毕业设计报告-基于单片机的温度控制系统设计制作.doc

毕业设计（论文）题 目： 基于单片机的温度控制 系统设计制作 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二O一五 年 六 月 基于单片机的温度控制系统设计制作摘要： 随着我国的经济日益发展，科技水平逐渐提高，对智能化的要求也渐渐提高，温度控制系统作为人们各个方面都接触到的系统也不例外。进入21世纪后，温度控制系统得到了多方面的研发提升。在处理数据模块上，通过引入单片机技术，温度控制系统在处理信息能力和执行能力得到了很大的提升。在采集数据的模块上，通过信号放大电路，保证了数据的有效传递。在功率接口选择电路上，由于引入了单片机，在功能选择上得到多种选择。在显示系统电路模块中，通过传感器的的数据采集和单片机的运算处理，达到了温度的实时显示。温度控制系统根据软件指令指挥各个工作模块的协调工作，以达到高效工作、智能化调节温度的效果。基于单片机的温度控制系统是符合现在智能化趋势的重要产品之一，它具有实时调控、远距离控制、安全保护等功能，它是集高精度，高准确性，高执行能力，高速运算能力于一体的新型温度控制系统。本论文主要讨论的是基于MSP430F169IPM所设计的温控系统，其中以温控系统的硬件部分，各工作电路模块为主要讨论对象。关键词：温度控制系统 智能化 单片机 MSP430F169IPM 硬件部分 指导老师签名：Design and production of temperature control system based on MCUAbstract:With the development of our economy, the level of science and technology is gradually improving, and the demand for the intelligence is gradually improved,No exception,The temperature control system has become the system which all aspects of people contact. After entering the twenty-first Century, the temperature control system has been developed in many aspects of research and development,In the processing of data module, by the introduction of single-chip technology, temperature control system in the processing of information and execution ability has been greatly improved.On the module of the data acquisition, the signal amplifying circuit can guarantee the effective transmission of data.In the power interface select circuit, because of the addition of single-chip, there are a variety of functional options In the circuit module of the display system, the data acquisition and the operation of single chip computer are processed by the sensor, and the real-time display of the temperature is reached.The temperature control system according to the software instruction command each work module coordination work, in order to achieve the effect of the high efficiency work, the intellectualized adjustment temperature Based on single-chip microcomputer