基于MSP430單片機(jī)的AD590測(cè)溫電路設(shè)計(jì)(共30頁(yè))

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)物理與電子工程學(xué)院電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 數(shù)字溫度計(jì) 院 系 物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 年級(jí)、班 2013級(jí)4班 指導(dǎo)教師 2015年11月15日目 錄摘 要2緒 論4第1章 主要器件概述51.1 AD590概述51.2 LM331概述61.3 MSP430單片機(jī)概述91.4 OP07芯片概述101.5 LCD1602液晶12第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案分析132.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求132.2 設(shè)計(jì)方案132.3 設(shè)計(jì)過程13第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析143.1溫度采集及轉(zhuǎn)化電路14第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)16第5章 調(diào)試及分析17總 結(jié)20致 謝21參考文獻(xiàn)22附

2、 錄23摘 要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步(zhb)實(shí)現(xiàn)，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用(yngyng)于諸多領(lǐng)域。本文主要介紹了一種(y zhn)基于MSP430F149單片機(jī)、AD590數(shù)字溫度傳感器和LM331電壓-頻率轉(zhuǎn)換來進(jìn)行測(cè)溫的簡(jiǎn)易電子系統(tǒng)。本系統(tǒng)由AD590、LM331和MSP430F149單片機(jī)組成，線路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)體積小、測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)溫度需求較高的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所。關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度計(jì)；AD590；MSP430F149；LM331；數(shù)字顯示。AbstractWith the rapid development of

3、 modern information technology and traditional industrial transformation gradually realize, ability to work independently of the temperature detection and display system is applied in many fields. This paper mainly introduces a kind of based on MSP430F149 MCU, AD590 digital temperature sensor and LM

4、331 voltage - frequency conversion for temperature measurement of simple electronic systems. This system is composed of AD590, LM331 and MSP430F149 MCU, simple circuit, system has small volume, temperature measurement accuracy, its output temperature adopts digital display, mainly used for the high

5、demand for temperature place, or research laboratories, etc.Keywords: Digital thermometer;AD590;MSP430F149;LM331;Digital display.4緒 論1 前言(qin yn)隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，這里設(shè)計(jì)的數(shù)字(shz)溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣

6、，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。2 歷史(lsh)及應(yīng)用背景 溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、糧食儲(chǔ)存、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域，溫度常常是表征對(duì)象和過程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。傳統(tǒng)的水銀或酒精溫度計(jì)來測(cè)量溫度,不僅測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、讀數(shù)不方便、而且功能單一,已經(jīng)不能滿足人們?cè)跀?shù)字化時(shí)代的要求。本文提出了一種新型的數(shù)字式溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)方案,該方案集成了溫度測(cè)量電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。在此利用集成溫度傳感器AD590設(shè)計(jì)并制作了一款基于MSP430F149的LCD顯示的數(shù)字溫度計(jì)，其電路簡(jiǎn)單，軟硬件結(jié)構(gòu)模

7、塊化，易于實(shí)現(xiàn)。還采用了12MHz的晶振作為MSP430F149的時(shí)鐘源LCD1602作為顯示設(shè)備，通過編程的方式來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的顯示、修改上下限溫度等功能，使產(chǎn)品更具實(shí)用性。3 研究數(shù)字溫度計(jì)的目的和意義 隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來越高。要為現(xiàn)代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比

8、較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用等，比如:嬰兒智能看護(hù)系統(tǒng)，采用 AD590采集溫度數(shù)據(jù)，用單片機(jī)控制溫度值穩(wěn)定在預(yù)設(shè)范圍，當(dāng)嬰兒皮膚和衣服之間的溫度低于預(yù)設(shè)溫度值下限時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)點(diǎn)暖，當(dāng)這個(gè)溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)系統(tǒng)斷開電源，如果嬰兒體表溫度出現(xiàn)異常狀況時(shí)發(fā)出報(bào)警提醒看護(hù)人進(jìn)行相關(guān)處理等，所以研究數(shù)字溫度計(jì)是刻不容緩的。主要器件(qjin)的概述1.1 AD590概述(i sh)(1) AD590簡(jiǎn)介(jin ji)AD590是 HYPERLINK /view/2398.htm 美國(guó)ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對(duì)溫度成比例。在4 V至30 V電源電壓范圍

