基于MSP430的温度采集报警系统的设计毕业设计Word文档格式.docx

1、对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。导师签名： 日期：注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要

2、、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打

3、印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？2、是否完成指定的论文（设计）

4、任务（包括装订及附件）？三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？3、论文（设计说明书）所体现的整体水平建议成绩：（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量二、论文（设计）水平评阅教师：教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况2、对答辩问题的反应、理解、表达情况3、学生答辩过程中的精神状态评定成绩：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）教学系意见：系主任：摘 要温度控

5、制仪表具有广泛的应用前景，在各种行业中都占有重要的位置，越来越多的领域应用到以单片机为控制核心，用液晶显示作为显示终端的数字化控制设备，通过单片机对被控对象进行智能控制。本设计是从降低开发成本、扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性的设计目的出发，采用MSP430F149单片机为控制核心、以单线数字温度传感器DS18B20来完成温度信号的采集、温度以数宇的方式显示在LCD1602液晶上，最终实现温度的采集、显示。并重点阐述了系统的硬件构成和软件编程的设计过程。其中硬件构成有六部分:电源及复位模块、采集模块、报警模块、键盘输入模块和显示模块。MSP430F149是一种16位内含FLASH型芯片的

6、单片机，具有高速运算、开发设备简便、可现场编程等特点，这给控制系统的设计带来了极大的便利性。各个模块的电路原理图都由protel来完成。关键词:MSP430F149 ；温度控制；DS18B2O；LCD1602AbstractTemperature control the appearance prospect, in various industries will occupy an important position, more and more fields to a monolithic integrated circuits to control the use led as a d

7、isplay terminal equipment by some monolithic integrated circuits to control the object is intelligent control.The design is to reduce costs, expand the development of the scope and the system running stability, reliability, designed by MSP430F149 monolithic integrated circuits to control the tempera

8、ture sensor and figures DS18B20 to complete the temperature of the collection, the temperature in the number of ways in led display LED1602, achieve the temperature of the collection and display and police. The minimum temperature values based on actual requirements, the keyboard for set, for automa

9、tic temperature control and other function, and the hardware and software system of the programming process the design of hardware to constitute a part of six modules, power and resets the collected, keyboard, the module display module and.MSP430F149 is a 16-bit flash chips including the type of ope

10、ration of a monolithic integrated circuits, the development of device easy, but the characteristics and programming for the control system design a great convenience., all modules of a schematic diagram of a circuit are protel to complete.Key words: MSP430F149；temperature control；DS18B20；第1章 绪论本章简要介

11、绍单片机技术在工业上的主要应用，MSP430单片机的概述及特点，以及课题研究的主要内容及论文安排。1.1 MSP430单片机概述MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，主要是其针对实际应用需求，把许多模拟电路，数字电路和微处理器集成在一个芯片上。德州仪器1996年到2000年初，先后推出了31X、32X、33X等几个系列，这些系列具有LCD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有ROM型（C）、OTP型（P）、和 EPROM型（E）等芯片。EPROM 型的

12、价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。这也表明了这几个系列的开发模式，即：用户可以用 EPROM 型开发样机；用OTP型进行小批量生产；而ROM型适应大批量生产的产品。2000年推出了11X/11X1系列。这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和I/O引脚数比较少，但是价格比较低廉。这个时期的MSP430已经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点，但也有不尽如人意之处。它的许多重要特性如：片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的I/O引脚等，只有33x系列才具备。33x系列价格较高，比较适合于较为复杂的应用系统。当用户设计需要更多考虑成本时，33x并不一定是最适合的。而片内高精度A/

13、D转换器又只有32x系列才有。2000年7月推出了F13x/F14x系列，在2001年7月到2002年又相继推出F41x、F43x、F44x。这些全部是 Flash 型单片机。F41x系列单片机有48个I/O口，96段LCD驱动。F43x、F44x系列是在13x、14x的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动LCD的段数由3xx系列的最多120段增加到160段。并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址,为以后的发展拓展了空间。MSP430系列的部分产品具有Flash存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。TI公司推出具有Flash 型存储器及JTAG边界扫描技术的廉价开发工具

14、MSP-FET430X110，将国际上先进的JTAG技术和Flash在线编程技术引入MSP430。这种以Flash 技术与FET开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。2001年TI公司又公布了BOOTSTRAP LOADER技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令可达到32个字节的长度。TI公司在2002年底和2003年期间又陆续推出了F15x和F16x系列的产品。在这一新的系列中，有了两个方面的发展。一是从存储器方面来说，将 RAM 容

15、量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。二是从外围模块来说，增加了I2C、DMA、DAC12 和SVS等模块13。1.2 MSP430的特点11、处理能力强MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址，4种目的操作数寻址），简介的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可以参加多种运算；还有高效的查表处理命令。这些特点保证了可以编制出高效的源程序 。2、运算速度快MSP430系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件

16、乘法器（能实现乘加运算）相配合,能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。3、超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165A左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1A。其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。由系

17、统时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0LPM4）。在实时时钟模式下，可达2.5A，在RAM保持模式下，最低可达0.1A。4、片内资源丰富MSP430系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/

18、12位ADC、16位- ADC、DMA、I/O端口、基本定时器（Basic Timer）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出 A/D 转换器；16 位定时器（Timer_A和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O 端口，P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达2

19、00kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。5、方便高效的开发环境MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的、FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软

20、件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。1.3课题研究的主要内容1.3.1研究内容本设计以实现基于MSP430单片机的温度测量为主要目标，主要内容有：1、MSP430的结构及工作原理；2、温度测量的控制方法；3、控制系统所需的控制电路，设计控制系统；控制电路主要由MSP430F149单片机、DS18B20温度传感器，LCD1602.4、系统原理图、方框图和线路图等。1.3.2论文安排（1） 原理部分：第1章主要介绍了MSP430单片机的特点，结构和工作原理。（2

21、） 硬件电路部分：第3章详细介绍了系统的硬件电路图，MSP430的结构图及外围电路。（3）软件部分：介绍了系统的软件流程图。第2章 系统总体方案设计本章主要介绍系统的原理图以及测量原理，然后介绍本设计的核心部件MSP430F149单片机和单线数字温度传感器DS18B20。2.1控制系统的原理图本设计的控制系统主要包括五部分：采集模块，键盘输入模块，电源及复位模块，报警模块，显示模块，具体结构如图2-1所示。图2-1 控制系统原理图2.2温度测量原理本设计的原理是:温度采集系统主要通过单线数字温度传感器DS18B20采集得到温度数据，MSP430F149作为CPU从温度传感器读取数据，将得到的数

22、据进行判断然后做相应处理，比如显示或报警。温度传感器通过某种关系的换算，就可以得到温度传感器的输出电压，这样单片机通过模拟口采集得到传感器的输出电压1。由于MSP430F149片内集成了A/D转换通道，这样可以直接将单片机的A/D输入通道与传感器的模拟电压输出通道相连接另外系统通过键盘输入来完成对报警温度上下限的设置，通过显示电路将得到的数据显示出来，当温度超过上限和下限的时候，系统进行报警，报警是通过驱动一个蜂鸣器来实现的。下面一部分将具体介绍系统的构成。该系统主要有传感器采集模块、键盘输入模块、电源及复位模块、报警模块及显示模块，分别有P2.6、P1.0-P1.7、RESET、P2.5、P

23、2.2-P2.4和P4.0-P4.7控制。系统框图如图2-1所示。由图2-1可以看出，整个系统具有结构简单等特点。传感器模块与单片机的A/D通道进行连接，这样可以简化模拟采集的设计，从而减小设计的复杂性，增加系统的可靠性。键盘输入模块是通过单片机的Pl口来实现的，由于Pl口中断功能，所以实现起来非常容易，并且也非常适合软件编程。电源及复位模块主要是为整个系统提供可靠的电源，另外考虑到系统工作需要有复位功能，因此也为系统提供复位信号。2.3 MSP430F149单片机本设计采用MSP430F149单片机作为核心部件。2.3.1 MSP430F149的组成 基础时钟模块，包括一个数控振荡器（DCO

24、）、一个高速晶体振荡器（最高8MHz）和一个低速晶体振荡器（32768Hz）。 看门狗定时器Watch Timer，可用作通用定时器。 带有3个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_A3。 带有7个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_B7。 两个具有中断功能的8位并行端口;P1与P2。 四个8位并行端口;P3、P4、P5与P6。 模拟比较器compator_A。 2位200kbps的A/D转换器ADC12，自带采样保持。 两通道串行通信接口可用于异步或同步（USART0、USA1T1）。 一个硬件乘法器。22.3.2 MSP430F149的特点 低电压（电压范围是1.8v-3.6v，

25、超低功耗（2.2v 1MHz 280uA ） 。 超低功耗。在休眠条件下上作电流只有0.8uA;就是在（2.2v、1MHz）条件下电流只有280uA。 使用中断请求将CPU从低功耗模式下唤醒时间：6us 快速的指令执行时间。MSP430F149为16位RISC结构，指令周期为150ns。 片内有12位A/D转换器，片内提供参考电压。A/D转换器具有采样保持和自动扫描特点。 具有灵活的时钟设计。 方便的调试功能。 单片机是FLASH型的，可以实现写入和擦除，再加上次单片机提供JTAG口，能实现能很好的在线调试仿真功能。通过集成的IDE开发环境，使用户很容易调试程序。 片内提供模拟信号比较器、较多

26、的储存器。 串口通信模块，USART0 USART1。 提供Pl.0-P6.0六个数据端口，能为用户提供更多的处理功能。 安全熔丝的程序代码保护。2.3.3 MSP430F149的定时器及转换模块在MSP430F149中有一个16位定时器和一个12位转换模块ADC12。 16位定时器可以用作看门狗定时器，实现在秒数量级上的定时。其中有2个中断向量，便于处理各种定时中断。另外，定时器还具有捕获模式，我们可以通过定时器的捕获功能实现各种测量，比如脉冲宽度测量。12位A/D转换用到2个参考电平，即Vr+和Vr-，作为转换范围的上下限和读数的量程值和0值。转换数值在输入信号大于等于Vr+时为满量程，小于等于Vr-时为0。ADC12有4种工作模式。可以在单通道上实现单次转换或多次转换，也可以在序列通道上实现单次转换或重复转换。对于序列通道转换，采样顺序完全由用户定义。转换的结果保存在16个转换寄存器中，这样ADC12可以进行多次转换而不需要软件干顶，这一点提高了系统性能，也减少了软件开销2。MSP430F149单片机管脚如图2-2所示：图2-2 MSP430F149单片机管脚2.4 单线数字温度传感器DS18B20美国DALLS公司生产的单线数字温度