temperature control system is in line with the now intelligent trend is one of the important products, it has the real-time control, remote control and safety protection function, it is high precision, high accuracy, high ability to execute, high-speed computing power in one of the new temperature control system This thesis mainly discusses the temperature control system which is based on MSP430F169IPM, and the hardware of the temperature control system, and the main discussion object of each working circuit module.Key word: Temperature control system Intelligent Single chip microcomputer MSP430F169IPMhardware Signature of Supervisor: 目 录1 绪论1.1 引言11.2 温度控制系统选题的依据及意义11.3 国内外研究概况及发展趋势21.4 论文主要内容22 温度控制系统设计2.1 温度控制系统设计任务22.2 温度控制系统性能要求32.3 温度控制系工作基本原理33 温度控制系统硬件部分3.1 温度控制系统主干电路模块分析43.1.1电源电路43.1.2热电偶信号放大电路63.1.3 LED显示电路93.1.4功率接口电路113.2 其他电路模块介绍133.2.1 MSP430F169IPM133.2.2复位电路153.2.3时钟电路164 温度控制系统软件部分4.1 程序设计语言选择174.1.1 C语言174.1.2 C语言与汇编语言对比174.2 温度控制软件设计（流程图）184.3 数据采集及转换模块194.3.1 K型热电偶所测温差程序194.3.2 K型热电偶所测温度计算公式推导194.3.3内部冷端补偿值计算程序204.3.3内部冷端补偿值计算推导214.3.4温度控制系统显示温度225 温度控制系统实验灯泡温度测控5.1 实验目的225.2 实验方法原理分析225.3 实验设备225.4 实验步骤及操作235.5 实验数据总结235.6 数据处理及误差分析255.6.1红外测温仪数据误差计算255.6.2温度控制系统的误差计算255.6.3误差分析266 设计结论参考文献28致 谢29附录30南昌航空大学2015届学士学位论文基于单片机的温度控制系统设计制作1 绪论1.1 引言温度和我们的平常生活互相影响，温度控制系统在各个领域都起着相当重要的作用。在各行各业中都有着大量的温度设备，如火灾报警系统的温度自动报警系统就是温度传感器配合微电子判断电路驱动报警器。温度控制系统还应用于金属热处理的加热炉，和用于熔化金属的坩锅电阻炉和各类不同用处的恒温箱等。这些设备的工作芯片大多都采用单片机技术，工作人员通过利用单片机语言程序对它们进行远程监控和控制调节。而单片机功能强大，具有高精度控制和操作快捷、结构简单、应对不同情况修改能力强且具有一定的智能性等特点。使用单片机技术可以很轻松达到往温度控制系统精确性能和控制技术标准，更提高了设计产品的实用性能1。1.2 温度控制系统选题的依据及意义随着社会经济的发展，科技的不断进步，温度测量仪器在各个领域的应用越来越广泛，小到普通家庭空调，大到工业发电高压等场所。在上个世纪90年代，温度控制系统一般还是由人工机械操控调节的，并无提出引入智能化的观点，并且对于温度控制没有给与足够的注重，从而引发了很多重大事故的产生，一系列的意外剖析后，科学家们正确认识到温度控制系统的重要性，并带头重视温度控制系统的研发。经由多年的研发，温度控制系统得到了很大的完善。在研发的过程当中，温度测控系统的智能化已成为当代温度控制体系发展的主要目标2。市场的需求决定技术反向，技术方向引导产物的研发，在如此的大前提下，与温度控制系统相干的电子类产物品的研发成为现今的热门。