9、內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個(gè)高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 A/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過 HYPERLINK /view/2695.htm 激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K (25C)時(shí)輸出298.2 A電流。AD590適用于150C以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測(cè)應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點(diǎn)，使它成為許多溫度測(cè)量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。應(yīng)用AD590時(shí)，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測(cè)量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。除溫度測(cè)量外，還可用于分立器件的溫度補(bǔ)償或校正、與絕對(duì)溫度成比例的偏置、流速測(cè)量、液位檢測(cè)以及風(fēng)速測(cè)定等。AD590可以 HYPERLIN

10、K /view/1618747.htm 裸片形式提供，適合受保護(hù)環(huán)境下的混合電路和快速溫度測(cè)量。AD590特別適合遠(yuǎn)程檢測(cè)應(yīng)用。它提供高阻抗電流輸出，對(duì)長(zhǎng)線路上的壓降不敏感。任何絕緣良好的雙絞線都適用，與接收電路的距離可達(dá)到數(shù)百英尺。這種輸出特性還便于AD590實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用：輸出電流可以通過一個(gè)CMOS多路復(fù)用器切換，或者電源電壓可以通過一個(gè)邏輯門輸出切換。(2) AD590主要特點(diǎn)及基本參數(shù)線性電流傳感器：1uA/K；范圍：-55C+150C；陶瓷傳感器探頭兼容包；終端裝置：電壓/電流；激光微調(diào)到0.5C校準(zhǔn)精度(AD590M)；良好的線性：0.3C覆蓋全量程(AD590M)；供電電壓范圍：

11、+4V+30V獨(dú)立傳感器；低成本，獨(dú)立傳感器。(3) AD590應(yīng)用及引腳圖AD590測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。由于AD590精度高、價(jià)格低、不需 HYPERLINK /view/3832827.htm t _blank 輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的 HYPERLINK /view/2283273.htm t _blank 冷端補(bǔ)償。第一個(gè)引腳是正即極性端，第二個(gè)引腳是負(fù)極性端，第三個(gè)腳可以不用,是接外殼做屏蔽用的。引腳圖如圖1-1所示。圖1-1 AD590引腳圖(4) AD590工作(gngzu)原理在

12、被測(cè)溫度(wnd)一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)(y )恒流源，把它和530V的直流電源相連，在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和530V的直流電源相連并在輸出端串接一個(gè)1k的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mVK的電壓信號(hào)。數(shù)字顯示溫度計(jì)的設(shè)計(jì)AD590具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、補(bǔ)償、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫且使用方便優(yōu)點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于各種冰箱、空調(diào)器、糧倉(cāng)、冰庫(kù)、工業(yè)儀器配套和各種溫度的測(cè)量和控制等領(lǐng)域。 HYPERLINK /picture/1680846/1680846/0/a992e31f54641d6130

13、4e1598?fr=lemma&ct=single t /view/_blank AD590的輸出電流值說明：其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（-273）為基準(zhǔn)，每增加1，它會(huì)增加1A輸出電流，因此在室溫25時(shí)，其輸出電流=（273+25）=298A。1.2 LM331概述(1) LM331簡(jiǎn)介L(zhǎng)M331是美國(guó)NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片,可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、A/ D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器及其他相關(guān)器件。LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路, 在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到 4.0V 電源電壓下都有極高的精度。LM331 的動(dòng)態(tài)范圍寬, 可達(dá) 100dB ; 線性

14、度好, 最大非線性失真小于 0.01% ,工作頻率低到0.1Hz時(shí)尚有較好的線性;變換精度高,數(shù)字分辨率可達(dá)12位; 外接電路簡(jiǎn)單,只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路,并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。(2) LM331內(nèi)部功能 LM331 的內(nèi)部電路組成如右圖所示由輸入比較(bjio)器、定時(shí)比較器、R-S 觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密(jngm)電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開路形式,因而可以通過選擇(xunz)邏輯電流和外接電阻,靈活改變輸出脈沖的邏輯電平,以適配 TTL、DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。LM

