畢業(yè)設(shè)計：基于MSP430的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、摘 要本次設(shè)計內(nèi)容為基于MSP430單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)。溫度和濕度是藥房、糧倉、溫室大棚等場所的重要的環(huán)境因子，本文提出了一種基于 MSP430F149單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)設(shè)計方案具有測量準確、調(diào)試方便、可實時記錄信息等特點，并可廣泛應(yīng)用于條件惡劣、人員不便進入的場合。本次設(shè)計以MSP430F149單片機為基礎(chǔ)，在分析其工作原理及相應(yīng)管腳作用的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國現(xiàn)有氣候的特點，進行溫度、濕度參數(shù)的檢測系統(tǒng)設(shè)計，完成了溫濕度檢測系統(tǒng)的方案，包括溫度檢測系統(tǒng)、濕度檢測系統(tǒng)，使檢測所得的數(shù)據(jù)量達到生產(chǎn)等環(huán)節(jié)過程中的精確要求。溫濕度檢測系統(tǒng)的控制方案共有5個主要部分；其中包括溫度檢測系

2、統(tǒng)、濕度檢測系統(tǒng)、顯示電路、電源電路。本次設(shè)計對溫濕度檢測系統(tǒng)組態(tài)采用美國德州儀器開發(fā)的MSP430單片機，并在設(shè)計內(nèi)容里詳細介紹了MSP430單片機的相應(yīng)優(yōu)勢及工作原理。此次設(shè)計共分5章內(nèi)容，主要包括溫濕度檢測系統(tǒng)簡介、基本硬件介紹、硬件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計等內(nèi)容，全方位解析溫濕度檢測系統(tǒng)及其相應(yīng)顯示的方案，根據(jù)精度對生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的要求進行各種精度的確定，包括傳感器及運算電路，以實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)且安全可靠。關(guān)鍵詞：MSP430F149單片機；溫度檢測；濕度檢測AbstractThe content of this design is the humidity and temperature mo

3、nitoring system based on MSP430 Single-Chip Microcomputer. Temperature and humidity are two important environmental factors in some places like pharmacies, granaries and greenhouses. The design for the humidity and temperature monitoring system based on the MSP430F149 Single-Chip Microcomputer is pr

4、esented in this thesis. The design of the system is characterized by accuracy in mensuration, convenience in debugging and real time information-recording and also widely used in the places which are too harsh for people to enter. The design grounded on the MSP430F149 Single-Chip Microcomputer, cons

5、idering exsiting climate characteristics in our country, is planned in detecting system about parameters of humidity and temperature on the premise that has analyzing the working principle and pin function. The design has completed the schemes of humidity and temperature monitoring system, including

6、 temperature detecting system and humidity detecting system, to make sure the data size of the detection can meet the precise request in production and other links. There are five major parts in the scheme of humidity and temperature monitoring system, comprising temperature detecting system, humidi

7、ty detecting system,display circuit and power circuit. The design adopts the MSP430 Single-Chip Microcomputer configuration by Texas U.S in the configuration of humidity and temperature monitoring system and the advantages and the working principle of MSP430 are introduced in the design in detail.Th

8、e design consists of five chapters, including introduction of temperature and humidity detection system, the basic hardware,the hardware circuit design, software programming, which analyzes the humidity and temperature monitoring system and shown schemes related. It also determines the accuracy cons

9、idering the importance of exactness in production, including the sensor and arithmetic circuit, to achieve optimization and reliableness of the system.Keywords: MSP430F149; temperature detection; humidity detection目 錄第1章 引言11.1課題的目的和意義11.2國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.2.2國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2第2章 溫濕度檢測系統(tǒng)簡介32.1 溫

10、度測量部分32.2 濕度測量部分32.3 顯示部分32.4 電源部分3第3章 基本硬件介紹43.1 MSP430單片機43.1.1處理能力強43.1.2運算速度快43.1.3超低功耗43.1.4方便高效的開發(fā)環(huán)境53.1.5 MSP430F149系列53.1.6 MSP430F149各管腳53.2 DS18B20溫度傳感器83.2.1 4個主要的數(shù)據(jù)部件93.2.2 技術(shù)性能描述113.2.3應(yīng)用范圍123.2.4 DS18B20工作原理123.2.5 DS18B20引腳定義133.3 HM1500濕度傳感器133.3.1 HM1500內(nèi)部結(jié)構(gòu)133.3.2 額定參數(shù)133.3.3 特性133