随着单片机技术的日趋成熟，可应用范畴也不断的扩展，把单片机作为运算核心的控制系统，逐渐运用到日常生活的各方面，这不仅克服了温度控制系统中信号采集的严重时延，并且提高了采样频率，在很大程度上提高了控制效果和控制精度，实现一种可持续操作、功能强大、适用于远距离操控、适用性强、成本造价低而且还具有高灵敏度、高精度调温功能的温度控制系统，以是单片机的引入对温度控制系统的研发有质一般的飞跃。温度控制工业生产运用也起着至关重要的作用和意义。精准地测量和反馈实时温度是高质量的工业生产和安全生产的保证，所以对温度控制系统的研发是非常必要且有意义的。做好实时温度状态的检查和测试，可以为后续针对实时温度状态的调节提供主要参数，以便于整理数据，指挥系统的工作，进而更好地为工业生产一线流水作业提供优质的监控。1.3 国内外研究概况及发展趋势进入21世纪后，温度控制系统已慢慢走向复合型和智能化，温度T作为此中的主要参数，其测量的准确性对提高系统工作精准度尤为关键，研发和设计机能强大的温度控制系统具有非常重要的意义，而其中最为关键的元器件就是温度传感器，它的机能会直接左右到收集温度数据的精准性3。现在，国内外的温度控制方式愈来愈趋向于复合型和智能化，温度T作为其中的关键参数，对其测量的准确性对提高系统工作精准度尤为关键，温度测量首先是由温度传感器采集数据来实现的。温度采集系统是由热电偶传感器和信号放大处理两部分电路组成的，温度采集的过程便是应用热电偶传感器将被测对象的温度值T转换成电信号或以其他信号形式传递给信号放大处理电路进行信号放大处理，再输入到单片机运算系统中，将采集数据转换成温度值显示出来。在实际应用中，热电偶传感器并非理想的电器元件，因为热电偶传感器是一种会随着温度改变而引起物理参数产生变化的电器元件。其中，会发生改变的物理参数有:体积的膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性能、频率、光学特性以及热噪声等等，这些因数也会对温控系统带来一定的误差。随着科学技术的发展日新月异，智能温度传感器也迅速地发展，以高精度、高可靠性及高安全性等高性能为目标不断地进行研发改良。在研发的过程当中发现不少问题，此中提高温度传感器测温精度和分辨力，提高总线技术的标准化与规范化，加强单片机的可靠性及安全性设计，模拟温度传感器和网络温度控制器的设计成为当前要解决的重要问题4。1.4 论文主要内容本设计主要讨论的内容是在温度控制系统的硬件部分，对热电偶功率放大电路、LED显示电路及功率接口电路的工作原理及设计理念进行了详细的介绍说明。2 温度控制系统设计2.1 温度控制系统设计任务本论文主要介绍了基于MSP430为核心处理器的温度控制系统设计任务、技术指标，并简要说明了温度控制系统设计性能要求和MSP430等芯片的原理及机能，并列出了硬件和软件部分的设计原理框图。2.2 温度控制系统性能要求本温度控制系统按照下列的性能指标要求设计：1） 本系统数据采集电路能完成对被测物体温度信号的采样，并将温度值T转换成电信号；2） 本系统可以经由LED显示系统的工作，来反映出实时的温度值；3） 通过对采集的电信号进行处理分析，控制功率输出来达到温度控制效果；4） 本温度控制系统的温度可允许误差为3%。2.3 温度控制系工作基本原理温度控制系统要实现对实时温度的调节功能，本设计系统的工作原理一下： 检测温度信号 计算分析 可执行元件 输出结果 输出控制信号图2.1 温度工作系统原理下面对各部分的工作模块进行简要的解释说明。1) 温度检测部分：温度控制系统通过热电偶传感器定时进行采集数据，所采集的数据因为信号源未达到单片机可识别信号的范畴，所以要经过信号放大电路后再传入到单片机中。2) 计算分析：单片机会按照所设定的程序，对信号进行处理，与所设定的温度行比较分析，然后根据对比分析得出结果。3) 输出控制信号：根据对比结果，可以分为三种情况，一，温度不足，开启加热功能，给加热管功率接口电路提供电信号。二，温度达到设定值，开启恒温功能，给恒温功率借口提供电信号。三，温度过高，开启降温功能，给制冷功率转换接口电路提供电信号。4) 可执行元件：通过输出控制，对需要工作的电器元件给与的控制信号，在通过功率放大，为要执行工作的元件提供足够的能量。概括来讲，温度控制系统就是通过热电偶传感器探头检测被测物的温度变化后，将模拟量的变化进行信号放大处理后传送给单片机控制器处理，控制器在给定的温度值做出反应，输出控制信号来控制温度执行元件的工作和停止5。温度控制系统工作流程框图：传感器温度检测电路 A/D转换电路 单片机处理电路 显示和控制温度电路图2.2 温度控制系统工作流程3 温度控制系统硬件部分根据设计要求和性能指标，有针对性地选择了主要的工作元件及确定了元件的相干参数。