15、331 可采用雙電源或單電源供電,可工作在 4.040V 之間,輸出可高達(dá)40V,而且可以防止 VCC 短路。LM331 內(nèi)部功能圖如圖1-2所示。圖1-2 LM331內(nèi)部功能(3) LM331應(yīng)用及引腳LM331主要是實(shí)現(xiàn)電壓到頻率的轉(zhuǎn)化，由于當(dāng)前12位以上的 HYPERLINK /view/990260.htm t _blank A/D轉(zhuǎn)換器的價(jià)格仍較昂貴，用V/F變換器來代替A/D轉(zhuǎn)換器，在要求速度不太高的場(chǎng)合是一種較好的選擇。引腳功能見表1-1所列，器件管腳如圖1-3。表1-1 LM331引腳功能圖1-3 LM331引腳(4) LM331工作(gngzu)原理LM331組成(z chn

16、)的電壓頻率(pnl)變換電路。外接電阻Rt、Ct和定時(shí)比較器、復(fù)零晶體管、 HYPERLINK /view/2008543.htm t /view/_blank R-S觸發(fā)器 等構(gòu)成單穩(wěn)定時(shí)電路。當(dāng)輸入端 Vi+輸入一正電壓時(shí),輸入比較器輸出高電平,使R-S觸發(fā)器置位,Q輸出高電平,輸出驅(qū)管導(dǎo)通,輸出端f0為邏輯低電平,同時(shí),電流開關(guān)打向右邊,電流源IR對(duì)電容CL充電。此時(shí)由于復(fù)零晶體管截止,電源VCC也通過電阻Rt對(duì) 電容Ct充電。當(dāng)電容Ct兩端充電電壓大于VCC的2/3 時(shí)定時(shí)比較器輸出一高電平, 使R-S觸發(fā)器復(fù)位,Q輸出電壓-頻率變換器工作原理出驅(qū)動(dòng)管截止,輸出端f0為邏輯高電平,同

17、時(shí),復(fù)零晶體管導(dǎo)通,電容Ct通過復(fù)零晶體管迅速放電;電流開關(guān)打向左邊,電容CL對(duì)電阻RL放電。當(dāng)電容CL放電電壓等于輸入電壓Vi時(shí),輸入比較器再次輸出高電平,使R-S觸發(fā)器置位,如此反復(fù)循環(huán),構(gòu)成自激振蕩。圖1-4畫出了電容Ct、CL充放電和輸出脈沖f0的波形。 設(shè)電容CL的充電時(shí)間為t1,放電時(shí)間為t2,則根據(jù)電容CL上電荷平衡的原理,我們有(IR-VL/RL)t1=t2VL/RL如圖1-2-3-1電容充放電輸出波形圖：圖1-4 電容(dinrng)充放電輸出波形圖從(IR-VL/RL)t1=t2VL/RL可得f0=1/(t1+t2)=VL/(RL/Rt1),實(shí)際上,該電路(dinl)的VL

18、在很少的范圍(fnwi)內(nèi)(大約10mV)波動(dòng),因此, 可認(rèn)為VL=Vi,故上式可以表示為:f0=Vi/(RL/Rt1), 可見,輸出脈沖頻率f0與輸入電壓V成正比,從而實(shí)現(xiàn)了電壓-頻率變換。式中IR由內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源供給的1.90V參考電壓和外接電阻Rs決定，IR=1.90/Rs,改變Rs的值,可調(diào)節(jié)電路的轉(zhuǎn)換增益,t1 由定時(shí)元件Rt和Ct決定,其關(guān)系是t1=1.1RtCt,典型值Rt=6.8k,Ct=0.01F,t1=7.5s。 由f0=Vi/(RL/Rt)可知,電阻Rs、RL、Rt和電容Ct直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果f0,因此對(duì)元件的精度要有一定的要求,可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當(dāng)選擇。電容CL對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果雖

