1、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： 学生姓名： 学 号： II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行数据传输，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，通过多次实验证明，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
2、外，其成本低，功耗低的特点使其拥有更广阔的应用前景。关键字：DS18B20 MSP430G2553 单片机 液晶显示 III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 本设计的不足和反思 .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 1411 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
3、、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始，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，系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行
4、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系统硬件设计总方案如图 1 所示：电源模块MSP430G2553DS18B20 LCD1602 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；显示部分由 LCD1602液晶对温度进行实时显示；软件设计部分包括模拟串口对 DS18B20 数据进行读取以及 LCD1602 液晶的驱动和显示。22.1.2 MSP430G
5、2553 引脚功能说明本次设计需要用到 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 1 MSP430G2553 引脚及功能说明引脚序号 引脚名称 功能说明1 VCC 电源正2 P2.2 频率信号输入端5 P2.0 LCD 片选信号端6 P1.x LCD 并行数据输出端13 P2.5 蜂鸣器报警16 RST 复位脚20 GND 电源地图 2 MSP430G2553 最小系统2.1.3 LC
6、D1602 引脚功能说明LCD12864 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。3表 2 LCD1602 引脚功能说明引脚序号 引脚名称 功能说明1 VSS 模块的电源地2 VDD 模块的电源正端4 RS(CS)并行指令/数据选择信号、串行片选信号5 R/W(SID) 并行读写选择信号、串行的数据口6 E(CLK) 并行使能信号、串行的同步时钟15 LED_A 背光源正极16 LED_K 背光源负极（0V）2.1.4 DS18B20 说明DSl8820 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
7、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，电压适用范围宽(3 0V 一 55v) ，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4DSl8820 采用 3 脚 TO 一 92 封装，形如三极管：同时也有 8 脚 SOIC 封装。测温范围为一 55一+125。 C，在一 10一+85 范围内，精度为 05。每一个DSl8820 芯片的 ROM 中存放一个“位 I
8、D 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 进行比较，当测量温度超出给定范围时，就输出报警信号，并自动识别是高温超限还是低温超限。 图 3 DS18B20 引脚连接图 4 DS18B20 温度寄存器格式5图 5 温度/ 数据关系2.1.5 U
9、ART 转 USB 电路图 6 UART 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6UART， 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 年左右开始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 RS2
10、32 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部分、显示部分、报警部分。系统软件整体流程图如图 7 所示。开始初始华d s 1 8 b 2 04 3 0 读取温度值温度值判断T 3 0 蜂鸣器报警红灯亮模拟通风降温 。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=300)P2OUT|=BIT3;/红灯亮LCD1602_write_string(1,1,“warning!“);LCD1602_write_string(2,0,“hig-“);LCD
11、1602_display_temperature(2,4,t);P2OUT|=BIT5;/蜂鸣器 kaiif(t270)P2OUT/蜂鸣器关LCD1602_write_string(1,1,“The temprature “);LCD1602_write_string(2,0,“is “);LCD1602_display_temperature(2,4,t);/* DS18b20.H* Created on: 2015-6-28* Author: Administrator*/#ifndef DS18B20_H_#define DS18B20_H_#include“msp430g2553.h“
12、/* 引脚定义 */#define DQ_1 P2OUT |= BIT2#define DQ_0 P2OUT /初始化检测变量/extern unsigned int Temp;/存放温度/extern unsigned int Temp_l;/存放温度低四位/extern unsigned int Temp_h;/存放温度高四位/* 函数定义 */extern void DS18b20_Port_Init(void);extern unsigned int DS18b20_Init(void);extern void DS18b20_write_byte(unsigned int dat);
13、extern unsigned int DS18b20_read_byte(void);extern unsigned int get_one_temperature(void);#endif /* DS18B20_H_ */* DS18B20.C* Created on: 2015-6-28* Author: Administrator*/#include“msp430g2553.h“/* DQ 接 p2.4 */#include“DS18b20.h“void DS18b20_Port_Init(void)P2DIR = BIT2;/*DS18b20 操作时序：1.DS18b20 初始化2.
