超低功耗电子温度计的设计.doc

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1、 摘要在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。传统的测温元件有热电偶和二电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。我们用一种相对比较简单的方式来测量。 本系统采用MSP430系列单片机作为主控核心，由温度采集模块、电源模块、显示驱动电路、显示电路、键盘模块、时钟模块等构成了一个具有时钟功能

2、的低功耗电子温度计。本系统选用DS18B20线式数字温度传感器，实时监测环境温度并以数字量形式输出，可通过单片机读取并由显示模块显示出来，程序设置可以实现温度上下限报警功能同时液晶显示选用具有低功耗功能的HT1621D驱动的液晶模块。通过按键可进行温度和时间的显示切换。 关键字 低功耗 MSP430 单片机 HT1621D DS18B20 DS1302 Thermometer on the design of ultra-low power Abstract：In daily life and industrial production process, often used in the d

3、etection and control of temperature, temperature is the production process and scientific experiments in general and one of the important physical parameter. In the production process, in order to efficiently carry out the production, to be its main parameters, such as temperature, pressure, flow co

4、ntrol, etc. Temperature control in the production process of a large proportion. Temperature measurement is the basis of temperature-controlled, more mature technology.Traditional thermocouple and temperature components are the second resistor.The thermocouple and thermal resistance are generally me

5、asured voltage, and then replaced by the corresponding temperature, these methods are relatively complex, requiring a relatively large number of external hardware support. We use a relatively simple way to measure. The system uses MSP430 MCU processor core as master, by the temperature acquisition m

6、odule, power module, display driver circuit, display circuit, a keyboard module, clock module and so constitute a low-power clock features electronic thermometer. The system first-line choice of DS18B20 digital temperature sensor, real-time monitoring of ambient temperature and in the form of digita

7、l output, single-chip can be read by the display module is displayed, the program settings can be achieved upper and lower limits of temperature alarm function; At the same time, liquid crystal display with optional low-power features of the LCD module HT1621D drive. Through the keys can be temperat

8、ure and time display switch. Keywords：low-power MSP430 single chip HT1621D DS18B20 DS1302 目录第1章 总 述- 1 -1.1超低功耗温度计的简单介绍- 1 -1.11超低功耗温度计设计目的意义- 1 -1.12温度计的国内外现状及发展趋势- 1 -1.2 超低功耗温度计研究内容及要解决的问题- 2 -第2章 系统分析- 3 -2.1 超低功耗温度计工作原理- 3 -2.2 方案论证与比较- 3 -2.21 单片机的比较与选择- 3 -2.22 数据采集方式的比较与选择- 4 -2.23 显示方式比较与选择

9、- 5 -2.24 时间显示比较与选择- 5 -第3章 系统硬件设计- 6 -3.1 系统总体设计框图- 6 -3.2 系统电源单元- 6 -3.3单片机控制单元- 7 -3.4 DS18B20温度传感器电路单元- 9 -3.5 DS1302时钟芯片电路设计- 12 -3.6 显示电路的设计- 13 -3.7按键电路设计- 14 -第4章 系统软件设计- 15 -4.1编程语音的选择- 15 -4.2系统程序主流程图- 15 -4.3 温度检测模块的软件实现- 17 -4.4 LCD显示- 17 -4.5 超低功耗- 19 -4.6 按键唤醒- 19 -4.7测量温度子程序设计- 20 -4.

10、8 时钟显示- 22 -第5章 系统测试- 24 -5.1 低功耗温度计与通用标准温度计比较- 24 -5.2 功耗测量- 24 -结 论- 25 -总 结- 26 -参考文献- 27 -附录： 总程序- 28 -毕业论文第1章 总 述1.1超低功耗温度计的简单介绍 1.11超低功耗温度计设计目的意义 温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业、工业、各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。目前，随着信息技术的发展，传感技术的广泛应用，温度测试技术已向自动化、智能化方向发展。基于此，提出了温度的数字化测量。 本设计所介绍低功耗温度计可以用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使