19、然沒有直接的影響。但應(yīng)選擇漏電流小的電容器。電阻R1和電容C1組成低通濾波器, 可減少輸入電壓中的干擾脈沖,有利于提高轉(zhuǎn)換精度。1.3 MSP430單片機(jī)概述MSP430簡(jiǎn)介MSP430單片機(jī)稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的 HYPERLINK /view/635021.htm t _blank 模擬電路、數(shù)字電路模塊和 HYPERLINK /view/1125.htm t _blank 微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“ HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。(

20、2) MSP430單片機(jī)主要特點(diǎn)1)處理能力強(qiáng)MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)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(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令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(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。2)運(yùn)算速度快MSP430 系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)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(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如FFT等）。3)超低功耗MSP430 單片機(jī)之所以有

21、超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V 電壓。因而可使其在1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在165A左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1A。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL 和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（32.768kHz）DT-26 OR DT-38，也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，

22、打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。(3) MSP430單片機(jī)功能(gngnng)及引腳圖圖1-5 MSP430單片機(jī)引腳圖如圖1-5所示，MSP430F149 有 6個(gè)8位的 P口，其中(qzhng)P1、P2口占兩個(gè)(lin )中斷向量，這里用P1.2口的第二功能來捕獲上升沿，即采集頻率。MSP430中有兩個(gè)16位定時(shí)器，還可以利用看門狗定時(shí)器。由于定時(shí)器的是 16 位的，則可以在秒數(shù)量級(jí)上定時(shí)，且具有2個(gè)中斷向量，便于處理各種定時(shí)中斷。定時(shí)器的應(yīng)用在 F149 中具有舉足輕重的作用，可以利用MSP430F149中的定時(shí)器的比較模式產(chǎn)生PWM（數(shù)字脈沖調(diào)制）波形，再經(jīng)過低通濾波器產(chǎn)生任意

23、函數(shù)的波形，也就是說，可以通過定時(shí)器的比較模式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。另外，定時(shí)器還具有捕獲模式，可以通過定時(shí)捕獲各種測(cè)量，比如頻率測(cè)量，脈沖寬度測(cè)量，這里正是利用定時(shí)A模塊的定時(shí)捕獲功能來測(cè)量頻率。1.4 OP07芯片概述(1) OP07簡(jiǎn)介OP07芯片(xn pin)是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性（雙電源供電）運(yùn)算放大器集成電路(jchng-dinl)。由于OP07具有(jyu)非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、

24、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放 大傳感器的微弱信號(hào)等方面。圖1-6 OP07芯片原理圖(2) OP07芯片特點(diǎn)及基本參數(shù)超低偏移： 150V最大；低輸入偏置電流： 1.8nA；低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/；超穩(wěn)定，時(shí)間： 2V/month；最大高電源電壓范圍： 3V至22V。OP07芯片引腳功能說明： 1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大額定值。圖1-7是OP07引腳圖。圖1-7 OP07芯片(xn pin)引腳圖1.5 LCD1602液晶(yjng)(

25、1) 引腳功能(gngnng)1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，如圖1-8所示：圖1-8 LCD1602引腳接口圖第1腳：VSS電源地;第2腳：VCC接5V電源正極;第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）;第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器;第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作;第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令;第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端

26、;第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。(2) 顯示原理各地址如圖1-9所示圖1-9 LCD1602顯示(xinsh)地址LCD1602內(nèi)部(nib)RAM顯示(xinsh)緩沖區(qū)地址的映射圖，000F、404F分別對(duì)應(yīng)LCD1602的上下兩行的每一個(gè)字符，只要往對(duì)應(yīng)的RAM地址寫入要顯示字符的ASCII代碼，就可以顯示出來。設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案分析2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求課程要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度化的溫度測(cè)量電路。基本指標(biāo)：1.測(cè)量范圍-30+150。2.可用于遠(yuǎn)距離測(cè)量溫度。3.系統(tǒng)功耗小于5W。2.2 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案主要包括三個(gè)部分：1.溫度采集及信號(hào)調(diào)理這部分最關(guān)鍵的就是