14、对64位ROM 进行操作读ROM16搜索ROM跳过ROM告警搜索3.对寄存器进行操作包括读取温度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 - 960 us 的低电平，释放总线2 等待 15 - 60 us3 检测DQ 上是否有低电平出现有：复位成功 ，通常时间为 60-240 us无：复位失败 ， 继续等待4 DQ上出现低电平后，低电平持续15us ，然后DS18b20开始对单片机发送的数据进行采样*/unsigned int DS18b20_Init(void)unsigned Check_v
15、al;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);return Check_val;17/*DS18b20 写数据方法：1 DS18b20 是 “一位一位” 的写0和12 每写一次1 或0 为一个周期，每个周期约为 45 - 60 us3 DQ拉低 1 us ，表示写周期开始，释
16、放总线，让 DQ随写入的值变化4 若写1 ： DQ拉高至少60us，保证在采样周期内采到的值均为高5 若写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始发送*/void DS18b20_write_byte(unsigned int dat)unsigned int i;for(i = 0; i = 1;DQ_1;_delay_cycles(10);/*DS18b20 读数据方法：1 DS18b20 是 “一位一位” 的读0和12 每读一次1 或0 为一个周期，每个周期约为 45 - 60 us3 DQ拉低 1 us ，表
17、示读周期开始，释放总线，让 DQ随DS18b20传送的值变化4 若传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 若传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始传 *所以单片机在接受数据时，存储变量一共移动8次，将所有数据都接收并回到最高位*/unsigned int DS18b20_read_byte(void)unsigned i;18unsigned int byte = 0;for(i = 0;i = 1;DQ_0;_delay_cycles(2);DQ_1;_delay_cycles(2
18、);DQ_in;_NOP();if(DQ_val)byte |= 0x80;_delay_cycles(60);DQ_out;DQ_1;_delay_cycles(10);return byte;/*当用一个DS18b20进行温度测量时步骤1.初始化2.跳过ROM3.控制寄存器： 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*/unsigned int get_one_temperature(void) /只读取了整数，没读取小数的部分unsigned int Temp_l=0,Temp_h=0,Temp=0;float f_temp;DS18b20_
19、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;19f_temp=Temp*0.0625; /18b20的
20、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return Temp; /Temp是整型/* LCD1602.H* Created on: 2015-6-28* Author: Administrator*/#ifndef LCD1602_H_#define LCD1602_H_#include“msp430g2553.h“#define rs_0 P2OUT extern void LCD1602_write_command(unsigned int com);extern void LCD1602_write_data(un
21、signed int dat);extern void LCD1602_Init(void);extern void LCD1602_set_position(unsigned int x,unsigned int y);extern void LCD1602_write_string(unsigned int x,unsigned int y,unsigned char *str);extern void LCD1602_display_temperature(unsigned int x,unsigned int y,unsigned int temp);extern void LCD16
22、02_write_varia(unsigned int x,unsigned int y,unsigned int varia,unsigned int n);#endif /* LCD1602_H_ */* LCD1602.C20* Created on: 2015-6-28* Author: Administrator*/#include“msp430g2553.h“#include“LCD1602.h“/*数字变量显示定义*/char Digital=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;void LCD1602_Port_I
23、nit(void)P1DIR |= 0XFF;P2DIR |= BIT0 + BIT1 ;void LCD1602_write_command(unsigned int com)rs_0;P1OUT=com;_delay_cycles(500);en_1;_delay_cycles(500);en_0;void LCD1602_write_data(unsigned int dat)rs_1;P1OUT=dat;_delay_cycles(500);en_1;_delay_cycles(500);en_0;void LCD1602_Init(void)LCD1602_write_command
24、(0x38); /5*7点阵，双行显示LCD1602_write_command(0x0c); /0x0f 有光标，LCD1602_write_command(0x01); /清屏LCD1602_write_command(0x06); /写入数据后，光标右移，显示屏不动void LCD1602_set_position(unsigned int x,unsigned int y)if(x=1)LCD1602_write_command(0x80+y);if(x=2)21LCD1602_write_command(0x80+0x40+y);void LCD1602_write_string(u
25、nsigned int x,unsigned int y,unsigned char *str)_delay_cycles(1000);LCD1602_set_position(x,y);while(*str!=0)LCD1602_write_data(*str);str+;void LCD1602_display_temperature(unsigned int x,unsigned int y,unsigned int temp)LCD1602_set_position(x,y);LCD1602_write_data(Digitaltemp/100);LCD1602_write_data(
26、Digitaltemp%100/10);LCD1602_write_data(.);LCD1602_write_data(Digitaltemp%100%10);LCD1602_write_data(C);void LCD1602_write_varia(unsigned int x,unsigned int y,unsigned int varia,unsigned int n)_delay_cycles(1000);LCD1602_set_position(x,y);switch(n)case 1 : LCD1602_write_data(Digitalvaria); break;case
27、 2 : LCD1602_write_data(Digitalvaria/10);LCD1602_write_data(Digitalvaria);break;case 3 : LCD1602_write_data(Digitalvaria/100);LCD1602_write_data(Digitalvaria/10);LCD1602_write_data(Digitalvaria); break;case 4 : LCD1602_write_data(Digitalvaria/1000);LCD1602_write_data(Digitalvaria/100);LCD1602_write_data(Digitalvaria/10);LCD1602_write_data(Digitalvaria);break;22
