基于MSP43018B20的智能多点温度计1.docx
- 文档编号:14714832
- 上传时间:2023-06-26
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:298.31KB
基于MSP43018B20的智能多点温度计1.docx
《基于MSP43018B20的智能多点温度计1.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于MSP43018B20的智能多点温度计1.docx(13页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
基于MSP43018B20的智能多点温度计1
攻读博士、硕士学位研究生试卷(作业)封面
(2014至2015学年度第1学期)
题目基于MSP430和DS18B20的数字温度计设计
科目测量仪器与仪表
姓名孔新杰赵兴龙庞宗武
学号2014211712812013201271201421171267
专业电子科学与技术
入学年月2014年9月
简短评语
成绩:
授课教师签字:
基于MSP430和DS18B20的数字温度计设计
1.设计要求
本系统要求组建一个MSP430单片机系统,以集成数字温度传感器为温度信息采集单元,液晶显示器及驱动电路CD4511为显示单元,系统的基本组成框图如下图1,实现温度的测量(2次/秒),可以实时显示检测的温度,也可以按键启动检测并显示。
供电
供电
数据交换
图1系统的基本组成框图
2.设计方案
根据系统的设计要求,选择DS18B20作为本系统的温度传感器,选择单片机MSP430为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。
选用数字温度传感器DS18B20,省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以及进行长距离传输时的串/并转换电路,简化了电路,缩短了系统的工作时间,降低了系统的硬件成本。
该系统的总体设计思路如下:
温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到MSP430单片机上,经过MSP430单片机处理,将把温度在显示电路上显示,本系统显示器用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现。
按照系统设计功能的要求,确定系统由3个模块组成:
主控制器、测温电路和显示电路。
数字温度计总体电路结构框图如图2.1所示:
图2.1数字温度计总体电路结构框图
3.系统硬件电路的设计
3.1主控制器
MSP430F3368具有独特的超低功耗设计,具有5种低功耗模式,给低功耗仪表设计带来了很大方便。
MSP430F6638型单片机为Flash型,可反复编程,且内部集成了A/D转换器,特别为智能式仪表、电池供电便携设备而设计。
MSP430F6638特性如下。
1)高效16位RISC内核,16位精简指令结构,27条指令125ns指令周期时间,绝大多数指令可在1个时钟周期内完成;
2)1.8-3.6V低电压供电,有多种省电模式,功耗特别低,一颗电池可工作10年;
3)同其他微控制器相比,带Flash的微控制器可以将功耗降低5倍,既缩小了线路板空间又降低了系统成木;
4)6us的快速启动时间可延长待机时间并使启动更加迅速,降低了电池的功耗;
5)内含12位快速ADC/SlopeADC,只需外接1个电阻、1个电容即可实现高精度斜率A/D转换;
6)片内资源丰富,有ADC,PWM,若干TIME,串行口,看门狗,比较器,模拟信号,强大的中断功能;
7)SP430系列产品可以提供多种存储器选择,从14位ADCs到LCD驱动电路的混合信号外设,简化了各类应用中MSP430的设计;
8)ESD保护,抗干扰力特强。
图3.1基于MSP430单片机的数字温度计原理图
3.2显示电路
LED数码管价格便宜,使用方便,是应用最广泛的显示器。
本系统采用4位共阳LED数码管,从并口输出段码。
图3.2管脚图图3.3共阳极LED原理图
3.3温度传感器工作原理
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下:
1)独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信;
2)多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现多点组网功能;
3)无需外部器件;
4)可通过数据线供电,电压范围:
3.0~5.5V;
5)测温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±0.5℃
5)零待机功耗
6)温度以9或12位数字量读出;
7)用户可定义的非易失性温度报警设置
8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件
9)负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作
3.4时钟电路