11、.3.4 環(huán)境適應(yīng)性143.3.5 HM1500濕度測量143.3.6 HM1500模擬線性電壓輸出14第4章 硬件電路的設(shè)計164.1 基礎(chǔ)電路設(shè)計電路設(shè)計164.2 重要模塊電路的設(shè)計164.2.1 溫度檢測電路的設(shè)計164.2.2 濕度測量電路的設(shè)計184.2.3 電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計194.2.4 顯示電路的設(shè)計20第5章 軟件程序設(shè)計235.1 軟件開發(fā)環(huán)境IAR FOR MSP430235.2 程序設(shè)計整體方案235.3 溫度測量程序255.3.1 DS18B20溫度傳感器的驅(qū)動255.3.2 溫度的測量與顯示程序255.4 濕度測量程序25第6章 結(jié)論27參 考 文 獻28致 謝2

12、9附 錄30附 圖46第1章 引言1.1課題的目的和意義這次畢業(yè)設(shè)計選題的目的主要是讓生活在信息時代的我們，將所學(xué)知識應(yīng)用于生產(chǎn)生活當中，掌握溫、濕度測量系統(tǒng)設(shè)計的流程，方案的論證，選擇，實施與完善。通過對溫、濕度測量系統(tǒng)的設(shè)計、制作、了解信息采集測試、控制的全過程，提高在電子工程設(shè)計和實際操作方面的綜合能力，初步培養(yǎng)在完成項目過程中所應(yīng)具備的基本素質(zhì)和要求。培養(yǎng)研發(fā)能力，通過對電子電路的設(shè)計，初步掌握在給定條件和要求的情況下，如何巧妙合理地去設(shè)計系統(tǒng)中的各部分電路，并將它們有序的連接起來。提高查閱資料、語言表達能力和理論聯(lián)系實際的技能。溫、濕度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，當今社會溫、濕度

13、的測量與測量系統(tǒng)在生產(chǎn)與生活的各個領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色，大到工業(yè)冶金、環(huán)境檢測、紡織廠、冷凍庫、糧倉、醫(yī)療衛(wèi)生等方面，小到浴霸、家庭冰箱、空調(diào)、電飯煲等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。例如冶金、機械、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，對工件的處理溫、濕度都要求嚴格控制，而單片機溫、濕度測量系統(tǒng)使溫、濕度測量指標得到了大幅度提高。其使用量日益增多，其地位和作用也倍顯重要。溫、濕度測量系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用使得這方面的研究意義頗為必要。溫、濕度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，測量原理使用維護等方面的基礎(chǔ)內(nèi)容已成為電子工程技術(shù)人員急需了解掌握的必要知識。MSP430系列單片機是美國德州儀器

14、公司推出的16位超低功耗、高性能產(chǎn)品，它具有處理能力強、運行速度快、資源豐富、開發(fā)方便等優(yōu)點，有很高的性價比，在世界各國已得到廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)，也已經(jīng)進人飛速發(fā)展階段，MSP430系列超低功耗16位單片機，越來越受到電子工程師親睞，并得到廣泛應(yīng)用。MSP430微控制器Single-Chip Microcomputer(Micro controller Unit）是TI公司推出的一款具有豐富片上外圍的超低功耗16位FLASH型混合信號處理器，本系統(tǒng)使用的MSP430F149有一個串口通信接口，一個帶有大量捕獲P比較寄存器的16位定時器看門狗，一個模擬電壓比較器。工業(yè)儀器大多數(shù)工作在野外的環(huán)境中

15、，供電方式比較麻煩，所以使儀器的功耗盡可能低是非常必要的。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫濕度測量器相比，選擇了MSP430微控制器，它充分運用各種低功耗設(shè)計手段，使芯片的電流極小，在超低功耗時可達0.1mA。整個系統(tǒng)在平時處于低功耗狀態(tài)，每隔5min自動從低功耗下喚醒，進行溫、濕度和濕度測量，并通過溫、濕度和濕度的對應(yīng)關(guān)系，來確定是否啟動加熱器和加濕器。其中，溫、濕度測量使用單線數(shù)字溫、濕度傳感器DS18B20，其體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)簡單、精度高，濕度測量使用濕敏電阻CHR一01，其成本低廉。所以整個系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫濕度測量器相比，具有功耗低、性價比高、電路簡單、易于實現(xiàn)等特點。1.2國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.