1) CPU：中央处理器，是一块超大规模的集成电路，是本系统的运算核心和控制中心。它的功能主要是诠释C语言指令以及处理信号采集电路所输入的数据。由于系统的要求，本系统选取了16位CPUMSP430系列中的MSP430F169IPM的单片机，能保持高速有效地工作6。2) 复位电路：管理CPU复位，负责系统的重置，同时对CPU的工作状态进行检测，避免出现系统奔溃而导致的死机现象，提高抗干扰能力。3) 显示电路：通过单片机的数据处理，使LED数码显示当前的温度。4) 加热管功率接口：通过单片机信号处理驱使加热管功率接口电路工作，从而达到温度调节的效果。3.1 温度控制系统主干电路模块分析3.1.1电源电路单片机中的电源电路是指为单片机上给各个电路模块提供电力的电源电路，对于一个完整的电路设计来讲，要解决的首要问题就是给整个系统配套合适的的电源供电模块。电源供电模块的稳定性是整个系统平稳工作的前提条件和基本保障。MSP430单片机虽然功能强大、应用范围广泛，但是在实际使用过程当中，往往受到电源不稳定的干扰而出现程序丢失崩溃的现象，为了克服这类现象出现，只有为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块才能解决。图3.1 +5V降压+3.3V电路ASM1117：高效线性稳压器，后置稳压器。CUP1-1CUP1-4：多个电容来滤除各个频率段的干扰。以达到为芯片提供纯净3.3V的目的。此电路使交换式电源从+5V降至+3.3V线性稳压器。为单片机提供电源所使用图3.2 9V转+12V、-12V稳压电路MC7812CT、MC7912CT：是配对的三脚稳压集成电路元器件，应用于各类电源供电模块的稳压电路，具备成本低且适用范围广、输出稳定性好、耐用性能好、当输出过载、过热时能自动保护等特点。通常作为转换电路中的正、负电压输出端。此电路是使得9V电压通过MC7812和MC7912实现电压的转换，将9V转变成+12V和-12V电压。3.1.2热电偶信号放大电路在温度测量系统中，热传感器起着至关重要的作用，它负责数据的采集，本设计采用的是K型热电偶传感器来采集数据。下面来讨论一下热电偶的工作原理。热电偶是温度传感器的敏感元件，它的通过热电效应来检测温度值的，通过将两个半导体电极焊接在一起，使它们两半导体形成闭合回路。当两个接点中存在温度差，根据热点效应，就会在两端产生热电势能又连接的一端流向另一端，其中两个导体称为热电极。图3.3为热电偶的结构图。图3.3 热电偶结构图根据热电偶的原理知道，热电偶所采集的数据是测量端与参考端之间的温度差所导致的热电势，本设计是以室温来担任参考端温度。所以输入数据需要进行冷端补偿，通过冷端补偿就可得到被测物体的实时温度值7。本设计通过单片机功能实现冷端补偿。在温度测量系统中信号放大电路是用来对传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号进行放大处理的电路，因为本设计使用在热电偶采集信号处理中，以是称为热电偶信号放大电路。对热电偶信号放大电路基本要求是：1) 输入阻抗应与传感器输出阻抗相对应匹配；2) 一定的放大倍数和稳定的增益效果；3) 低噪声；4) 线性好、精度高；5) 成本低。图3.4 热电偶信号放大系统因为热电偶采集输入电信号很微弱，后期电路处理不了只能在经过线性放大以后，信号的幅度增大了，后级电路才能够对其进行下一步的操作。热电偶采集数据通过CN2输入到放电电路中，经过处理放大得到所数字信号再经过OP07的6脚（FIRST）送到单片机的I/O口进行处理8。此中，OP07芯片是一种低干扰，低噪声，且具备优秀的放大功效的双极性运算放大器集成电路，其特点是：1) 具备非常低的输入失调电压，所以在很多应用场合中不需要外添加额外的调零措施。2) 具有输入偏置电流低和开环增益高的特性，这类特性使得OP07在高放大倍数的测量设备以及放大传感器中对微弱信号处理等方面具有非常优秀的功效。图3.5 OP07管脚图在热电偶信号放大电路中，微弱信号经过放大处理后得到输出电压U，输出电压U是整个放大电路的核心，以下对输出电压U进行理论阐明及公式的推导.R11是起防干扰功能，C6的是滤波电容，在电路中起滤波作用，在电路分析中均可以忽略，信号放大电路放大功能主要是根据图中热电偶CN2所采集的电信号来计算，假设CN2的1端输入电压为U1，2端的输入电压为U2，输出电压为U：依据简化电路图及根据虚短、虚断分析可得： （3.1） （3.2） （3.3） （3.4）式中： I1 U1经过R13流向R14的电流I2 U2经过R12向U方向流去的电流U+、U- OP07芯片的正向输入端和反向输入端的电压根据电路可知： （3.5） （3.6）由上式整合可得： （3.7）代入电阻公式（3.7）可得： （3.8）由上式可知本设计放大电路的放大倍数与设定的电阻值有关，根据设计要求本热电偶放大电路将传感器所获的电信号做差动放大到100倍。