11、用。未来的温度计发展主要是面向低功耗、长寿命、以及小巧便携方面发展。本次设计控制器使用单片机MSP430，测温传感器使用DS18B20数字温度传感器、HT1621D驱动的液晶模块LCD和DS1302时钟芯片可以实现上述对现代化温度计的要求。 本设计目的是制作一个具有按键唤醒、温度与时间显示转换以及蜂鸣器自动报警等功能的多功能超低功耗电子温度计，该方案制作的测温装置不但可以达到低功耗要求，而且具有结构简单、外形小巧、价格低廉等优点。 1.12温度计的国内外现状及发展趋势最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(15641642)发明的。后来又相继出现华氏温度计、列式温度计、摄氏温度计，均用

12、水银和酒精等制作，现在英、美国家多用华氏温度计，德国多用列氏温度计，而世界科技界和工农业生产中，以及我国、法国等大多数国家则多用摄氏温度计。国内有些数字温度计采用进口高精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温型液晶显示器，内置高能量电池连续工作5年无需敷设供电电缆，是一种精度高、稳定性好、适用性极强的新型现场温度显示仪。随着人们生活水平的不断提高,低功耗温度计无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 1.2 超低功耗温度计研究内容及要解决的问题本款超低功耗温度计是

13、为家庭、或公共场所设计的一种超低功耗温度计，具有按键唤醒、温度与时间显示转换以及蜂鸣器自动报警等功能的多功能超低功耗电子温度计，该方案具有节能耐用、结构简单、外形小巧、价格低廉等优点。按照该方案制作的测温装置不但可以实现以上功能，而且可以在使用3.6V电池供电的情况下能正常工作多年。(1)低功耗单片机的选择，是选用传统的51单片机，还是性能更稳定更加节能的MSP430单片机。(2)如何实现超低功耗，怎样调用MSP430单片机程序中的低功耗功能是首要问题，选择适当的采样周期也是要研究的内容。(3)数据采集方式的比较与选择，考虑到电路的繁简程度，MSP430的I/O数较少，是采用利用A/D转换器实

14、现数据的采集和转换，还是超低功耗温度计具有显示功能。(4)显示方式比较与选择，考虑本次设计低功耗的要求是使用液晶显示屏显示还是使用LCD显示或者采用传统的数码管显示。(5)为了方便使用，可以随时的切换时间。时间显示是选择单片机内部具有定时器还是使用专用时钟芯片。第2章 系统分析2.1 超低功耗温度计工作原理本系统采用MSP430单片机为核心设计，系统整体硬件电路包括传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等组成。系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警按键设置、时钟振荡、LED显示、温度传感器组成。 利用温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值，进行转换的特性

15、，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到液晶显示中显示。2.2 方案论证与比较2.21 单片机的比较与选择 方案一：采用80C51，80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（Dual In Line Package），内有128个RAM单元及4K的ROM。80C51有两个1

16、6位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故被广泛采用来作为控制核心。但是为了实现数据采集,必须外加A/D转换芯片,这增加了系统的复杂程度，而且加大了系统的功耗，静态低功耗这一要求不可能实现。方案二:应用ATMEGA88V-10PI AVR单片机，ATMEGA88V-10PI是一种功耗极低的高性能8位微处理器，技术上除具有方便、安全、高效外，还具有性能高、成本低和耗能

17、低的特点，其内部具有高达512B的内存作为数据的缓冲区，因此能够实现快的数据读取速度；并具有丰富的I/O资源，而且其外围电路简单,在片内即可实现所有控制，从而简化了整个系统的复杂程度。但是ATMEGA88V-10PI AVR单片机稳态精度差,要解决这一问题需要大大增加工作量。 方案三：采用MSP430单片机，MSP430 单片机是一个 16 位的单片机，具有强大的处理能力，采用了精简指令集结构，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）、简洁的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参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8M

18、Hz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序，整机静态功耗小于5微安。由于本设计电路简单， C8051F020单片机的许多功能用不到， ATMEGA88V-10PI AVR单片机稳态问题很难解决,而MSP430单片机所具有的功能足可满足设计需要，又考虑到整机静态功耗，价格，以及应实现的功能，故选用方案三比较理想。2.22 数据采集方式的比较与选择 方案一：利用A/D转换器实现数据的采集和转换 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就

