 电源电路 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可靠性，该系统采用 复位芯片实现的复位电路，该系统采用 MAX809 芯片 [1]。 为了减小电源的干扰，还需要在复位芯片的电源输入腿加一个 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 33 所示。 图 33 复位电路 毕业设计（论文） 13 167。 采集模块 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 34 为温度采集电路 [1]。 图 34 温度采集电路 通过 图 34 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。 167。 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。 该系统的键毕业设计（论文） 14 盘设计是采用扫描方式实现的矩阵键盘。 键盘电路图 如 图 35 所示。 图 35 键盘输入电路 该矩阵扫描键盘由行线和列线组成， 、 、 和 构成键盘的行线， 、 、 和 构成键盘的列线。 键盘的行线作为键盘的控制输出端，键盘的列线作为键盘的输入端。 在设计时为了程序设计的方便性，键盘的列线采用的是 、 、 和 ，这样可 以利用该管脚的中断功能。 这样在没有按键按下的情况下，该四个管脚的电平为高电平，如果有按键按下时，则相应的列线管脚为低电平，这时通过设置 、 、 和 为低电平触发中断方式，低电平就触发中断而进入中断服务程序，从而获得输入的数据 [9]。 键盘的工作原理具体如下：首先将 、 、 和 设置为输出，将 、 、 和 设置为输入，并将 、 、 和 设置为低电平触发中断方式；将 设置为低电平，如果该行上 有按键按下的话，则 、 、 或者 上为低电平，就会触发中断，进入中断服务程序，获得输入的数据。 如果没有按键按下的话，则 、 和 上为高电平，不会进入中断服务程序。 依次将 、 、毕业设计（论文） 15 和 设置为低电平来判断该行是否有输入，如果没有输入的话，、 、 和 均为高电平，如果有输入的话， 、 、 或者 上为低电平 [10]，就会触发中断，进入中断服务程序，获得输入数据。 键盘的扫描时间很短，仅仅几微妙的时间，然而按键的时 间一次至少需要几十毫秒，所以只要有按键按下的话是都可以被扫描到的。 另外还要考虑键盘的抖动处理。 167。 显示模块 系统的显示电路采用 LCD1602 液晶显示器显示 ，这样的方式能满足该系统的要求，也可很容易的完成。 图 36 为该系统的显示电路。 图 36 显示电路 通过 图 35 可以看出，该显示电路直接与单片机的数据 I/O 口进行连接，由于 MSP430149 具有丰富的 I/O 口资源，这样采用并行的接口方式非常容易，减小系统设计的复杂度，也可以增加系统的可靠性。 ～ 毕业设计（论文） 16 是用来显 示数据， 、 和 是用来控制数码管的选通状态。 167。 报警模块 该部分电路主要是驱动一个蜂鸣器，这样只需要将蜂鸣器的一端接地，另一端以单片机进行相接就可以了，由于 MSP430F149 的驱动能力不是很够，需要加一个放大电路。 该电路具有简单、实用等特点。 为了减少电源的输入纹波对放大电路的影响，在电源的管脚增加一个 的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。 报警电路图如图 37 所示。 图 37 报警电路 有图 37 可知 LM386 的 IN+（ 3）端口与 MSP430F149 的 端口通过一个 100 欧姆的电阻相连接，来完成相应的控制。 毕业设计（论文） 17 第四章 系统的软件设计 经过前面对系统硬件的了解，这一节介绍系统的软件设计。 系统的软件主要包括采集模块、键盘输入模块、显示模块、报警模块和主处理模块。 下面就具体介绍各个模块的软件设计 [1]。 167。 最小系统设计 主处理模块主要是将各个模块进行协调处理和实现数据交互。 主处理模块首先完成初始化工作，初始化后进入循环处理，在循环过程中主处理获得采集模块的数据，并将数据进行处理，根据处理后的结果来进行显示或 者报警。 由于报警的上限和下限需要设置，另外考虑到对数据的保存，因此主程序先检查门限是否在 FLASH 里面有，如果没有则进行等待设置数据，设置完成后才进入下一步处理，也就是程序必须在有设置数据的情况下才能正常运行 [11]。 下面给出主处理的流程图，如图 41 所示。 程 序 初 始 化打 开 中 断读 F L A S H 的 内 容 有 设 置 数 据。 等 待 设 置 数 据启 动 定 时 器数 据 处 理 数 据 正 常。 