基于MSP430G2553和ds18b20的测温系统

嵌入式控制系统与应用课程论文题目:基于MSP430G2553和ds18b20的测温系统院系名称：专业班级：学生**：学号：摘要为了在现实生活和工业生产及过程控制中准确测量温度，设计了一种基于低功耗MSP430单片机的数字温度计，整个系统通过单片机MSP430控制DS18B20读取温度，采用LCD1602显示，温度传感器DS18B20与单片机之间通过串口进展数据传输，且外围的整合性高，DS18B20只需一个端口即可实现数据通信，连接方便，通过屡次实验证明，该系统的测试结果与实际环境温度一致，除了具有接口电路简单，测量精度高，误差小，可靠性高等特点外，其本钱低，功耗低的特点使其拥有更广阔的应用前景。关键字：DS18B20MSP430G2553单片机液晶显示目录1引言12测温系统硬件构成12.1硬件设计13软件设计63.1总体设计流程图63.2初始化模块64实验展示74.1实物整体展示74.2报警显示和蜂鸣器报警85设计心得116本设计的缺乏和反思12参考文献13附录14附一：元器件及仪器明细表14附二：实验设计程序141引言温度的测量和控制在储粮仓库、智能楼宇空调控制及其它的工农业生产和科学研究中应用广泛。温度检测的传统方法是使用诸如热电偶、热电阻、半导体PN结(如AD590)之类的模拟传感器，经信号取样电路、放大电路和模数转换电路处理，获取表示温度值的数字信号，再交由微处理器或DSP处理。被测温度信号从敏感元件接收的非电模拟量开场，到转换为微处理器可处理的数字信号之间，设计者须考虑的线路环节较多，相应测温装置中元器件数量难以下降，随之影响产品的可靠性及体积微小化。由此会造成整个检测系统有较大的偏差．稳定性和抗干扰性能都较差。本文设计一种基于数字温度传感器DSl8820的小型测温系统，主控芯片采用TI公司的MSP430单片机，数字温度传感器通过单总线与单片机连接，系统构造简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进展现场温度测量，可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。2测温系统硬件构成2.1硬件设计2.1.1系统硬件设计总方案如图1所示：电源模块电源模块MSP430G2553DS18B20LCD1602液晶显示模块温度图1硬件设计方框图电源系统由miniUSB输出5V以及芯片LE33组成，实现对MSP430G2553核心处理芯片、LCD1602液晶显示等硬件模块提供所需电源；显示局部由LCD1602液晶对温度进展实时显示；软件设计局部包括模拟串口对DS18B20数据进展读取以及LCD1602液晶的驱动和显示。2.1.2本次设计需要用到MSP430单片机的1脚电源、16脚复位端、20脚接地端、配置P2.2口为待测信号输入端，P2.0为LCD片选信号端，P1为LCD并行数据输出端，如表1所示。图2所示为MSP430G2553单片机的最小系统图。表1MSP430G2553引脚及功能说明引脚序号引脚名称功能说明1VCC电源正2P2.2频率信号输入端5P2.0LCD片选信号端6P1.*LCD并行数据输出端13P2.5蜂鸣器报警16RST复位脚20GND电源地图2MSP430G2553最小系统2.1.3LCD1602LCD12864液晶显示屏用到电源接口线，脚背光电源接口线，脚并行接口选择。LCD1602引脚功能如表2所示。表2LCD1602引脚功能说明引脚序号引脚名称功能说明1VSS模块的电源地2VDD模块的电源正端4RS(CS)并行指令/数据选择信号、串行片选信号5R/W(SID)并行读写选择信号、串行的数据口6E(CLK)并行使能信号、串行的同步时钟15LED_A背光源正极16LED_K背光源负极〔0V〕2.1.4DSl8820是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片。它具有独特的单线接口方式，将非电模拟量温度值转换为数字信号输出仅需占用1位／A)端口，能够直接读取被测物体的温度值，提高了抗干扰能力和测量精度。它体积小，电压适用*围宽(3．0V一5．5v)，可以采用外部供电方式(如图1所示)，也可以采用寄生电源方式．即从数据线上获得电源。用户还可以通过编程实现9一12位的温度读数，即具有可调的温度分辨率。因此它的实用性和可靠性比同类产品更高．DSl8820采用3脚TO一92封装，形如三极管：同时也有8脚SOIC封装。测温*围为一55℃一+125。C，在一10℃一+85℃*围内，精度为±0．5℃。每一个DSl8820芯片的ROM中存放一个“位ID号：前8位是产品类型编号，随后48位是该器件的自身序号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。又因其可采用寄生电源方式供电。因此，一条总线上可以同时挂接数个DSl8820，可方便的实现多点测温系统。另外用户还可根据实际情况自设定非易失性温度报警上下限值TH和TL(掉电后依然保存)。DSl8820检测到的温度值经转换为数字量后，自动存入存储器中，并与设定值TH或TL进展比拟，当测量温度超出给定*围时，就输出报警信号，并自动识别是高温超限还是低温超限。图3DS18B20引脚连接图4DS18B20温度存放器格式图5温度/数据关系UART转USB电路图6UART电路PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案。该器件内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB信号与RS232信号的转换，能够方便嵌入到各种设备所以2000年左右开场经常推荐使用该款芯片；该器件作为USB/RS232双向转换器，一方面从主机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机。这些工作全部由器件自动完成，开发者无需考虑固件设计.3软件设计3.1总体设计流程图系统软件设计包括测量初始化局部、显示局部、报警局部。系统软件整体流程图如图7所示。