嵌入式控制系统与应用课程论文-基于MSP430G2553和ds18b20的测温系统.doc

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： 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 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14iii1 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。2.1.2 msp430g2553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1vcc电源正2p2.2频率信号输入端5p2.0lcd片选信号端6p1.xlcd并行数据输出端13p2.5蜂鸣器报警16rst复位脚20gnd电源地图2 msp430g2553最小系统2.1.3 lcd1602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。表2 lcd1602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）2.1.4 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(30v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温度寄存器格式图5 温度/数据关系2.1.5 uart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部分、显示部分、报警部分。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t30时蜂鸣器报警，红灯闪亮模拟通风降温。lcd显示警告。当温度t27时蜂鸣器报警，黄灯闪亮模拟加热升温。lcd显示警告。当温度27t=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(t270) p2out&=bit5;/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_#includemsp430g2553.h/* 引脚定义 */#define dq_1 p2out |= bit2#define dq_0 p2out &= bit2#define dq_in p2dir &= bit2#define dq_out p2dir |= bit2#define dq_val (p2in & bit2)/* 命令字符定义 */#define read_rom 0x33 /读rom#define match_rom 0x55 /匹配rom#define skip_rom 0xcc /跳过rom#define search_rom 0xf0 /搜索rom#define alarm_search 0xec /告警搜索#define convert_temperature 0x44 /温度转换#define read_scratchpad 0xbe /读暂存存储器9字节内容#define write_scratchpad 0x4e /写暂存存储器，写的是th and tl ，接着发送两位数据就可以/* 定义变量 */extern unsigned int check_val;/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);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 */#includemsp430g2553.h/* dq 接 p2.4 */#includeds18b20.hvoid ds18b20_port_init(void) p2dir = bit2;/* ds18b20 操作时序： 1.ds18b20 初始化 2.对64位rom进行操作 读rom 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 us 3 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_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); return check_val;/*ds18b20 写数据方法： 1 ds18b20 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 - 60 us 3 dq拉低 1 us ，表示写周期开始，释放总线，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1 2 每读一次1或0为一个周期，每个周期约为 45 - 60 us 3 dq拉低 1 us ，表示读周期开始，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; unsigned int byte = 0; for(i = 0;i = 1; dq_0; _delay_cycles(2); dq_1; _delay_cycles(2); 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_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0.0625 temp=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_#includemsp430g2553.h#define rs_0 p2out &= bit1#define rs_1 p2out |= bit1#define en_0 p2out &= bit0#define en_1 p2out |= bit0/* 函数定义*/extern void lcd1602_port_init(void);extern void lcd1602_write_command(unsigned int com);extern void lcd1602_write_data(unsigned 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 lcd1602_write_varia(unsigned int x,unsigned int y,unsigned int varia,unsigned int n);#endif /* lcd1602_h_ */* * lcd1602.c * * created on: 2015-6-28 * author: administrator */#includemsp430g2553.h#includelcd1602.h/* 数字变量显示定义*/char digital=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;void lcd1602_port_init(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(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) lcd1602_write_command(0x80+0x40+y); void lcd1602_write_string(unsigned int x,unsigned int y,unsigned char *str) _delay_cycles(1000); lcd1602_set_position(x,y