16、2.1國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國現(xiàn)代溫室技術(shù)起步較晚，70年代以來，政府大力發(fā)展以塑料大棚、節(jié)能日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)，促進了農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展和緩和了蔬菜季節(jié)性短缺矛盾。與此同時，從1979年至1994年，從歐美、日本等國家引進了一系列現(xiàn)代化溫室進行實驗研究。引進的溫室與我國傳統(tǒng)溫室比較，其空間大，便于進行機械作業(yè)，生產(chǎn)率與資源利用率比較高，為我國溫室的發(fā)展提供了借鑒作用。但這些溫室也存在著許多不足之處，主要表現(xiàn)在：價格昂貴，國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前難以接受。缺乏與我國氣候特點相適應(yīng)的溫室測控軟件。目前我國引進溫室的測控系統(tǒng)大多投資大、運行費用過高，并且測控系統(tǒng)中所側(cè)重考慮的環(huán)境參數(shù)與我國的氣候特點存在矛盾

17、。測量方式比較簡單，軟件實現(xiàn)模式固定，不能進行功能擴展。我國自行開發(fā)的溫室測控系統(tǒng)其技術(shù)水平和調(diào)控能力與發(fā)達國家還有一定的差距。而我國綜合環(huán)境測控技術(shù)的研究剛剛起步，目前仍然停留在研究單個或少量環(huán)境因子調(diào)控技術(shù)的階段，而實際上，溫室內(nèi)的光照度、溫度、濕度等環(huán)境因素，都是在相互影響、相互制約的狀態(tài)中對作物的生長產(chǎn)生影響，環(huán)境要素的空間變化、時間變化都很復(fù)雜。因此，我們應(yīng)該根據(jù)我國的國情研制出適合我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展的儀器儀表，并在農(nóng)業(yè)設(shè)施中廣泛推廣。1.2.2國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1949年，借助于工程技術(shù)的發(fā)展，美國建成了第一個植物人工氣候室，開展了植物對自然環(huán)境的適應(yīng)性和抗御能力的應(yīng)用研究。20世紀6

18、0年代，生產(chǎn)型的高級溫室開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，奧地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠，70年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設(shè)施廣泛應(yīng)用于園藝作物生產(chǎn)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。隨著計算機技術(shù)的進步和智能測量理論的發(fā)展，近百年來，溫室大棚作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其自動測量和管理技術(shù)不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發(fā)展。特別是二十世紀70年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計算機的出現(xiàn)，更使溫室大棚環(huán)境測量技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化。80年代，隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降，以及對溫室測量要求的提高，以微機為核心的溫室綜合環(huán)境測量系統(tǒng)，在歐美得到了長足的發(fā)展，并邁入了網(wǎng)

19、絡(luò)化，智能化階段。第2章 溫濕度檢測系統(tǒng)簡介2.1 溫度測量部分溫度檢測是整個系統(tǒng)的一個重要的組成部分。它采用了DS18B20溫度傳感器進行對溫度的測量。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10µ。采用3.6V電源供電，DQ端接MSP430F149的P2.5口，并且在DQ端和VDD端加4.7K的上拉電阻，GND端接地。其主要目的就是對當前環(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)進行測量，并進行相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換。2.2 濕度測量部分測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及

20、周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。采用HM1500濕度傳感器。具有尺寸小、浸水無影響、互換性好、可靠性高、漂移小、在5VDC供電時、0100%RH典型輸出、標定±2%RH55%RH、極低的溫度依賴性、比例輸出于電源電壓、適合37V供電的主要特點。并且具有在長時間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕、專利固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)、對化學(xué)品的高抵抗性、響應(yīng)時間短的濕度傳感器的特點。2.3 顯示部分采用LED數(shù)碼管。系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式驅(qū)動8個數(shù)碼管工作,其中4個數(shù)碼管用來顯示溫度值,4個用來顯示檢測到的濕度值。用SNJ