图7系统软件整体设计流程图3.2初始化模块设备初始化包括关闭看门狗，I/O口输入/输出功能的配置，时钟初始化，端口初始化以及液晶初始化，其流程图如图8所示。图8系统初始化流程图3.3显示模块首先根据LCD1602液晶的时序图写出液晶驱动函数，并调用驱动函数完成在指定位置处显示字符的功能函数，这样通过定时刷新液晶屏就可以显示温度值了。4实验展示4.1实物整体展示图9实物整体展示图4.2报警显示和蜂鸣器报警当温度t>30℃时蜂鸣器报警，红灯闪亮模拟通风降温。LCD显示警告。当温度t<27℃时蜂鸣器报警，黄灯闪亮模拟加热升温。LCD显示警告。当温度27℃<t<30℃时LCD实时显示温度。图10实物调试图图11实物调试图5设计心得通过嵌入式控制系统与应用这门课，通过这门课的学习，我对MSP430G2553有了较为深入的了解。这门课王教师通过分工合作，同学讲解，同学讨论，以及课后周记总结这样的方式来进展的，不仅提高了自己的自学能力和学习主动性，而且使自己得到了很多方面根本技能的训练。这次做的设计所需要的知识有很多在书本上是找不到的，而且这些知道并不是像以前一样由教师系统的详细的教授。所以，这就强迫我去图书馆和网上查阅资料,不过这也培养了我查阅资料的能力，让我受益颇多。在第一节课上完之后觉得实在是无从下手，根本不知道干什么，对外电路和内电路都十分迷茫，可是后来通过同学之间的分工合作，而且我们先从非常简单的小实验入手，一点一点我就每次可都有了很多收获，通过同学讲解中断，定时器，计数器，捕捉，比拟器，PWM，串口，ADC，低功耗，触屏等，我对这些知识能够拿来应用，并能实现根本功能要求，能够把程序弄明白，发现自己会的越来越多，一次课比一次课进步。通过本次实验，让我对MSP430G2553芯片的输入与输出以及中断查询方式有了一定的了解。MSP430实验虽然很简单，但也费了不少功夫。首先，对CCS软件操作不熟练，Grace工程可以快速方便地帮助我们配置存放器，但是自己还不太熟悉。设置断点和单步调试，是一种很好的找到问题的方法。而且我学会了多文件编写软件，以后要尽量用多文件操作，把之前写好的程序做成头文件，方便以后调用。其次，DS18B20是单总线的通讯。硬件连接较容易，但是时序要求很严格，软件编程一开场，读不出数据。千方百计地调整时序，准确延时，依旧没有读出温度数据。查阅大量资料发现，DS18B20的接法不通，会影响到时序问题。寄生模式和单独电源供电模式，他们的时序一定的区别。而且电源和地直接接不接10k电阻，时序也不一样的。这一块废了很大功夫。最后，MSP430的IO口最大6mA,整个芯片最大电流总和不超过48mA。然而有源蜂鸣器驱动需要130mA，所以就要加9012NPN三极管来获得大电流。9012的常温最大输出500mA电流。6本设计的缺乏和反思最为一个温度监控系统，应该加上按钮，当温度异常，蜂鸣器报警时，按下复位按钮，蜂鸣器停顿报警，但是红灯继续闪烁。当故障排除后，红灯灭，系统恢复正常。如果一分钟后故障没有排除，蜂鸣器再次报警。检测的实时温度应该通过UART上传到上位机，记录下来。参考文献[1]胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机[M].航空航天大学,2001.[2]童诗白,华成英.模拟电子技术根底〔第四版〕,清华大学,2006.[3]MSP430G2553DataSheet.[4]MSP430中文手册.[5]Op37DataSheet.[6]MSP430G2系列单片机原理与实践教程.[7]MSP-E*P430G2系列单片机试验板使用指南.附录附一：元器件及仪器明细表见另外e*cel文档。附二：实验设计程序/**main.c*/*include"msp430g2553.h"*include"LCD1602.h"*include"DS18b20.h"intmain(void){//StopwatchdogtimertopreventtimeoutresetWDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;P1DIR=0*FF;P2DIR=BIT0+BIT1+BIT2+BIT3+BIT4+BIT5;//P2DIR=BIT3+BIT4+BIT5;unsignedintt;LCD1602_Init();DS18b20_Init();while(1){ P2OUT&=~BIT3;//红灯灭 P2OUT&=~BIT4;//绿灯灭//P2OUT&=~BIT5;//蜂鸣器关t=get_one_temperature();if(t>=300) { P2OUT|=BIT3;//红灯亮 LCD1602_write_string(1,1,"warning!!!!!!!!"); LCD1602_write_string(2,0,"hig-"); LCD1602_display_temperature(2,4,t); P2OUT|=BIT5;//蜂鸣器kai }if(t<=270) { P2OUT|=BIT4;//绿灯亮 LCD1602_write_string(1,1,"warning!!!!!!!!!");LCD1602_write_string(2,0,"low-"); LCD1602_display_temperature(2,4,t); P2OUT|=BIT5;//蜂鸣器kai }if(t<300&&t>270) { P2OUT&=~BIT5;//蜂鸣器关 