27、選定溫度傳感器，常用的傳感器有熱偶電偶、鉑電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻等，它們有各自的性能特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。集成溫度傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量溫度精度高、線性優(yōu)良、使用方法方便且適于遠(yuǎn)距離傳輸，但是它的使用范圍不是很寬。在這里我們選用的是AD590溫度傳感器。信號(hào)調(diào)理電路應(yīng)該具有高共模抑制比、低噪聲和高輸入電阻，這樣才能對(duì)傳感器的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行有效的放大，采用測(cè)量放大器是最理想的方法。2.模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 設(shè)計(jì)選擇的是V/F轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，它的優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、占用數(shù)字部分的引腳少。3.計(jì)數(shù)、譯碼和顯示電路數(shù)字部分應(yīng)完成計(jì)數(shù)和譯碼電路的功能，選擇單片機(jī)來完成。單片機(jī)在工業(yè)控制等領(lǐng)域得

28、到了廣泛的應(yīng)用，成本低，同時(shí)使設(shè)計(jì)后續(xù)的顯示電路更簡(jiǎn)單。單片機(jī)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展。2.3 設(shè)計(jì)(shj)過程在設(shè)計(jì)測(cè)溫電路時(shí)，首先應(yīng)將電流(dinli)轉(zhuǎn)換成電壓。由于AD590為電流輸出(shch)元件，它的溫度每升高1K，電流就增加1A。當(dāng)AD590的電流通過一個(gè)10k的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為10mV，即轉(zhuǎn)換成10mVK，為了使此電阻精確（0.1），可用一個(gè)20k電位器，通過調(diào)節(jié)電位器來獲得10k。然后通過差分放大電路，獲得一個(gè)較大的電壓值，再將電壓轉(zhuǎn)換頻率，最后單片機(jī)通過采集頻率將溫度顯示出來。圖2-1是設(shè)計(jì)流程圖。圖2-1 設(shè)計(jì)流程圖硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析3.1 溫度采

29、集及轉(zhuǎn)化電路圖3-1 系統(tǒng)電路原理圖圖3-1電路總共分為4個(gè)部分：1.溫度采集 電路采用AD590電流型溫度傳感器對(duì)被測(cè)溫度進(jìn)行采集，它是一個(gè)兩端器件，其輸出電流的大小受到溫度控制，溫度系數(shù)為1uA/度。2.放大電路 由于傳感器輸出的電壓(diny)很小，所以需要經(jīng)過放大后才能進(jìn)行相應(yīng)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。注意(zh y)，因?yàn)檩斎腚妷汉苄∏液泄材８蓴_信號(hào)，所以要采用共模抑制比和增益均很高的低噪聲測(cè)量放大器。3.模/數(shù)轉(zhuǎn)換(zhunhun) 該部分電路利用V/F變換完成模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。其原理是：把檢測(cè)到的模擬電壓經(jīng)放大后變成對(duì)應(yīng)的頻率的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的頻率f與輸入電壓的大小成正比，即f=KUi其中

30、Ui為V/F變換電路的模擬輸入電壓，K為比例系數(shù)。由上式可見，只要在固定時(shí)間T內(nèi)，對(duì)V/F轉(zhuǎn)換器的輸出脈沖計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)值與脈沖頻率之間的關(guān)系為D=f*T=KT*Ui其中D為計(jì)數(shù)值，f為轉(zhuǎn)換得到的脈沖頻率。4.脈沖波整形該部分電路主要是利用一個(gè)過零比較器，將模/數(shù)轉(zhuǎn)換出來的不規(guī)則的脈沖波整形成一個(gè)規(guī)則的脈沖波，以便單片機(jī)能夠精確地采集到頻率。圖3-2 系統(tǒng)PCB電路軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)(shj)程序的編寫(binxi)主要采用C語言(yyn)來編寫，將編好的程序燒寫在MSP430單片機(jī)中，就能實(shí)現(xiàn)程序所要實(shí)現(xiàn)的功能。當(dāng)然程序的實(shí)現(xiàn)需要有一個(gè)執(zhí)行順序，這個(gè)執(zhí)行順序就是我們要實(shí)現(xiàn)功能的算法。這里要實(shí)現(xiàn)的功能