21、54HC373的輸入端來選擇位碼,單片機的P1口控制數(shù)碼管的斷碼。如果檢測到的溫度與濕度發(fā)生變化時，數(shù)碼管即會發(fā)生相應(yīng)的變化，起到實時顯示功能。LED數(shù)碼管亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定，從而得到了廣泛的應(yīng)用，但相對制作復(fù)雜成本高。2.4 電源部分電壓轉(zhuǎn)換中，使用LM7805將220V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓。電壓轉(zhuǎn)換中，使用AMS1117將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓提供整體電路中的使用電源。并且在5V3.3V轉(zhuǎn)換電路中，采用了電池供電的方式。在不能連接到外接220V電源的情況下或外接220V電源突然停電的情況下，可以使用電池對單片機進行供電，可以防止電路突然中斷。第3

22、章 基本硬件介紹3.1 MSP430單片機MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor）。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應(yīng)用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。該系列單片機多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。3.1.1處理能力強MSP430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的 27 條內(nèi)核指令

23、以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。3.1.2運算速度快MSP430 系列單片機能在25MHz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實現(xiàn)乘加運算）相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如FFT等）。3.1.3超低功耗MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。首先，MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是1.8-3.6V 電壓。因而可使其在1MHz 的時鐘條件下運行時，芯片

24、的電流最低會在165A左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1A。其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。在 MSP430 系列中有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL 和FLL+）時鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€晶體振蕩器（32.768kHz）DT-26 OR DT-384，也可以使用兩個晶體振蕩器。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運行時開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0LPM4）。在實時時

25、鐘模式下，可達2.5A，在RAM 保持模式下，最低可達0.1A 。3.1.4方便高效的開發(fā)環(huán)境MSP430 系列有OTP 型、FLASH型和ROM型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于OTP型和ROM型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。這種方式只需要一臺PC機和一個JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和C 語言。3.1.5

26、 MSP430F149系列基于閃存或ROM的超低功耗MCU，提供8MIPS，工作電壓為1.8V - 3.6V，具有高達60KB的閃存和各種高性能模擬及智能數(shù)字外設(shè)。超低功耗低至：0.1ARAM保持模式0.7A實時時鐘模式200A/MIPS工作模式在6s之內(nèi)快速從待機模式喚醒。器件參數(shù)：閃存選項：1KB60KBROM選項：1KB16KBRAM選項：512B10KB GPIO選項：14、22、48引腳ADC選項：10和12位斜率SAR其它集成外設(shè)：模擬比較器、DMA、硬件乘法器、SVS、12位DAC。3.1.6 MSP430F149各管腳MSP430單片機管腳編號及作用描述表3-1 MSP430單

27、片機各管腳編號及作用描述編號引腳名稱I/O描述1DVCC 數(shù)字電源電壓，正端。供應(yīng)所有數(shù)字部分。2P6.3/A3 I / O通用數(shù)字I / O引腳/模擬輸入a3的 - 12位ADC 3P6.4/A4 I / O通用數(shù)字I / O引腳/模擬輸入a4的 - 12位ADC 4P6.5/A5 I / O通用數(shù)字I / O引腳/模擬輸入a5的 - 12位ADC 5P6.6/A6 I / O通用數(shù)字I / O引腳/模擬輸入a6的 - 12位ADC 6P6.7/A7 I / O通用數(shù)字I / O引腳/模擬輸入a7 - 12位ADC 7VREF+ O ADC輸內(nèi)參考電壓正端輸出8XIN I

28、 晶體振蕩器XT1的輸入端口。可以連接標準晶體或手表晶體9XOUT/TCLK I/O晶體振蕩器XT1的輸出端或測試時鐘輸入10VeREF+ I/P ADC外部參考電壓輸入11VREF-/VeREF- O 內(nèi)部ADC參考電壓和外部施加的ADC參考電壓負端12P1.0/TACLK I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，時鐘輸入信號TACLK 輸入13P1.1/TA0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，捕捉：CCI0A輸入，比較：OUT0的輸出/ BSL傳輸 14P1.2/TA1 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，捕捉：CCI1A輸入，比較：輸出1輸