本设计的传感器是K型热电偶，在常温下其电阻值为10.8欧姆，对于R11来比较，存在0.27%误差，在可允许误差范围内。在系统设计时，考虑到实际工作要求，只采用了一个热电偶传感器采集数据，并未对其进行外部冷端补偿，所以所得的信号是被测物体与室温的温差。本温控系统将在软件编写时引进热电偶的冷端补偿，也就是在所测的数据中加上室温，再输送给显示系统，已达到显示被测物体的实时温度9。3.1.3LED显示电路由于测量温度范围在0100摄氏度，所以本设计采用4位LED数码管显示。本设计采取单片机与 LED 数码管动态显示接口电路作为显示系统。动态显示方式是把全部数码管的8段按同名端的方式连在一起，ah分别对应连在单片机的2539号脚，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，COM14分别对应连在单片机的2023号脚上10。图3.6 LED显示电路模块LED数码管显示的同时会把信号传递给每个数码管，此时每个瞬时由位选通信号选通一个数码管，即在某一瞬时只有一个数码管显示数据，且显示时间不会太长，一般为110毫秒，单片机依次实施循环扫描，在LED数码管上轮流显示，由于人的视觉存在滞留效应，在110毫秒之间，仅依靠人类的视觉去辨识，人们是无法辨别出来LED数码管单独显示，这使人们看到的是LED数码管多位数同时稳定显示。LED数码管动态显示对比于静态显示来讲，占用I/O端线少，电路较简单，不需要再外接芯片对信号进行处理，但动态显示的编程较为复杂，需要CPU要定时实施扫描操作来刷新LED数码管的显示，通常适用于显示位数较多的情况11。由于显示电路采用动态显示方式，所以在CPU功能设定上，要求电路每隔极短的时间进行扫描，对COM的选择进行刷新显示，所以导致数码管的位码信号在不停的通断变化，为了保证选择的正确性及显示效果，会在位选通端接一个PNP三极管，并给PNP三极管的发射极e端恒通入+3.3V电压，在这里当作驱动来使用，本设计使用了PNP 9012，Q21Q24，来充当驱动。为了确保LED数码管和单片机的正常使用，在数码管的8段显示与单片机之间连接了大电阻R51R58，此处的电阻起了限流保护作用，避免了电流过大而致使的单片机及数码管的烧坏。3.1.4功率接口电路本设计中一共使用了三个功率接口，为系统提供加热、制冷、恒温3大功能。图3.7 功率接口电路图3.7是本设计的功率接口电路，为了保证电路可以平稳工作，此处利用MOC3083光电耦合器和BTA16双向可控硅的功能来充当固态继电器来控制输出。所谓的固态继电器是一种无触点通断型电子开关，是一种使用四脚连接源器件，通过其中两个引脚为控制输入端，一般是以发光二极管那端为控制端，另外两个引脚为输出受控端，通常是用光敏管来作为受控端。为避免外界的不必要因数及输入电压过高而导致的烧坏现象，使用固态继电器实现输入与输出之间的电气隔离，器件采用高耐压的专用光耦合器。本设计选用了MOC3083光电耦合器来实现固态继电器的电器隔离功能，MOC3083是把发光器件和光敏器件封装在一块芯片上面，通过电流的输入，发光二极管发射出光线，令光耦合实现了电光转换，在通过光敏管，把光信号装变成电信号继续传递，此过程实现了光耦合的光电的转换。所以MOC3083实现了信号从电信号到光信号再到电信号的转换光电耦合器。光电耦合器在传输信号的同时能有效地压制尖脉冲和外界不相干干扰，使通道上的噪声信号大为减低，主要有以下几方面的缘由：1) 光电耦合器的输入阻抗很小，而噪声源的阻抗往往较大。根据电压分压原理剖析可得，即使噪声电压的幅度偏大，但由于电压分压原理，到达光电耦合器输入端的电压会非常少，致使反馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压也会很少，只能构成非常微弱的电流信号，此电流信号没有足够大而致使二极体不能正常发光工作，从而被系统自动过滤掉，此处起到了噪声过滤的效果。2) 光电耦合器的输入回路与输出回路之间存在电容，使两边产生了电气隔离，切两边均没有接地，两者之间的分布电容非常小，并且绝缘电阻又足够大，因此在输入端跟输出回路之间的各类干扰噪声都很难以经由光电耦合器传达到另一边去，所以避免了共阻抗耦合的干扰噪声的产生，以确保了有效信号的传递。