19、可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，A/D模数转换器分为单片机片内A/D转换和单片机片外A/D转换。单片机片内A/D转换无法进行高精度的A/D转换，单片机外置A/D转换感温电路比较麻烦。方案二：利用DS18B20温度传感器实现数据采集和转换DSI8B20传感器精度高、互换性好；它直接将温度数据进行编码，可以只使用一根电缆传输温度数据，通信方便，传输距离远且抗干扰性好；与用传统温度传感器组成的多点测温系统相比可节省大量电缆，而且系统得以简化，系统扩充维护十分方便。DS18B20的测温范围为-55+125，在-10+85范围内，精度为0.5。本次设计的电子温度计检测温度范围10

20、30，分辨率1，在此条件下两种方式均可满足，考虑到电路的繁简程度，故选用温度传感器DS18B20。2.23 显示方式比较与选择方案一:采用八位数码管 该方案简单易行,但是所需要的原件较多，且不易进行操作，可读性差，一旦设定后很难再加入其他功能，显示格式收到限制，关键是耗电量大，不能满足超低功耗的要求。方案二：使用液晶显示屏显示 液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点,关键是微功耗,只要2至3伏就可以工作,工作电流仅仅为几微安,是任何显示器无法比拟的。 比较二者，虽然LCD显示器价格比较贵,但是作为

21、当今显示器的主流,LCD显示更逼真形象，能耗更低，驱动电流小，字码显示柔和，并且驱动芯片HT1621D可外部直接连接蜂鸣器，串口通信，利用I/O口少，故拟选择液晶显示器。2.24 时间显示比较与选择方案一：由单片机实现时钟功能 单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能，但由于系统晶振误差、温漂、中断响应时间的不确定性及定时器重新装载时间常数所带来的误差，决定它不能用来作为时钟的时间基准。方案二： 专用时钟芯片目前市场上已有很多实时时钟芯片，如DS12887、DS1302、PCF8563、X1227、DS1302等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。因此计时功能以选专用时

22、钟芯片为宜。在系统硬件设计时，串行总线接口较并行总线接口较为方便，系统设计选串行接口总线实时时钟芯片为计时芯片DS1302。第3章 系统硬件设计3.1 系统总体设计框图图3-1 总体设计框架图3.2 系统电源单元 系统使用的单片机MSP430和各芯片工作电压在1.83.6V ，我们选择2V稳压电源给单片机和各芯片供电。电源电路图如下图3.2，由于使用了全桥，电压输入既可以使用交流输入，又可以使用正负直流输入，能够防止由于极性接反造成的事故。滤波电容使用电解电容与小电容并联的方式，能够有效消除高频自激现象。发光二极管接到电源与地之间，如果电源输出不正常，发光二极管都会出现工作异常，提示故障。 图

23、3.2电源电路图3.3单片机控制单元 （1）下面是根据低功耗要求所选择的MSP430系列单片机的主要特点：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）、简洁的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参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为125 ns 。 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及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

24、.83.6V 电压。因而可使其在 1MHz的时钟条件下运行时， 芯片的电流会在200400uA 左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA 。 其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环（FLL 和FLL+ ）时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（32768Hz）,有的使用两个晶体振荡器）。由系统时钟系统产生 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。 由于系统运行时打开的功能模块不同，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

25、种低功耗模式（LPM0LPM4）。在等待方式下，耗电为0.7uA ,在节电方式下，最低可达0.1uA 。 （2） 根据设计要求及单片机特点，设计MSP430单片机与外围连接电路图如图3.3.1，MSP430单片机外部接口如图3.3.2图3.2.1 MSP430单片机与外围设备连接电路图图3.2.2 MSP430单片机外部接口电路图3.4 DS18B20温度传感器电路单元 （1）下面是根据低功耗要求所选择的DS18B20传感器的简要介绍和主要特点：传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。 美国Dallas半导体公司的

26、数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V

27、的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20具有以下特点： 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，寄生电源方式下可由数据线供。 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 温范围55125，在-10+85时精度为0.5。 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.

