低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的研究</p><p><b>　　—硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系 別： 電子信息系 </p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>

2、;　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　年月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

3、）任務(wù)書</p><p>　　系別 電子信息系 專業(yè) 自動(dòng)化 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的研究—硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　2.題目背景和意義：溫度測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學(xué)研究及高新技術(shù)開發(fā)過程中是一個(gè)極其普遍而重要的測(cè)量項(xiàng)目?，F(xiàn)代電子檢測(cè)

4、技術(shù)正朝著高集成度、低功耗、可編程以及數(shù)字化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的指針式溫度指示器已經(jīng)跟不上社會(huì)的發(fā)展需求。國(guó)內(nèi)外在便攜式溫度測(cè) 量?jī)x這方面的研究及應(yīng)用也相當(dāng)多，便攜式電子設(shè)備的重要指標(biāo)之一就是低功耗，低功耗是國(guó)際上節(jié)能和綠色環(huán)保的要求，是全球化的熱潮。本設(shè)計(jì)可達(dá)工作5年不換電池的儀器，3 秒刷新一次且精度比較高，價(jià)格比較低。 </p>

5、<p>　　3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：</p><p>　　1根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出總體設(shè)計(jì)方案； </p><p>　　2設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件電路（包括：電源模塊電路、單片機(jī)控制電路、鍵盤電路顯示電路報(bào)警電路等），并對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行仿真、調(diào)試；精度達(dá)到0.2%；

6、 </p><p>　　3 硬件電路板安裝、調(diào)試 </p><p>　　4結(jié)合系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)總體聯(lián)合調(diào)試； </p><p>　　4.設(shè)

7、計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 工作方案進(jìn)度計(jì)劃： </p><p>　?。?）1～3周，基本資料的查找，了解單片機(jī)、傳感器等相關(guān)知識(shí)； </p><p>　?。?）4～6周，研究原理設(shè)計(jì)及功能分析； </p>&l

8、t;p>　?。?）7～13周，能夠給出系統(tǒng)改進(jìn)的措施，并給出硬件電路圖； </p><p>　?。?）14～15周，完成主要部分的電路圖，并與軟件系統(tǒng)整機(jī)仿真調(diào)試； </p><p>　?。?）16～18周，撰寫論文，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。

9、 </p><p>　　5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 </p><p>　?、?實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 120天 </p><p>　?、?圖紙（幅面和張數(shù)）*：

10、 2幅 </p><p>　?、?其他要求： </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p>

11、;<p>　　學(xué)生簽名： 年 月 日</p><p>　　系（教研室）主任審批： 年 月 日</p><p>　　說明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入附件冊(cè)，一份教師自留。</p><p>　　2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。</p>&l

12、t;p>　　低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的研究——硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫度測(cè)量是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學(xué)研究及高新技術(shù)開發(fā)過程中一個(gè)極其普通而重要的測(cè)量項(xiàng)目。本論文研究了一種低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x，該測(cè)溫儀采用PT1000熱電阻傳感器，16位高集成度、超低功耗單片機(jī)MSP430F4250，充分利用單片機(jī)的相關(guān)

13、技術(shù)、測(cè)溫技術(shù)、報(bào)警技術(shù)、LCD顯示技術(shù)、串口技術(shù)，不但發(fā)揮了低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的測(cè)溫功能，而且還擁有報(bào)警與通信功能，手動(dòng)復(fù)位功能使用戶能隨時(shí)測(cè)量溫度的變化，超低功耗能夠使用戶不必?fù)?dān)心電能不足的問題。通過對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，完成了系統(tǒng)的便攜式和低功耗的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：低功耗；溫度測(cè)量?jī)x ；MSP430F4250；PT1000</p><p

14、>　　Low-power Intelligence Portable Temperature </p><p>　　Measuring Meter—— Hardware Design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The temperature measurement is a very com

15、mon and important measurement item in industry and agriculture production. What this paper research is the low-power consumption intelligence portable temperature measuring instrument, this temperature measuring instrume

16、nt uses the thermal resistance sensor ,16 position high integration and low power consumption monolithic integrated circuit MSP430F4250, this system make full use of microcontroller technology, thermometry, and alarm tec

17、hnology, LCD displa</p><p>　　Key Words: Low power consumption; Temperature measurement instrument; MSP430F4250; PT1000</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1<

18、;/b></p><p>　　1.1溫度測(cè)量?jī)x國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2本論文的意義及主要內(nèi)容2</p><p>　　2 低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的總體方案3</p><p>　　2.1低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.1.1低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x