3) 光电耦合器可起到优秀的安全保护功能，即使当外部设备出现意外故障，而致使输入信号线路短接时，因为光耦合器件的输入和输出之间存在电容而产生的电气隔离，此电气隔离的缘故，电路可以承受几千伏的高压，从而产生了保护作用，所以仪表设备得以完整保护。4) 光电耦合器的回响速度极快，其回响延迟时间仅有几微秒左右，适用于对回响速度要求很严格的范畴。当输出信号经过MOC3083处理后，得到纯净的有效信号，通入BTA16双向可控作为电子开关来控制CN15的工作。其中BTA16的工作原理如下：BTA16双向可控硅阳极A1与阳极A2之间，不管输入电压是正是负，只要控制极G与第一阳极A1之间存在正负极性差异的触发电压时，便可触发导通呈低阻状态。此时A1、A2间压降也约为1伏。双向可控硅一旦呈低阻状态导通后，即使失去触发电压，也会继续维持导通低阻状态。唯独当通入阳极A1和阳极A2的电流减小，小于保持工作电流或A1、A2间当电压极性改变而且没有触发电压时，双向可控硅才恢复到截断呈高阻状态，此时只要重新加载存在征服极性差异的触发电压才能够再一次导通12。 图3.8 MOC3083原理图（左图）BTA16结构图（右图）当输入信号从单片机出来，通过Q3-NPN后，主电路呈导通状态，电流通过MOC3083的控制端引脚（发光二极管），从1脚流向2脚时，受控端6脚、4脚产生导通电流（光敏管），分别流向BTA16的第一阳极脚和控制极G，使得双向可控硅导通呈低阻状态，实现类似电磁继电器的开关功能，来控制CN15工作。3.2 其他电路模块介绍3.2.1 MSP430F169IPM MSP430系列单片机称之为混合信号处理器，是由于为了满足单芯片能适应各种需要，将多个不同功能的电路模块、I/O模块、A/D模块和微处理器集成在一个芯片上，以供应多功能的“单片机”来解决方案。该系列单片机多应用在需要电池供给电压的便携式仪器仪表中。其中MSP430F169IPM是本设计所选用的CPU。在MSP430F169IPM芯片中，许多引脚都具有复合功能，下面对本设计所用到的主要引脚功能进行说明13。图3.9 MSP430F169IPM引脚图表3.10 MSP430F169IPM部分引脚功能引脚名称引脚编号I/O描述DVCC1数字正电源端，提供所有部件电源。VREF+7参考电压正端点位。XIN8I基本振荡器XT1输入端。此处连接了晶体振荡器下文会介绍。XOUT9I/O晶体振荡器XT1输出端。VREF/VeREF11参考电压负端点位，内部参考电压。P1.3/TA215I/O仅充当通用数字I/O口使用。P1.2/TA114I/O仅充当通用数字I/O口使用。P1.1/TA013I/O仅充当通用数字I/O口使用。P1.0/TACLK12I/O通用数字I/O；定时器A时钟输入。P2.0/ACLK20I/O通用数字I/O；辅助时钟ACLK输出。这里作为LED位选择使用充当I/O口P2.3/CA0/TA123I/O通用数字I/O；比较器A输入端；比较方式：OUT1输入。这里作为LED位选择使用充当I/O口P2.2/CAOUT/TA022I/O通用数字I/O；比较器A输出端；捕获方式：CCIOA输入。这里作为LED位选择使用充当I/O口P2.1/TAINCLK21I/O通用数字I/O。这里作为LED位选择使用充当I/O口P3.7/URXD135I/O通用数字I/O。这里作为LED数码管7段现实中的h端P3.6/UTXD134I/O通用数字I/O。这里作为LED数码管7段现实中的g端P3.5/URXD033I/O通用数字I/O。这里作为LED数码管7段现实中的f端P3.4/UTXD032I/O通用数字I/O。这里作为LED数码管7段现实中的e端P3.3/UCLK0/SCL31I/O通用数字I/O。这里作为LED数码管7段现实中的d端P3.2/SOMI030I/O通用数字I/O。这里作为LED数码管7段现实中的c端P3.1/SIMO0/SDA29I/O通用数字I/O。这里作为LED数码管7段现实中的b端P3.0/STE028I/O通用数字I/O。这里作为LED数码管7段现实中的a端P4.1/TB137I/O通用数字I/O。这里作为加热管功率借口电路控制输出P4.2/TB238I/O通用数字I/O。这里作为加热管功率借口电路输出P4.0/TB036O通用数字I/O。这里作为加热管功率借口电路输出XT2OUT52I/O晶振XT2输出。XT2IN53I/O晶振XT2输入。RES/NMI58I复位输入或非屏蔽中断输入端。下文的复位电路中会介绍。P6.0/A059I/O通用数字I/O。通过热电偶放大电路输入到单片机进行处理的输入端。