29、出 15P1.3/TA2 I / O通用數(shù)字I / O引腳/，Timer_A捕捉：CCI2A輸入，比較：OUT2的輸出 16P1.4/SMCLK I / O通用數(shù)字I / O引腳/ SMCLK信號輸出17P 1.5/TA0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，比較：OUT0的輸出18P1.6/TA1 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，比較：輸出1輸出19P1.7/TA2 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，比較：OUT2的輸出20P2.0/ACLK I / O通用數(shù)字I / O引腳/ ACLK輸出 21P2.1/TAINCLK I /

30、 O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，時鐘信號INCLK22P2.2/CAOUT/TA0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，捕捉：CCI0B輸入/比較器輸出/ BSL接收 23P2.3/CA0/TA1 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，比較：輸出1輸出/比較器輸入 24P2.4/CA1/TA2 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，比較：OUT2的輸出/比較器輸入 25P2.5/ROSC I / O通用數(shù)字I / O引腳/定義DCO標稱頻率的外部電阻輸入 26P2.6/ADC12CLK I / O通用數(shù)字I / O引腳/轉(zhuǎn)換時鐘 - 1

31、2位ADC27P2.7/TA0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_A，比較：OUT0的輸出 28P3.0/STE0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/從發(fā)送使能 - USART0/SPI模式 29P3.1/SIMO0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/USART0/SPI方式的從輸入/主輸出。30P3.2/SOMI0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/USART0/SPI 方式的從輸出/主輸入。31P3.3/UCLK0 I / O通用數(shù)字I/O/USART0時鐘：外部輸入 - UART或SPI模式下，輸出 - SPI模式 32P3.4/UTXD0 I / O通用數(shù)字I

32、/ O引腳/發(fā)送數(shù)據(jù)輸出 - USART0/UART模式 33P3.5/URXD0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/接收數(shù)據(jù) - USART0/UART模式 34P3.6/UTXD1+ I / O通用數(shù)字I / O引腳/發(fā)送數(shù)據(jù)輸出 - USART1/UART模式35P3.7/URXD1+I / O通用數(shù)字I / O引腳/接收數(shù)據(jù) - USART1/UART模式 36P4.0/TB0I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_B，捕捉：CCI0A或CCI0B輸入，比較：OUT0的輸出 37P4.1/TB1 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_B，捕捉：CCI1A或CCI1B輸

33、入，比較：OUT1輸出 38P4.2/TB2 I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_B，捕捉：CCI2A或CCI2B輸入，比較：OUT2的輸出 39P4.3/TB3+ I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_B，捕捉：CCI3A或CCI3B輸入，比較：Out3輸出 40P4.4/TB4+ I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_B，捕捉：CCI4A或CCI4B輸入，比較：Out4輸出 41P4.5/TB5+ I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_B，捕捉：CCI5A或CCI5B輸入，比較：Out5輸出 42P4.6/TB6+ I / O通用數(shù)字I / O引腳

34、/ Timer_B，捕捉：CCI6A或CCI6B輸入，比較：Out6輸出 43P4.7/TBCLK I / O通用數(shù)字I / O引腳/ Timer_B，時鐘輸入信號TBCLK 44P5.0/STE1+ I / O通用數(shù)字I / O引腳/從發(fā)送使能 - USART1/SPI模式45P5.1/SIMO1+ I / O通用數(shù)字I / O引腳/從入主出USART1/SPI模式46P5.2/SOMI1+I / O通用數(shù)字USART1/SPI 方式的從輸出/主輸入47P5.3/UCLK1+ I / O通用數(shù)字I / O 外部時鐘輸入USART1/UART或SPI方式，時鐘輸出USART1/SPI

35、方式48P5.4/MCLK I / O通用數(shù)字I / O引腳/主系統(tǒng)時鐘MCLK輸出49P5.5/SMCLKI / O通用數(shù)字I / O引腳/次主系統(tǒng)時鐘SMCLK輸出50P5.6/ACLK I / O通用數(shù)字I / O引腳/輔助時鐘ACLK輸出 51P5.7/TBOUTHI / O通用數(shù)字I / O引腳/切換所有PWM數(shù)字輸出端口到高阻抗 - Timer_B7TB0到 TB652XT2OUT O 晶體振蕩器XT2O輸出端子53XT2IN I晶體振蕩器XT2的輸入端口。只能連接標準晶體54TDO / TDI I / O測試數(shù)據(jù)輸出端口。TDO / TDI的數(shù)據(jù)輸出或編程數(shù)據(jù)輸入端子 55TDI