19、結(jié)構(gòu)框圖3</p><p>　　2.1.2低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的各模塊4</p><p>　　2.2低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x工作過程描述5</p><p>　　3 低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的硬件設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1單片機(jī)控制電路7</p><p><b>　　3.2電源模塊

20、8</b></p><p>　　3.3復(fù)位與晶振模塊9</p><p>　　3.4信號(hào)處理模塊10</p><p>　　3.5顯示模塊12</p><p>　　3.5.1 MSP430液晶驅(qū)動(dòng)模塊的主要特點(diǎn)13</p><p>　　3.5.2液晶驅(qū)動(dòng)方法13</p><p&g

21、t;　　3.5.3 LCD控制器與LCD_A控制器的比較14</p><p>　　3.5.4 RT12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊15</p><p>　　3.6報(bào)警模塊15</p><p>　　3.7鍵盤與LED燈模塊15</p><p>　　3.8串口通信模塊17</p><p>　　3.9降低功耗的

22、硬件措施17</p><p>　　3.9.1晶體管的性質(zhì)17</p><p>　　3.9.2選用低功耗單片機(jī)17</p><p>　　3.9.3選用低功耗外圍電路和器件18</p><p>　　3.9.4選擇低功耗的工作方式18</p><p>　　4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試19</p><p>

23、;　　4.1低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的PCB制作19</p><p>　　4.1.1 PCB板布局19</p><p>　　4.1.2 PCB的布線19</p><p>　　4.2低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x調(diào)試20</p><p>　　4.2.1低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x分析20</p><p>　　4.3

24、低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x改進(jìn)方法20</p><p><b>　　5 結(jié)論21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明24</p>

25、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明25</p><p>　　附錄1 電路原理圖26</p><p>　　附錄2 電路PCB板27</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1溫度測(cè)量?jī)x國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　儀器儀表在生產(chǎn)發(fā)展、科學(xué)研究

26、以及人們的日常生活中有著十分重要的作用。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，儀器儀表朝著高集成度、低功耗、可編程以及數(shù)字化的方向發(fā)展。為了對(duì)傳統(tǒng)儀器儀表進(jìn)行更新?lián)Q代，近些年各研究和使用單位正致力于智能儀表開發(fā)和應(yīng)用工作[1]。</p><p>　　溫度是關(guān)于物體冷熱程度的度量，是自然界主要的物理量之一，而溫度測(cè)量是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科研等部門最普遍的測(cè)量項(xiàng)目，溫度在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學(xué)研究及高新技術(shù)開發(fā)過程中是

27、一個(gè)極其普遍而重要的測(cè)量參數(shù)，溫度測(cè)量?jī)x現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，工業(yè)，環(huán)保，衛(wèi)生防疫，倉儲(chǔ)運(yùn)輸，博物館，溫室等領(lǐng)域，因此溫度測(cè)量技術(shù)的研究是一個(gè)很重要的課題[2]。</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的參數(shù)，它不能像質(zhì)量，長(zhǎng)度那樣用直接比較的法來獲得量值，只能通過物質(zhì)與溫度有關(guān)的其它物理性質(zhì)來測(cè)量它，例如物體體積、粘度、電導(dǎo)率等。溫度測(cè)量是通過溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的，溫度測(cè)量的過程就是通過溫度傳感將被測(cè)對(duì)象

28、的溫度值轉(zhuǎn)換成電或其它形式的信號(hào)，傳遞給信號(hào)處理電路進(jìn)行信號(hào)處理轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來。一般的溫度測(cè)量?jī)x器通常都是由溫度傳感器和信號(hào)處理這兩部分組成的，具備檢測(cè)以及顯示兩個(gè)功能。對(duì)于簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量?jī)x說，檢測(cè)和顯示這兩部分是連在一起的，例如水銀溫度計(jì)，但是在較為復(fù)雜的度測(cè)量?jī)x中則分成獨(dú)立的兩個(gè)部分，中間用導(dǎo)線聯(lián)接起來，例如熱電阻或電偶是檢測(cè)部分，而相應(yīng)的指示和記錄儀表是顯示部分。</p><p>　　按照對(duì)物體測(cè)量的

29、不同方式，溫度測(cè)量?jī)x可以分為接觸式和非接觸式兩大型。在測(cè)量溫度的時(shí)候，測(cè)溫儀檢測(cè)部分如果直接與被測(cè)介質(zhì)直接接觸的則為接觸式溫度測(cè)量?jī)x；如果檢測(cè)部分沒有與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，則稱為非接觸溫度量?jī)x。</p><p>　　社會(huì)的快速發(fā)展，使得溫度測(cè)量的要求也越來越高，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了各式各樣的便攜式溫度測(cè)量?jī)x，能滿足不同測(cè)溫需要。隨著電子器件的不斷發(fā)展便攜式數(shù)字溫度測(cè)量?jī)x已逐漸得到應(yīng)用，由于它配有各種樣式的熱電偶和熱電探