以上是本设计中所使用的端口，其他端口的功能未在设计中体现，不再一一介绍，其他引脚的功能可参考附录。3.2.2复位电路复位电路，就是利用它把电路复位到最开始的状态。就跟计算器的清零按钮的功能一样，使计算器回到最开始的状态，重新开始工作。和计算器清零功能有所不同的是，复位电路驱动方式有所不同。一是在给电路通入有效电信号后立即实施复位操作；二是在单片机处于系统错误或由于操作有误导致程序奔溃无法工作时可以由手动操作，实施复位操作；三是根据设定的程序或者电路运行的需要自行复位操作。本设计的复位电路相对简单，只设计了手动复位电路，在元器件方面选择了电阻、电容以及复位按钮组合就可以办到了。图3.11 复位电路复位电路工作原理如图3.11图所示，当key2断开时，由于C2-5左端接地，右端接电源，所以C2-5充电，当key2闭合的瞬间，由于电容充电，电容右边电势高，会通过key2接地放电，此时RESET2电势归零，使得单片机系统执行复位操作；当key2断开，C2-5会充电reset2口也有电压，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下key2，C2-5放电，使得电势归零，使得单片机复位14。3.2.3时钟电路时钟电路就是单片机中产生像时钟般的精准的振荡电路。对于单片机来讲，时钟信号尤为关键，单片机的任何指令工作都需要按时间次序来履行。本设计通过参考资料选用的时钟电路是采用了晶振经由振荡电路起振构成与晶振频率响应的时钟信号，MSP430单片机在时钟信号的作用下，能够平稳地运行程序指令，完成指令要求的任务。图3.12 时钟电路4 温度控制系统软件部分4.1 程序设计语言选择4.1.1 C语言C语言作为一门普遍通用的计算机编程语言，已经普及运用到各个领域范畴当中。C语言的设计方针是为使用者提供一种能以简捷的方式编译、高效地处理低级存储器、尽量少产生机器码和不需要任何运行环境支持的前提下都可以独立运行的编程语言15。虽然C语言提供了许多基本功能，但它依然保持着优秀的跨平台的特性，以统一标准格式撰写的C语言程序可以在各类的电脑平台上进行编译运行，甚至包含一些嵌入式处理器以及超级电脑等作业平台也同样适用。4.1.2 C语言与汇编语言对比相对于C语言，汇编语言是用语言直接调控硬件，由硬件间相互传递而达到某种控制效果。而C语言是一种相对高级的程序设计语言，编写者可以不用去思量硬件而直接去命令计算机工作达到想要的控制效果。两者相对比，汇编语言对描述过程更为重视，C语言的高级语言更注重描述结果。汇编语言作为一个符号化的机器语言，其代码履行效率高，运行速度快，对DSP内核控制管理便利，可以充分发挥DSP的硬件机能，非常适合于编写即时性要求严格的控制编程。但其开发编写的工作量大，程序的可读性差，对比之下，C语言具备可读性强、编程简略和调试方便等特色。C语言是当今十分流行的一种编程设计语言，除了具备高级语言应用灵活通用、数据处理能力强、程序结构清晰易懂等优点。若程序设计需要，C语言还可实现汇编语言的大部分功能，如可直接对硬件进行操作控制。因此若工程上对硬件处理速度要求不高的情况下，基本选用用C语言来代替汇编语言，编写接口电路的控制软件。即使C语言功能强大，但C也不可能完全代替汇编语言，如在一些对速度要求十分高的实时控制系统中，以及对硬件的特殊控制方面，C语言的表现能力相对逊色，还是需要选用汇编语言来编写程序。由于汇编语言目标代码简练清晰，对硬件直接控制能力更强和执行速度更快16。由于本设计对硬件处理速度上要求不高，根据两者之间的优势，在温控系统程序设计语言上的选择，本设计选用了C语言来编写软件程序。4.2 温度控制软件设计（流程图）开始系统初始采集温度值是温度达到预设温度？否加热显示温度结束图4.1 温度控制系统软件工作流程图4.3 数据采集及转换模块4.3.1 K型热电偶所测温差程序unsigned Cal_TemperK() unsigned long int TemperK; / 保存测温值的变量 P6SEL=BIT0; / 使能外部IO口的AD功能 ADC12CTRL0=ADC12ON+SHT0_2;/ 模块允许，设定采样定时器时间 ADC12CTRL1=SHP; / 使用内部采样定时器 ADC12CTRL0|=ENC; / 模块允许 ADCMEMCTRL0=INCH_0; / 使用通道0寄存器 ADC12CTRL0|=ADC12SC; / 开始转换 while(ADC12IFG&ADC12IFG0)=ADC12IFG0)；/ 软件查询，等待转换结束 TemperK=ADC12MEM0;/ 读取转换值 TemperK=TemperK*3300; TemperK=TemperK/16790; / 计算测量得到的温度 return TemperK;4.3.2 K型热电偶所测温度计算公式推导根据K型热电偶的参考数据可得，K型热电偶的温度系数为：41V/经过热电偶放大电路放大处理后，K型热电偶的温度系数被放大了100倍，得到4100V/=4.1mV/则实际温度TemperK为： （4.1）式中：Vx实际的数字转换的数字输入量，ADC转换得到12位二进制的数值。