28、125和0.0625，可实现高精度测温。 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。（2） DS18B20内部结构及DS18B20的管脚排列 64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和T

29、L,高速暂存器。 DS18B20内部结构如3.3.1图所示。DS18B20引脚如3.3.2图所示。外围连接电路图如图3.3.3所示。图3.3.1 DS18B20内部结构图图3.3.2 DS18B20引脚图 (1)DQ为数字信号输入/输出端 (2)GND为电源地 (3)VCC为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）图3.3.3 温度传感器与外围电路连接图R1与单片机的P1.0口连接，通过单片机设置，当P1.0为高电平时此电路导通，由P2.7向单片机输入采集的温度信息，此设计具有节电功能。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号

30、线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图3-3 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。【2】当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。3.5 DS1302时钟芯片电路设计DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行实时通信，时钟/日历电路提供秒、分、时、日、月、年的信息，

31、每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM 指示决定，采用24 或12 小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。 DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1

32、时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK

33、始终是输入端。图3.4.1为DS1302的引脚功能图，图3.4.2为DS1302与外围电路连接图。图3.4.1 DS1302封装图图3.4.2 时钟芯片电路图3.6 显示电路的设计显示电路采用HT1621 ，HT1621是一种具有微控制器接口，由存储器映射的324 点阵式LCD 控制驱动器。电路上电时清零复位，通过命令端进行工作状态设置，通过片选、读、写端对RAM 数据进行读、写、修改操作，按照一一对应的原则，驱动LCD 显示器。该电路可用于点阵式LCD 显示驱动，各SEG 端是互相独立的，且容易对RAM 数据进行修改，所以显示点阵内容灵活，可随用户任意定制。图3.5 HT1621D驱动的LC

34、D电路3.7按键电路设计该设计使用六个按键进行操作，其中一个按键具有系统唤醒功能，当键按下时系统产生中断，由单片机向三极管基极提供高电平，使三极管导通，DS18B20和LCD通电工作，从而实现按键唤醒功能。有四个键用于设置时钟芯片，包括设置时钟的年、月、日、时、分。剩下的一个键的功能是进行时间与温度显示的切换。按键电路如3.6图所示。图3.6 按键电路于单片机连接图第4章 系统软件设计4.1编程语音的选择 由于整个设计是以设计程序为重点,所以程序的设计是整个设计中最重要的一部分。目前,开发单片机应用系统采用的编程语言主要有汇编语言和C语言。汇编语言是一种用文字助记的符号语言,是最接近机器码的一

35、种语言。其优点占用资源少、程序执行效率高。而汇编语言,一条指令就对应一个机器码每一步执行什么动作都很清楚,并且程序大小和堆栈调用情况都容易控制,调试起来也比较方便。但是不同的CPU,其汇编语言可能有所差异,所以不易移植。C51语言是一种编译型程序设计语言,它兼顾了许多高级语言的特点，并且具有汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性，而且可以直接实现对系统硬件的控制。C51是结构化程序设计语言，它支持当前程序设计中自顶向下结构化程序设计技术。 本系统涉及到多个功能模块，程序设计复杂，所以系统的软件设计选用C编程语言。此外系统涉及到多个功能模块需要采用模块

36、化程序设计。而C51语言程序具有完善的模块程序结构，从而本系统软件开发中采用模块化程序设计提供了有力的保障。4.2系统程序主流程图系统启动即进入初始化程序，而后进入不断的键盘扫描当中，当扫描到有键按下时，即通过所按键值判断，进入相应的子程序处理部分，从而执行不同的功能，当各个子程序功能完成或有判断要返回的话，就退出子程序，返回键盘扫描，重新扫描，等待下一个动作，如此循环，构成程序连续不断的运行状态。图4.2 系统程序主流程图软件设计的关键是掌握MSP430低功耗模式的编程，软件实现的功能有：A：温度的检测；B：时钟显示；C：控制DS18B20正常工作；D：LCD驱动显示。E：按键唤醒。F：超低