报警数 据 显 示YN 图 41 主处理器 流程图 毕业设计（论文） 18 考虑到需要对设置数据进行读写，这样需要对 FLASH 进行操作，下面给出 FLASH 操作的 函数。 该函数的功能是将一个 WOED 类型的数据写入到 FLASH 里面。 void FLASH_ww(int *pData int nValue) { PCTL3 = 0xA500。 //LOCK = 0。 PCTL1 = 0xA540。 // WRT = 1。 *pData = nValue。 } 该函数的功能是将一个 BYTE 类型的数据写入到 FLASH 里面。 void FLASH_wb(char *pData char nValue) { PCTL3 = 0xA500。 //LOCK = 0。 PCTL1 = 0xA540。 // WRT = 1。 *pData = nValue。 } 该函数的功能是将 FLASH 里面的内容擦除掉。 void FLASH_clr( int *pData ) { PCTL1 = 0xA502。 //ERASE = 1。 PCTL3 = 0xA500。 // LCOK = 0。 *pData = 0。 } 根据上面流程图给出简单的程序，下面的程序是简单化的处理，只是将得到的结果除以 100 获得整数部分 ，该程序忽略小数部分的处理，该程序也是假定上下限在 0～ 100 之间。 以下为具体的程序 [12]。 见附录 1 毕业设计（论文） 19 167。 采集模块 采集模块重要是 通过 DS18B20 温度传感器获得 数据， 并 对采集来的数据进行处理 后 送给 MSP430F149。 CPU 对 DS18B20 的访问流程是：先对DS18B20 初始化，再进行 ROM 操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。 如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据 DS18B20 的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前 都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作 [13]。 图 42 为该模块的程序流程图。 跳 过 R O M温 度 采 集 与 转 换7 5 0 m s 处 理 完 毕开 始读 取 温 度 值初 始 化 D S 1 8 B 2 0发 送 数 据还 回 图 42 采集模块程序流程图 毕业设计（论文） 20 167。 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采用扫描方式实现的矩阵键盘。 该矩阵扫描键盘由行线和列线组成， 、 、 和 构成键盘的行线， 、 、 和 构成键 盘的列线。 键盘的行线作为键盘的控制输出端，键盘的列线作为键盘的输入端。 在设计时为了程序设计的方便性，键盘的列线采用的是 、 和 ，这样可以利用该管脚的中断功能。 这样在没有按键按下的情况下，该四个管脚的电平为高电平，如果有按键按下时，则相应的列线管脚为低电平，这时通过设置 、 、 和 为低电平触发中断方式，低电平就触发中断而进入中断服务程序，从而获得输入的数据[1]。 键盘的工作原理具体如下：首先将 、 、 和 设置为输出，将 、 、 和 设置为输入，并将 、 、 和 设置为低电平触发中断方式；将 设置为低电平，如果该行上有按键按下的话，则 、 、 或者 上为低电平，就会触发中断，进入中断服务程序，获得输入的数据。 如果没有按键按下的话，则 、 和 上为高电平，不会进入中断服务程序。 依次将 、 、 和 设置为低电平来判断该行是否有输入，如果没有输入的话，、 、 和 均为高电平，如果有输 入的话， 、 、 或者 上为低电平，就会触发中断，进入中断服务程序，获得输入数据。 键盘的扫描时间很短，仅仅几微妙的时间，然而按键的时间一次至少需要几十毫秒，所以只要有按键按下的话是都可以被扫描到的。 另外还要考虑键盘的抖动处理 [13]。 为了防止键盘的扫描而影响其他部分的处理，这里采用了定时器 B 来检察是否有按键按下。 图 43 为该部分的程序流程图。 毕业设计（论文） 21 定 时 器 B 中 断 到 来计 数 器 加 1设 置 行 线 输 出端 口 中 断 服 务 程 序 图 43 输入模块流程图 该模块主要包括对定时器 B 和端口中断的处理初始化部分 ：该部分主要完成端口的初始化和定时器 B 的初始化。 该部分端口的初始化程序。 void Int_INPUTPort(void) { //将管脚在初始化的时候设置为输入方式 PIDIR = 0。 //将所以的管脚设置为一般 I/O 口 PISEL = 0。 //将 、 、 和 设置为输入方向 PIDIR amp。 =~（ BIT4)。 PIDIR amp。 =。