31、就是采集頻率和頻率轉(zhuǎn)化成溫度并且顯示出來。以下給出的算法：第一步：將MSP430單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置，包括端口，時(shí)鐘和液晶設(shè)置；第二步：設(shè)置定時(shí)器A,進(jìn)行捕獲上升沿；第三部：將頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)化成溫度；第四步：顯示頻率及溫度。如圖4-1，給出了MSP430單片機(jī)大致程序流程圖。NN圖4-1 單片機(jī)流程圖調(diào)試(dio sh)及分析(fnx)圖5-1為系統(tǒng)(xtng)測(cè)溫及放大電路部分，首先將差分放大器調(diào)零，即將R8和R18變阻器旋轉(zhuǎn)至接地，R7變阻器電阻為2K左右，然后調(diào)節(jié)R12使差分放大輸出為零。圖5-1 測(cè)溫及放大電路(dinl)部分然后(rnhu)調(diào)節(jié)R11、R8、R18。改變(gibin)輸入差分放

32、大器的輸入電壓值，在這里，選R11為10K，再將U1的正向電壓調(diào)成1V，U4的正向電壓調(diào)成略大于1V（可以是1.2V）,此時(shí)改變溫度則可在差分放大器輸出端測(cè)得一個(gè)變化的輸出電壓（輸出電壓為3V4.5V）。最后將差分放大輸出的電壓輸入LM331的7引腳，此時(shí)可以在3引腳得到一個(gè)脈沖波形，如果改變溫度，此時(shí)的脈沖波形的頻率會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)過一個(gè)脈沖整形的過零比較器，會(huì)輸出一個(gè)比較完美的矩形波。圖5-2是測(cè)得輸出的一個(gè)比較完美的矩形波。圖5-2 測(cè)得矩形(jxng)波截圖 到這里硬件(yn jin)調(diào)試已經(jīng)完成(wn chng)了，通過MSP430單片機(jī)采集頻率，則可以在LCD1602液晶上將數(shù)據(jù)顯示

33、。但是數(shù)據(jù)卻無法與溫度成對(duì)應(yīng)的關(guān)系，需要進(jìn)一步經(jīng)過調(diào)試才能完成要求。 這里，我們知道溫度和頻率的關(guān)系是呈一元一次函數(shù)關(guān)系的。所以令測(cè)得的頻率為X，溫度為Y，則Y=K*x+b只要找到K和b，就可以使頻率值與溫度值對(duì)應(yīng)了。因此這里需要兩個(gè)與頻率相互對(duì)應(yīng)的溫度的關(guān)系，如下面調(diào)試的圖5-3和圖5-4，圖中右邊是用51單片機(jī)和DS18B20編寫的能夠準(zhǔn)確的測(cè)得溫度模型圖，調(diào)試中將其與AD590進(jìn)行比對(duì)圖5-3 室溫下DS18B20和AD590比對(duì)圖5-4用手同時(shí)加熱DS18B20和AD590比對(duì)圖5-5調(diào)試(dio sh)過程總 結(jié)在本次(bn c)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的72學(xué)時(shí)(xush)期間，本小組的每位同