图3.4时钟电路
3.5复位电路
下图按键复位电路是手动复位电路,使用比较方便,在程序“跑飞”时,可以手动复位,不用重启单片机电源,就可以实现复位。
图3.5复位电路
4.系统软件电路的设计
4.1DS18B20温度计主程序流程图
主程序的主要功能是负责温度的实时显示,读出并处理DS18B20的测量温度值。
温度测量每0.5s进行一次。
其程序流程图如下:
图4.1主程序流程图
4.2DS18B20初始化程序流程图
在DS18B20工作之前需要进行初始化,流程图如下:
图4.2初始化程序流程图
4.3读温度子程序流程图
读温度子程序的主要功能是从DS18B20中读出温度数据,移入温度暂存器保存。
其程序流程图如下:
图4.3温度子程序流程图
DS18B20采用单总线方式传输数据,对时序的要求比较严格。
MSP430单片机的控制操作不同于51系列,它的I/0口有方向控制及输入输出寄存器,读写操作要分别控制。
以DS18B20为例,给出在MSP430系列单片机语言编译环境Work-bench下部分程序代码。
DS18B20采用单总线方式传输数据,对时序的要求比较严格。
MSP430单片机的控制操作不同于51系列,它的I/C口有方向控制及输入输出寄存器,读写操作要分别控制。
以DS18B20为例,给出在MSP430系列单片机语言编译环境WOIk一henoh下部分程序代码。
Mainloophish#OOlh,&plOUT;定义端口
Call#reset_DS18BZO;初始化
m0V#100,rlo
call#delav
call#send少。
;跳过ROM
m0V#100,r10
call#delav
call#send一4;温度变换
m0V#100,r14
call#delavl
m0V#100,rl4
call#delavl
call#resetDS18BZO
m0V#100,rlo
call#delav
call#send少。
;跳过ROM
m0V#100,r10
call#delav
call#sendcc:
跳过ROM
call#delay;调用时序程序
call#read-ata;读数据
call#chulichengxu;调用温度处理程序
call#xianshichen拭xu;调用显示程序
5.系统测试
5.1硬件检测和调试
硬件调试比较简单,在系统设计的过程中,由于主控制器(MSP430F6638单片机)部分是集成在利尔达单片机技术有限公司MSP430仿真器FET上的。
因此主要是对DS18B20测温模块以及LED数字显示模块进行硬件检测和调试。
5.2软件调试
木程序采用单片机MSP430的语言编写,用IARSystem公司开发的IAREmbeddedWorkbenchforMSP430Kickstart编译器编程调试。
进入IAREmbeddedWorkbench集成环境,然后在该环境下建立一个项目进入源程序编辑界面。
在这里进行源程序的编辑。
5.3整体调试
通过硬件和软件的调试后,连接各个模块。
由于主控制器模块采用MSP430仿真调试器FET,其集成有MSP430F6638单片机以及与其相关的外围模块,通过计算机串口连接并由计算机的串口供电(实际工作电压为2.5V),进入相关的调试控制程序后对单片机进行管理和操作。
温度测量以及显示模块焊接在同一块电路板上,由直流稳压电源提供3V的电压。
通过数据线将3个主要模块连接,DS18B20数字温度计的数据端与MSP430F6638单片机的数据端连接。
为了保证温度数据的正常读取,必须将二者的接地端短接,以保证其电势相等。
接通电源后,由计算机进入MSP430调试环境,运行程序,这时LED数码管开始显示"00"(程序的开始复位信号),然后显示由DS18B20检测的温度数值。
整体的调试过程必须一直调试到能正常的显示温度值而且在有温度变化时显示温度能改变就基木完成。
6.总结与体会
在基于MSP430单片机的温度测试仪的设计中,在低功耗设计方面,首先是选择低功耗元件,从单片机、传感器和LED显示器及其驱动电路,都尽量选择市场上功耗最低的产品;其次在硬件电路设计方面,降低系统工作电压;其次,是软件设计融入低功耗思想,核心的方法就是在最短的时间内把需要的工作完成,然后立即进入休息状态,不论在工作还是休息状态,立即关闭不必要的模块,以最大限度地降低功耗。
使用MSP430为核心构成的便携式系统,MSP430单片机的温度测试仪电池的使用寿命可以比基于一般CPU的系统延长3-5倍、在降低成本的措施方面,满足性能的前提下,尽量选择低成本元件,显示部分采用了CD4511进行驱动显示,温度测量采用DS18B20数字温度传感器,具有线路简单,体积小的特点。
因此用它来组成一个测温系统,在一根通信线上可以挂多个数字温度测试仪,十分方便、相比其他的温度传感器,该系统设计具有结构简单、分辨率高、可调节的特点且无需硬件同步时钟控制。
从这次的课程设计中,使我真正意识到理论一定要联系实际,要把我们所学的理论知识用到实际当中,学习单机片机更是如此,程序只有在经常的写与读的过程中才能提高,这是本次课程设计中的最大收获。
附录:
系统照片
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 MSP43018B20 智能 多点 温度计