36、 / TCLK I 測試數(shù)據(jù)輸入或測試時鐘輸入。該設(shè)備保護用保險絲連接到的TDI / TCLK的。 56TMS I 選擇測試模式。TMS用作一個器件的編程和測試輸入端口。57TCK I 測試時鐘TCK是用于器件編程測試和引導(dǎo)裝載程序啟動（Flash器件）時鐘輸入端口58RST / NMI I 復(fù)位輸入，不可屏蔽中斷輸入端口，或者引導(dǎo)裝載程序啟動（在Flash設(shè)備）。 59P6.0/A0 I / O通用數(shù)字I / O引腳/模擬輸入a0的 - 12位ADC60P6.1/A1 I / O通用數(shù)字I / O引腳/模擬輸入格a1 - 12位ADC 61P6.2/A2 I / O通用數(shù)字I / O引腳/模

37、擬輸入a2的 - 12位ADC62AVSS 模擬電源電壓，負極。提供模擬部分模擬數(shù)字的變換器。63DVSS 數(shù)字電源電壓，負極。供應(yīng)所有數(shù)字部分。64Avcc 模擬電源電壓，正端。提供模擬部分模擬數(shù)字的變換器3.2 DS18B20溫度傳感器DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封

38、裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。3.2.1 4個主要的數(shù)據(jù)部件（1）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其

39、中S為符號位。表3-2 DS18B20溫度值格式bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0LS byte232221202-12-22-32-4bit 15bit 14bit 13bit 12bit 11bit 10bit 9bit 8MS byteSSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125的數(shù)字

40、輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。（3）DS18B20溫度傳感器的存儲器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。（4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下：表3-3 配置寄存器TMR1R011111低五位一直都是"1"，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（D

41、S18B20出廠時被設(shè)置為12位）表3-4 溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms（5）高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖2.9所示。對應(yīng)的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。圖2.10是對應(yīng)的一部分溫度值。表3-5 DS18B20暫存存儲器分布

42、寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位（LS Byte）0溫度值高薇（MS Byte）1高溫限值（TH）2低溫限制（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗值8根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。ROM、RAM指令如下表所示：表3-6 ROM、

43、RAM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準備。搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作好準備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令適用于單片機工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出相應(yīng)。指令約定代碼功能溫度變換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時最長

44、為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)重調(diào)EEPROM0B8H將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式。寄生供電時DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”。3.2.2 技術(shù)性能描述（1）、 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向

45、通訊。（2）、測溫范圍55+125，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的）0.5。（3）、支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。（4）、工作電源: 35V/DC （可以數(shù)據(jù)線寄生電源）（5）、在使用中不需要任何外圍元件。（6）、 測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送。（7）、不銹鋼保護管直徑 6。（8）、適用于DN1525, DN40DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫。（9）、 標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選。（10）、PVC電

46、纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。3.2.3應(yīng)用范圍（1）該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域。（2）軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。（3）汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。（4）供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。3.2.4 DS18B20工作原理DS18B20測溫原理如圖3-1所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置

47、在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。圖3-1中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。斜率累加器預(yù)置比較計數(shù)器1低溫度系數(shù)晶振預(yù)置溫度寄存器=0高溫度系數(shù)晶振計數(shù)器2=0圖3-1 DS18B20濕度傳感器工作原理圖3.2.5 DS18B20引腳定義（1）DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；（2）

48、GND為電源地；（3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。3.3 HM1500濕度傳感器濕度傳感器選擇集成濕度傳感器HM1500,它是利用濕敏電容HS1101 設(shè)計制造,具有線性電壓輸出。其濕度測量范圍為5%99%(相對濕度);相對濕度精度為3%;工作溫度為-30+60;工作濕度范圍0100%(相對濕度);供電電壓為5V(最大電壓DC16V);可輸出DC電壓為14 V;響應(yīng)時間為5,適用于工業(yè)級場合。3.3.1 HM1500內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-2 HM1500內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.3.2 額定參數(shù)表3-7 HM1500濕度傳感器額定參數(shù)參數(shù)符號參數(shù)值單位存儲溫度Tstg-3070供電電壓（