37、功耗。4.3 温度检测模块的软件实现图4.2 温度检测模块流程图首先进入P5端口（液晶使用端口）及DS18B20的初始化，然后写入命令字0xCC，跳过ROM配置。然后写入命令字0X44，启动温度转换，延时等待转换结束。再次初始化，写入命令字0xCC，跳过ROM配置，写入命令字0xBE向温度寄存器读取温度。4.4 LCD显示HT1621是128个位元和多功能的LCD驱动器它可由软件配置成1/2或1/3的 LCD驱动器偏压和2、3或4个公共端口，这一特性使HT1621适用于多种LCD应用场合。对于HT1621，操作之前应该先给它的发送标志码，表明要求工作在哪种状态，标志码的定义如表一所示：表一操作

38、状态标志码读数据110写数据101读-修改-写数据101控制命令100为了点亮LCD，必须先给出两个控制命令：SYSTEM ENABLE和LCD ON。SYSTEM ENABLE指令码是10000000001，LCD ON的指令码是10000000011，操作结束可以用SYSTEM DISABLE来关闭LCD。由于串行通信，数据应该先出现在DATA INPUT脚，然后给出一个写允许信号（WR），输入一位数据，接着输入第二位.直到全部写入。其工作的流程图如图4-4所示：图4.4 液晶显示程序流程图4.5 超低功耗图4.5 低功耗模式程序流程图由于采用了低功耗的MSP430，可工作在多种低功耗模式

39、下，而且各外设模块都可通过主控制器实施关闭，从而大大降低了整机功耗，另外电源也采用了只有uA级功耗的TPS76933，它的最低功耗可达1uA。4.6 按键唤醒图4.6 按键唤醒程序流程图低功耗模式的使用必然要使系统在需要的时候进入睡眠状态，而要从睡眠状态唤醒，就要充分发挥MSP430低功耗，高处理能力的特性。进入低功耗模式后，系统的时钟会停止，甚至主时钟都可以停止，这样系统的功耗只有uA级。当系统处于的功耗的时候，外部中断可以将系统从低功耗模式唤醒来执行相应的操作。MSP430系列芯片可以在6us内从低功耗模式迅速进入到活动模式。当系统进入低功耗的时候，所有的I/O端口、RAM和寄存器的内容不

40、会发生变化，并且所有的中断都可以将系统从低功耗模式唤醒，因此利用按键触发，从而进入中断服务程序，进行相应的处理。（5）失温报警：在DS18B20 完成一次温度转换后，就拿温度值和存储在TH 和TL 中的值进行比较。因为这些寄存器是8位的，所以0.5位被忽略不计。TH或TL的最高有效位直接对应16位温度寄存器的符号位。如果测得的温度高于TH 或低于TL，器件内部就会置位一个报警标识。每进行一次测温就对这个标识进行一次更新。当报警标识置位时，DS18B20会对报警搜索命令有反应。这样就允许许多DS1820并联在一起同时测温，如果某个地方的温度超过了限定值，报警的器件就会被立即识别出来并读取，而不用

41、读未报警的器件。（6） 多路采集：4.7测量温度子程序设计 由在整个语音温度计的设计中是以正确采集温度为前提的，因为如果温度采集就不正确，那么即使后续电路如显示和报温电路均正确，最后的结果仍然不能达到我们所要的目标，也就是不能正确的对环境温度进行显示和报温，所以关于DS18B20的温度采集是非常重要的。DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念。因此读写时序很重要，操作过程为：初始化DS18B20发复位脉冲发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。其测温子程序流程图如4.7。部分控制DS18B20指令功能如表二。图4.7 测温子程序流程表二 控制DS18B20指令功能4.8 时