30、頭，使用時(shí)比較方便靈活；另外，便攜式紅外輻射溫度計(jì)的發(fā)展也很迅速，裝有微處理器的便攜式紅外輻射溫度計(jì)具有存貯和計(jì)算的功能，能顯示一個(gè)被測(cè)表面的多處溫度，或一個(gè)點(diǎn)溫度多次測(cè)量平均溫度、最高溫度和最低溫度等不同的參數(shù)。</p><p>　　此外，還有多種其它類型的溫度測(cè)量?jī)x，例如用晶體管測(cè)溫元件和光導(dǎo)纖維測(cè)溫</p><p>　　元件構(gòu)成的儀表；采用熱象掃描方式的熱象儀，可直接拍攝和顯示被測(cè)物

31、體溫度場(chǎng)的熱象圖，可用于檢查大型爐體、發(fā)動(dòng)機(jī)等的表面溫度分布；另外還有利用激光，測(cè)量物體溫度分布的溫度測(cè)量?jī)x器等[3]。</p><p>　　1.2本論文的意義及主要內(nèi)容</p><p>　　本論文的意義在于溫度測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學(xué)研究及高新技術(shù)開發(fā)過程中是一個(gè)極其普遍而重要的測(cè)量項(xiàng)目?，F(xiàn)代電子檢測(cè)技術(shù)正朝著高集成度、低功耗、可編程以及數(shù)字化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的指針式溫度指示器已經(jīng)跟不

32、上社會(huì)的發(fā)展需求。國(guó)內(nèi)外在便攜式溫度測(cè)量?jī)x這方面的研究及應(yīng)用也相當(dāng)多，便攜式電子設(shè)備的重要指標(biāo)之一就是低功耗，低功耗是國(guó)際上節(jié)能和綠色環(huán)保的要求，是全球化的熱潮。經(jīng)過對(duì)市面上現(xiàn)有智能便攜式測(cè)溫儀的了解，發(fā)現(xiàn)測(cè)溫儀功耗基本都在180μW以上，大部分只能做到工作3年不換電池，如果工作5年不換電池的儀器基本都是3秒刷新一次，或者需要通過系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)工作，而且精度比較低，價(jià)格比較高。</p><p>　　本論

33、文研究了一種超低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x，該測(cè)溫儀采用熱電PT1000傳感器，16位高集成度、超低功耗單片機(jī)MSP430F4250，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集和處理。通過選用低功耗元件和軟件的優(yōu)化，使得系統(tǒng)總體功耗變得非常低：統(tǒng)控制在每秒刷新一次，功耗小于90μW，3V電池供電，工作電流小于30μA，工作5年不需更換電池；而且測(cè)溫范圍寬-200.0℃~850.0℃，精度達(dá)到0.2%，且穩(wěn)定度高。</p><p>　　本

34、論文主要介紹了一種應(yīng)用鉑熱電阻傳感器，16位高集成度、超低功耗單片機(jī)MSP430F4250，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集和處理的超低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x。第1章介紹了溫度測(cè)量?jī)x發(fā)展現(xiàn)狀及本課題主要內(nèi)容。第2章介紹低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的總體方案。第3章分析了低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的硬件設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊。第4章分析了實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果分析以及需要改進(jìn)的地方。第5章給出了結(jié)論和展望。</p><p>　　2 低功耗智能

35、便攜式溫度測(cè)量?jī)x的總體方案</p><p>　　2.1低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　本論文以單片機(jī)為中心，以低功耗為目的對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)計(jì)前先確定系統(tǒng)CPU的類型，而在超低功耗方面CPU的選擇，MSP430單片機(jī)是TI公司1996年開始推向市場(chǎng)的超低功耗微處理器，另外他還集成了很多模塊功能，從而使得用一片MSP430芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大縮

36、小了產(chǎn)品的體積與成本。如今，MSP430單片機(jī)已經(jīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是儀器儀表、監(jiān)測(cè)、醫(yī)療器械以及汽車電子等領(lǐng)域。</p><p>　　2.1.1低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　如圖2.1所示，該圖為低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.1.2低功

37、耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的各模塊</p><p>　　(1) 單片機(jī)：便攜式智能設(shè)備體積小，重量輕，從電路的角度看，自然要求設(shè)備電路簡(jiǎn)單，功耗低，功能滿足要求。為了實(shí)現(xiàn)智能化，在設(shè)計(jì)電路方案時(shí)，一般都會(huì)使用單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)品種多，功能強(qiáng)，可靠性高，可以滿足智能設(shè)備的多種需要。現(xiàn)在單片機(jī)越來越廣泛采用CMOS工藝，使功耗更是大幅度下降，應(yīng)用較多的低功耗單片機(jī)有:Intel公司80C31/80C51/