409612位二进制的最大值。3300mV是AD转换的参考电压4.3.3内部冷端补偿值计算程序unsigned long int Cal_Temper_Indoor() unsigned long int temp; unsigned long int TemperC; / 存储室温值 ADC12CTL0 = SHT0_8 + REFON + ADC12ON; / 设置采样时间，模块工作允许，内部参考电压 ADC12CTL1 = SHP; / ADC采样使用内部定时器 ADC12MCTL0 = SREF_1 + INCH_10; / 参考电压1.5v，通道10，专用的测温通道 ADC12CTL0 |= ENC; / 允许转换 ADC12CTL0 |= ADC12SC; / 开始转换 /oC = (x/4096)*1500mV)-986mV)*1/3.55mV = x*423/4096 - 278 /IntDegC = (ADC12MEM0 - 2692)* 423/4096while(ADC12IFG&ADC12IFG10)=ADC12IFG12); / 软件查询，等待转换结束， temp=ADC12MEM0; / 取出转换的结果 TemperC = (temp - 2692) * 423; TemperC = TemperC / 4096; / 计算得到温度值 return TemperC;/4.3.3内部冷端补偿值计算推导根据MSP430x1xx Family Users Guide的17.2.8 Using the Integrated Temperature Sensor中描述17， 图4.2 典型的温度传感器的传递函数有图4.2可得，对其进行单位转换： (4.2)相关的数字推导： (4.3)根据结合（4.3）和（4.2）得到： （4.4）式中：TEMPc内部温度冷端补偿的温度值1500mV是AD转换的参考电压4.3.4温度控制系统显示温度根据式子（4.1）和（4.3）可得：实际温度值（显示温度）：Temper Actual = TemperK + TEMPc （4.5）式中：TemperK K型热电偶所测温度TEMPc 内部温度计算（冷度补偿值）5 温度控制系统实验灯泡温度测控5.1 实验目的验证温度测量的硬件电路实现方法，掌握测量的信号放大处理、单片机系统处理、现实系统处理和功率接口的工作原理。测试出经过温度控制后的灯泡在常温中加热的曲线，计算出温度控制的误差范围，对温度控制系统稳定性作出误差分析。5.2 实验方法原理分析用K型热电偶作为传感器，温度系统的加热管功率输出口连接到灯泡上，在PC系统上设定好目标温度值，使温控系统在电灯泡的温度改变下进行加热功率控制，当温度未达到目标温度值时，单片机的输出控制信号依然是为加热功率接口提供电源；当温度达到温度值后，单片机的输出控制信号会使加热功率接口断开电源，从而达到温度控制的效果。此实验仅使用加热功率借口电路功能，来验证温度控制系统设计的正确性18。5.3 实验设备1) 被控设备：200w的电灯泡2) 测温仪器：红外测温仪3) 操作仪器：PC系统4) 控制系统：温度控制5.4 实验步骤及操作1) 接线：按照温度控制系统硬件部分要求接线，将信号采集端CN2连接到热电偶传感器，将传感器紧贴在灯泡的表面上，再将输出端CN15用电线连接至电灯泡，检查没有连接错误后，给单片机上电，完成电路接线工作。2) 温控系统准备工作：完成接线工作后，在PC操作系统上通过键盘输入设定好目标温度后，完成温控系统准备工作。 3) 数据测量：在PC操作系统上点击开始工作，每隔5分钟记录温度控制系统显示电路的数值，并且用红外测温仪对灯泡进行温度测量，共需要测量12个数据。4) 数据归纳：将系统所得温度值与红外测温仪的数据进行归纳处理后，进行数据对比和误差分析等后续工作。图5.1 温度控制系统5.5 实验数据总结由温度控制系统所记录数据如下：表5.2 温度控制系统记录数据时间/分钟051015202530温度/摄氏度28.166.481.380.580.579.479.8时间/分钟35404550556