34、學(xué)都認(rèn)真負(fù)責(zé)地做著自己的工作，一起走過了此次設(shè)計(jì)的所有流程。雖然最后如期完成了課程設(shè)計(jì)任務(wù)，但最后的成品(chngpn)仍然存在些許不足。通過本章分析總結(jié)，使我們更加清楚地發(fā)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)中的不足之處，同時(shí)也是對(duì)我們小組參與此次設(shè)計(jì)任務(wù)的一項(xiàng)自我評(píng)價(jià)。 此次設(shè)計(jì)中，我們有很多地方都犯了小錯(cuò)誤，一些是因?yàn)樽约旱拇中拇笠庠斐傻?，比如在硬件方面PCB板刷絕緣漆的時(shí)候，可能會(huì)刷的過多而導(dǎo)致PCB板上的銅表面變色；在領(lǐng)取了元件后要注意把元件類型以及個(gè)數(shù)整理清楚，否則既會(huì)給老師帶來額外的工作量，也會(huì)影響到其他零器件的同學(xué)；還有在焊接電路的時(shí)候，要仔細(xì)檢查元件是否正確，焊接之前還可用萬用表測(cè)一下元件是否完好或

35、參數(shù)是否正確，以免出現(xiàn)電路錯(cuò)誤等問題。還有一些則是因?yàn)槲覀儗?duì)知識(shí)的儲(chǔ)備量不足，在需要解決的問題面前無法下手，最終還是通過向老師請(qǐng)教和小組成員的共同探究下攻克了一項(xiàng)項(xiàng)難題。 對(duì)于軟件方面，程序使用定時(shí)器A對(duì)LM331產(chǎn)生的正脈沖寬度進(jìn)行測(cè)量，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的溫度值。在程序設(shè)計(jì)初期，如何分配LCD1602顯示題目要求的數(shù)據(jù)范圍即-30攝氏度至+150攝氏度的范圍對(duì)于我們也是一項(xiàng)棘手的難題，經(jīng)過大家的集體討論與研究，最后決定顯示一位小數(shù)，只有負(fù)數(shù)時(shí)才顯示符號(hào)。整體程序編寫得比較順利，起初使用匯編指令編寫，但是在測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)由于隨機(jī)噪聲的問題顯示數(shù)據(jù)非常不穩(wěn)定，小數(shù)位乃至個(gè)位數(shù)字都在嚴(yán)重跳動(dòng)，于是均值濾

36、波成為必要。我們都知道高斯白噪聲的期望是為0的，但是在匯編中實(shí)現(xiàn)超過一個(gè)字節(jié)的除法非常繁瑣，于是改用C語言從新編寫了程序，并加入了均值濾波的過程，最終實(shí)現(xiàn)了從-99.9999.9范圍的數(shù)據(jù)顯示，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了適當(dāng)濾波，顯示數(shù)值實(shí)時(shí)、清晰、穩(wěn)定，程序部分得以完美實(shí)現(xiàn)。通過這次設(shè)計(jì)課程，使我們清楚的認(rèn)識(shí)到了自己對(duì)知識(shí)理解掌握的不足及動(dòng)手能力的薄弱，也更加明白理論與實(shí)踐的配合及團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性，這也是本次實(shí)踐課程的意義所在。我們相信在今后的學(xué)習(xí)中一定會(huì)努力改正不足彌補(bǔ)缺漏，并將書本上的知識(shí)落實(shí)到實(shí)踐應(yīng)用中，提升自身專業(yè)修養(yǎng)及能力，期待將來在專業(yè)領(lǐng)域有所建樹。致 謝感謝老師的悉心教導(dǎo)，給我們一

37、個(gè)將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化(zhunhu)為實(shí)際的機(jī)會(huì)，加深(jishn)對(duì)電子系統(tǒng)知識(shí)的理解以及設(shè)計(jì)應(yīng)用能力。此次設(shè)計(jì)中，有很多地方(dfng)都需要麻煩到老師。在做硬件的時(shí)候，打印圖紙，刷絕緣漆都要經(jīng)過老師，還有領(lǐng)元件的時(shí)候需要老師簽字，不懂的也會(huì)去問老師。在軟件上，我們有很多不懂的地方，有些問題可以在網(wǎng)絡(luò)上搜索到解決方法，但是還有一些問題是網(wǎng)絡(luò)無法給出答案的，這時(shí)老師能給我們比較清晰的講解。春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干，沒有老師您就沒有我們這樣還算比較成功的作品及追求極致的設(shè)計(jì)報(bào)告，更沒有指引我們今后前進(jìn)方向的指路燈。您追求一絲不茍的態(tài)度讓我們深深折服，也讓我們深深感受到您對(duì)待科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，這不僅