LCD1602_write_string(1,1,"Thetemprature"); LCD1602_write_string(2,0,"is"); LCD1602_display_temperature(2,4,t); }}}/**DS18b20.H**Createdon:2015-6-28*Author:Administrator*/*ifndefDS18B20_H_*defineDS18B20_H_*include"msp430g2553.h"/***********************************引脚定义***********************************/*defineDQ_1P2OUT|=BIT2*defineDQ_0P2OUT&=~BIT2*defineDQ_inP2DIR&=~BIT2*defineDQ_outP2DIR|=BIT2*defineDQ_val(P2IN&BIT2)/**************************************命令字符定义***************************************/*defineRead_ROM0*33//读ROM*defineMatch_ROM0*55//匹配ROM*defineSkip_ROM0*cc//跳过ROM*defineSearch_ROM0*f0//搜索ROM*defineAlarm_Search0*ec//告警搜索*defineConvert_Temperature0*44//温度转换*defineRead_Scratchpad0*be//读暂存存储器9字节内容*defineWrite_Scratchpad0*4e//写暂存存储器，写的是THandTL，接着发送两位数据就可以/***********************************定义变量***********************************///e*ternunsignedintCheck_val;//初始化检测变量//e*ternunsignedintTemp;//存放温度//e*ternunsignedintTemp_l;//存放温度低四位//e*ternunsignedintTemp_h;//存放温度高四位/****************************************函数定义****************************************/e*ternvoidDS18b20_Port_Init(void);e*ternunsignedintDS18b20_Init(void);e*ternvoidDS18b20_write_byte(unsignedintdat);e*ternunsignedintDS18b20_read_byte(void);e*ternunsignedintget_one_temperature(void);*endif/*DS18B20_H_*//**DS18B20.C**Createdon:2015-6-28*Author:Administrator*/*include"msp430g2553.h"/***************************DQ接p2.4**************************/*include"DS18b20.h"voidDS18b20_Port_Init(void){P2DIR=BIT2;}/*******************************************************************************DS18b20操作时序：1.DS18b20初始化2.对64位ROM进展操作读ROM搜索ROM跳过ROM告警搜索3.对存放器进展操作包括读取温度……4.精度默认的为0.0625，无法重新设定，没找到相应的指令相对应的转换时间为750ms**************************************************************************************************************************************************************DS18b20初始化方法：1主机发送480-960us的低电平，释放总线2等待15-60us3检测DQ上是否有低电平出现有：复位成功，通常时间为60-240us无：复位失败，继续等待4DQ上出现低电平后，低电平持续15us，然后DS18b20开场对单片机发送的数据进展采样*******************************************************************************/unsignedintDS18b20_Init(void){unsignedCheck_val;DQ_out;DQ_0;__delay_cycles(600);DQ_1;__delay_cycles(60);DQ_in;_NOP();if(DQ_val==1){Check_val=0;//初始化失败}if(DQ_val==0){Check_val=1;//初始化成功}__delay_cycles(10);DQ_out;DQ_1;__delay_cycles(100);returnCheck_val;}/*******************************************************************************DS18b20写数据方法：1DS18b20是“一位一位〞的写‘0’和‘1’2每写一次‘1’或‘0’为一个周期，每个周期约为45-60us3DQ拉低1us，表示写周期开场，释放总线，让DQ随写入的值变化4假设写1：DQ拉高至少60us，保证在采样周期内采到的值均为高5假设写0：DQ拉低至少60us，保证在采样周期内采到的值均为低6释放总线********************************************************************************单片机发送数据时，是从写的数据的最高位开场发送*/voidDS18b20_write_byte(unsignedintdat){unsignedinti;for(i=0;i<8;i++){DQ_0;__delay_cycles(2);if(dat&0*01)DQ_1;elseDQ_0;__delay_cycles(60);dat>>=1;;DQ_1;__delay_cycles(10);}}/**************************************************************************************************DS18b20读数据方法：1DS18b20是“一位一位〞的读‘0’和‘1’2每读一次‘1’或‘0’为一个周期，每个周期约为45-60us3DQ拉低1us，表示读周期开场，释放总线，让DQ随DS18b20传送的值变化4假设传1：则检测到高电平，持续时间为60us左右，所以检测一次后要延时60us，再检测下一位传送的数据5假设传0：则检测到低电平，持续时间为60us左右***************************************************************************************************DS18b20传送数据是从最低位开场传**所以单片机在承受数据时，存储变量一共移动8次，将所有数据都接收并回到最高位*/unsignedintDS18b20_read_byte(void){unsignedi;unsignedintbyte=0;for(i=0;i<8;i++){byte>>=1;DQ_0;__delay_cycles(2);DQ_1;__delay_cycles(2);DQ_in;_NOP();if(DQ_val)byte|=0*80;__delay_cycles(60);DQ_out;DQ_1;__delay_cycles(10);}returnbyte;}/*******************************************************************************当用一个DS18b20进展温度测量时步骤1.初始化2.跳过ROM3.控制存放器：温度转换，读取ROM，读取温度低8位，温度高8位注意的是，一定要初始化两次*******************************************************************************/unsignedintget_one_temperature(void)//只读取了整数，没读取小数的局部{unsignedintTemp_l=0,Temp_h=0,Temp=0;floatf_temp;DS18b20_Init();DS18b20_write_byte(Skip_ROM);DS18b20_write_byte(Convert_Temperature);__delay_cycles(500000);DS18b20_Init();DS18b20_write_byte(Skip_ROM);DS18b20_write_byte(Read_Scratchpad);Temp_l=DS18b20_read_byte();Temp_h=DS18b20_read_byte();//Temp_l>>=8;Temp_h<<=8;Temp=Temp_h+Temp_l;f_temp=Temp*0.0625;//18b20的分辨率是0.0625Temp=f_temp*10+0.5;//乘以10表示小数点后面取一位，加0.5是四舍五入returnTemp;//Temp是整型}/**LCD1602.H**Createdon:2015-6-28*Author:Administrator*/*ifndefLCD1602_H_*defineLCD1602_H_*include"msp430g2553.h"*definers_0P2OUT&=~BIT1*definers_1P2OUT|=BIT1*defineen_0P2OUT&=~BIT0*defineen_1P2OUT|=BIT0/***********************************************************函数定义***********************************************************/e*ternvoidLCD1602_Port_Init(void);e*ternvoidLCD1602_write_mand(unsignedint);e*ternvoidLCD1602_write_data(unsignedintdat);e*ternvoidLCD1602_Init(void);e*ternvoidLCD1602_set_position(unsignedint*,unsignedinty);e*ternvoidLCD1602_write_string(unsignedint*,unsignedinty,unsignedchar*str);e*ternvoidLCD1602_display_temperature(unsignedint*,unsignedinty,unsignedinttemp);e*ternvoidLCD1602_write_varia(unsignedint*,unsignedinty,unsignedintvaria,unsignedintn);*endif/*LCD1602_H_*//**LCD1602.C**Createdon:2015-6-28*Author:Administrator*/*include"msp430g2553.h"*include"LCD1602.h"/**********************************数字变量显示定义***********************************/charDigital[]={0*30,0*31,0*32,0*33,0*34,0*35,0*36,0*37,0*38,0*39};voidLCD1602_Port_Init(void){P1DIR|=0*FF;P2DIR|=BIT0+BIT1;}voidLCD1602_write_mand(unsignedint){rs_0;P1OUT=;__delay_cycles(500);en_1;__delay_cycles(500);en_0;}voidLCD1602_write_data(unsignedintdat){rs_1;P1OUT=dat;__delay_cycles(500);en_1;__delay_cycles(500);en_0;}voidLCD1602_Init(void){LCD1602_write_mand(0*38);//5*7点阵，双行显示LCD1602_write_mand(0*0c);//0*0f有光标，LCD1602_write_mand(0*01);//清屏LCD1602_write_mand(0*06);