49、峰值）Vs7Vdc濕度工作范圍RH0100%RH溫度工作范圍Ta-30603.3.3 特性Ta=23，Vs=5Vdc，RL1M表3-8 HM1500特性3.3.4 環(huán)境適應(yīng)性HM1500已通過HUMIRAL的震動、沖擊、存儲、高溫高濕、靜電等品質(zhì)測試。此外，經(jīng)過嚴格的惡劣化學(xué)測試，證明HM1500可以在一下環(huán)境中穩(wěn)定工作：SO2（0.5%）、H2S（0.5%）、O2、NO2、NO、CO、CO2、軟化劑、肥皂。甲苯、酸（H2SO4，HNO3，HCL）、殺蟲劑、香煙等等。3.3.5 HM1500濕度測量典型HM1500相對濕度測量曲線圖3-3 HM1500輸出電壓與相對濕度曲線3.3.6 HM15

50、00模擬線性電壓輸出模擬線性電壓輸出及輸出值多項式擬合參考圖3-4 HM1500模擬線性電壓輸出及輸出值多項式擬合參考第4章 硬件電路的設(shè)計4.1 基礎(chǔ)電路設(shè)計電路設(shè)計本系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖4-1所示。本設(shè)計方案包括溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、顯示模塊。在溫濕度檢測模塊中,溫度傳感器DS18B20采集得到的電流信號和濕度傳感器HM1500采集到的電壓信號轉(zhuǎn)換為給定范圍內(nèi)的電壓信號。然后由單片機MSP430F149的AD采樣端口將該電壓信號讀入,單片機把數(shù)據(jù)處理之后通過顯示器顯示出來測量值。顯示模塊濕度傳感器信號調(diào)理電路存儲器溫度傳感器MSP430F149圖4-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖4.2 重要模

51、塊電路的設(shè)計4.2.1 溫度檢測電路的設(shè)計DS18B20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。下面就是DS18B20幾個不同應(yīng)用方式下的測溫電路圖：（1）DS18B20寄生電源供電方式電路圖如下面圖6所示，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。獨特的寄生電源方式有三個好處：1）進行遠距離測溫時，無需本地電源。2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM。3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫。要想使DS18B20

52、進行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。因此，圖6電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。在制作中曾經(jīng)就此電路做過實驗，在實驗中，降低電源電壓VCC，當?shù)陀?.5V時，測出的溫度值比實際的溫度高，誤差較大。當電源電壓降為4V時，溫度誤差有3之多，這就應(yīng)該是因為寄

53、生電源汲取能量不夠造成的吧，因此，在開發(fā)實際測溫系統(tǒng)時不使用此電路。（2）DS18B20寄生電源強上拉供電方式電路圖改進的寄生電源供電方式如下面圖10所示，為了使DS18B20在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲器操作時，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多10S內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問題，因此也適合于多點測溫應(yīng)用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。（3）DS18B20的外部電源供電方式 在外部電源供電方式下，DS18B2

54、0工作電源由VDD引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此，在實際的設(shè)計開發(fā)中,我們使用外部電源供電方式。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC降到3V時，依然能夠保證溫度量精度。溫度測量電路模塊如圖4-2所示。DSl8820工作電壓為35V，測量溫度范圍為-55+125，用戶設(shè)置的報警溫度存儲在芯片內(nèi)部EEPROM中，可掉電保持。它具有3引腳，當采用外部電源供電時，GND腳接地，VCC腳接電源，DQ腳作為信號端接單片機I/O口，電源腳和DQ腳間還需要外接一個約1k的上拉電阻，保證總線閑置時其狀態(tài)為高電平。DSl8B20可以將所采集到的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過DQ傳送至單片機，單片機從而啟動程序存儲器中的測量程序，驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度值。圖4-2 溫度檢測電路4.2.2 濕度測量電路的設(shè)計由于濕度為緩變信號，可利用MSP430