42、钟显示图4.8 时钟显示程序流程图根据论文发设计初衷，需要在系统上加上时钟，既然是时钟，为防止系统休眠以后时间的不正确，因此，采用CPU内部定时器的方式，MSP430内部含有2个定时器，可以利用一个定时器与程序计数器相结合的方式，在系统晶振的驱动下，产生标准时钟频率。时钟模块是MSP430系列单片机不可缺少的模块，时钟模块可以使单片机实现不同的低功耗应用，不同的器件具有不同的时钟模块，一般来说MSP430F149的时钟模块主要有高速晶振（8MHz），低速晶振（32768Hz）和数字控制振荡器（DCO）等器件构成。高速晶振，低速晶振和DCO等器件通过MSP430F149时钟模块产生3个不同的时钟

43、供不同的模块使用，产生的时钟为：辅助时钟（ACLK），主系统时钟（MCLK），和子系统时钟（SMCLK）。由于时钟模块产生3个不同的时钟信号，这样就可以采用不同的时钟从而达到低功耗的目的。一般来说，系统的功耗和系统的工作频率成正比关系，这样可以在低功耗应用情况下选用低速晶体。如果系统对运算要求比较高，则可以选用高速晶体产生较高的主系统时钟提供给CPU，以满足运算要求。如果对系统的实时性要求比较高，则可以采用ACLK时钟。总的来说，应该根据不同的应用来选择适当的时钟。基于以上思路，我们选用MSP430内部定时器Time_B产生0.5s基准时钟，在进入低功耗模式后，系统的时钟会停止，这样系统的功耗

44、只有uA级。当系统处于低功耗的时候，外部中断可以将系统从低功耗模式唤醒来执行相应的操作。本程序即是通过扫描一次定时0.5s，进入睡眠，产生中断，唤醒，0.5s后再次睡眠，如此循环即可达到1s效果，再经过时钟处理函数，即不断累加、进位从而实现时钟的正常运行。第5章 系统测试5.1 低功耗温度计与通用标准温度计比较将温度传感器与冰水混合物接触，经过充分搅拌达到热平衡后调节系统，使显示读数为000(标定0)；利用气压计读出当时当地的大气压强，并根据大气压强和当地重力加速度计算出当时的实际压强；根据沸点与压强的关系查出沸点温度。把温度传感器放入沸水中，待显示读数稳定后重新调节，使显示器显示读数等于当地

45、当时沸点温度后工作结束。该温度计的量程为50150，读数精度为0.1，实际使用一般在0100。采用050和50100的精密水银温度计作检验标准，对设计的温度计进行测试，其结果如（表一），表明能达到该精度要求。表一次数低功耗温度计示数通用标准温度计示数第一次1617第二次1817第三次1920第四次2120第五次2324第六次2525第七次2829第八次2930第九次3132第十次33325.2 功耗测量当系统处于睡眠模式时，即除单片机外其他器件均断电，此时测得该系统的静态功耗约为1微安。结 论由于系统架构设计合理，经过认真细致的调试，各项功能实现较好，温度传感器分辨率达到0.5摄氏度，数字时钟

46、能够实时显示。当温度计处于静态工作状态时，单片机处于睡眠状态，静态功耗为1微安左右，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的各项指标。在这次毕业设计中，我真正体会到制作一件成功的作品并不像想象的那样简单，它需要扎实的专业基础，能熟练驾驭知识的能力，团队的团结合作精神，吃苦耐劳的品质以及遇见问题沉着冷静的态度。经过毕业设计的制作,我们真正体会到了身为大学生的意义,解决问题的能力得到了很大的提高，为我们以后的学习工作积累了宝贵的经验。总 结在论文完成之际，我首先向关心帮助我的指导老师田敬成老师表示衷心的感谢，在论文工作中，遇到了很多细节方面的问题，一直得到顾思思老师的亲切关怀和悉心指导，使我得以顺利的完成此次毕业设计的任务。田敬成老师以其丰厚的专业知识功底、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象。我将终生难忘并向他学习。再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学习氛围以及学习、生活上的无私帮助! 同时我也会将这种严谨的作风运用到工作中去。为以后的社会实践工作而努力。在学校的学习生活即将结束，对学校的一切充满了留念之情。回顾四年多来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢! 特别