38、教會(huì)了我們一種學(xué)習(xí)態(tài)度，更教會(huì)我們一種對(duì)生活的看法。設(shè)計(jì)期間老師您一直默默堅(jiān)守在辦公室，我們有不懂的問題總能及時(shí)給予我們?cè)敿?xì)且耐心的解答，千言萬語化作一句感謝。同時(shí)還要感謝班上的同學(xué)，有疑問時(shí)都能得到他們耐心的解答，有困難的時(shí)候也都及時(shí)地幫助了我們。最后更要感謝小組成員，正是因?yàn)榇蠹业男燎趧趧?dòng)與默契協(xié)作，才能如期完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。參考文獻(xiàn)1康華光(hu un).電子(dinz)技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第五版）M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20072何道清.傳感器與傳感器技術(shù)(jsh).北京：北京科學(xué)出版社，20043張琳娜.劉武發(fā).傳感器檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，19994閻石.數(shù)字

39、電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.北京：高等教育出版社，19895沈建華、楊艷琴.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001附錄(fl)：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序主程序模塊：#include #includeyejing.h#includeclock.huchar table=pinlv:;uchar tablewendu=wendu:;uchar tableshuzi=0123456789;uchar tablepinlv,tablewendu;int count=0;unsigned long pinlv;uchar aa;void xianshipinlv(unsig

40、ned long pinlv) /顯示(xinsh)頻率 uchar num; uchar qian,bai,shi,ge; qian=pinlv/1000%10; bai=pinlv/100%10; shi=pinlv/10%10; ge=pinlv%10; tablepinlv0=tableshuziqian; tablepinlv1=tableshuzibai; tablepinlv2=tableshuzishi; tablepinlv3=tableshuzige; tablepinlv4=H; tablepinlv5=z; write_com(0 x86); /地址(dzh) for(

41、num=0;num6;num+) write_data(tablepinlvnum); delayms(5); void xianshiwendu(unsigned long pinlv)/顯示(xinsh)溫度 uchar num; uchar baidu,shidu,du,fendu; float wendu; wendu=10*(0.165*pinlv-4.29); baidu=(uchar)(wendu/1000) ) %10; shidu=(uchar)(wendu/100) )%10; du=(uchar)(wendu/10) )%10; fendu=(uchar)wendu )%

42、10; tablewendu0=tableshuzibaidu; tablewendu1=tableshuzishidu; tablewendu2=tableshuzidu; tablewendu3=.; tablewendu4=tableshuzifendu; tablewendu5= ; tablewendu6=C; write_com(0 x80+0 x46); /地址(dzh) for(num=0;num0;i-); while(IFG1&OFIFG)!=0); BCSCTL2|=SELM1+DIVM_1; / ; /MCLK=XT2 8MHZ/SCLK選擇(xunz) XT2高速(o

43、 s)振蕩器 8MHZvoid sclk_clock_xt2(void) unsigned int i; P5DIR|=BIT5; P5SEL|=0 x20; /p5.5用作SCLK輸出 BCSCTL1&=XT2OFF; /XT2有效 do IFG1&=OFIFG; /清除振蕩器失效的標(biāo)志 for(i=0 xff;i0;i-); while(IFG1&OFIFG)!=0); BCSCTL2|=SELS; / +DIVS_1; /SMCLK=XT2 8MHZvoid main( void ) /主函數(shù) /*下面六行程序關(guān)閉所有的IO口*/ P1DIR = 0XFF;P1OUT = 0XFF; P2DIR = 0XFF;P2OUT = 0XFF; P3DIR = 0XFF;P3OUT = 0XFF; P4DIR = 0XFF;P4OUT = 0XFF; P5DIR = 0XFF;P5OUT = 0XFF; P6DIR = 0XFF;P6OUT = 0XFF; / Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; CPU_clock_xt2();