38、87C51、80C196；ATMEL公司的AT89LV5X系列；Microchip公司的PIC系列等，TI公司的MSP430系列。其中有些單片機(jī)的功耗非常低，例如德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機(jī)。MSP430系列單片機(jī)功耗超低，是一種16位的RISC混合信號(hào)處理器，該單片機(jī)中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用起來靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只需要6μS的時(shí)間。MSP430系列單片機(jī)采用的是1.8

39、~3.6V的電源電壓。在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的耗電電流在200~400μA左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式下最低功耗只有 0.1μA。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功</p><p>　　(2) 電源：智能便攜式電子設(shè)備一般要求便于攜帶，所以要重量輕而且體積小，因此一般不用交流供電。由于它顯示通常采用LCD液晶顯示器，電路一般選用功耗非常低的CMOS集成電路，因而整個(gè)系統(tǒng)功耗非常小，

40、可以采用電池為系統(tǒng)供電。</p><p>　　(3) 晶振：為單片機(jī)正常工作提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，晶振是構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)的成員之一，本系統(tǒng)采用12M晶振。</p><p>　　(4) 復(fù)位：使單片機(jī)能夠從程序開始重新運(yùn)行，本系統(tǒng)采用手動(dòng)復(fù)位，人為的控制單片機(jī)的復(fù)位，同時(shí)復(fù)位也是構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成部分。</p><p>　　(5) 溫度傳感器：在工業(yè)測(cè)溫領(lǐng)域中，

41、常用的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻溫度傳感器。熱電式傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)的裝置。將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器；將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的稱為熱電偶傳感器。本課題選用的傳感器是熱電阻PT1000溫度傳感器。</p><p>　　(6) 信號(hào)放大電路：利用具有放大功能的電子電路，將微弱的電流或電壓等信號(hào)放大處理，轉(zhuǎn)換成我們所需要的值，這

42、里是使溫度傳感器的小電流信號(hào)得以放大供單片機(jī)使用。由于由溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，信號(hào)很微弱，需要進(jìn)行放大才能供給單片機(jī)。</p><p>　　(7) LCD顯示：經(jīng)常使用的LED由于體積大和功耗方面的原因已經(jīng)不能滿足人們特定的需要，而越來越多地使用液晶LCD。液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性，通電時(shí)導(dǎo)通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過。通過和不通過的組合就可以在屏幕上

43、顯示出圖像來。由于液晶是通過環(huán)境光來顯示信息的，液晶本身不主動(dòng)發(fā)光，所以液晶功耗很低，更加適合于單片機(jī)低功耗系統(tǒng)。選用低功耗的液晶顯示器LCD作為顯示器件，該顯示器的優(yōu)點(diǎn)是工作電壓低、微功耗、使用方便（體積小、外形薄、平板式顯示），是便攜式智能設(shè)備顯示器件的首選。該系統(tǒng)中的顯示器主要是顯示溫度的測(cè)量值，如果有可能還可以增加時(shí)間模塊，該顯示屏同時(shí)顯示時(shí)間[11]。</p><p>　　(8) 報(bào)警：當(dāng)電源電壓低于系

44、統(tǒng)所需要的最低電壓時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示更換電池的報(bào)警；溫度超過溫度傳感器的測(cè)量范圍時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)報(bào)警，否則會(huì)損壞溫度傳感器甚至整個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)以上情況時(shí)，報(bào)警器的蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音，提醒我們采取相應(yīng)的措施。</p><p>　　(9) 鍵盤：鍵盤的作用是發(fā)送命令以確定對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量或?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行復(fù)位，本系統(tǒng)賦予四個(gè)按鍵，當(dāng)需要復(fù)位時(shí)按下復(fù)位鍵，系統(tǒng)重新回到初始狀態(tài)，當(dāng)需要測(cè)量溫度時(shí)按下測(cè)量鍵，系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，為了

45、減少電量的消耗，不用時(shí)可以關(guān)閉該系統(tǒng)，最后一個(gè)按鍵可以用作系統(tǒng)擴(kuò)展模塊。</p><p>　　(10) 串口：串行接口是一種可以將接受來自CPU的并行數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)流發(fā)送出去，同時(shí)可將接受的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)字符供給CPU的器件。串口使該系統(tǒng)與上位機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以將測(cè)量的結(jié)果傳給上位機(jī)，更好的對(duì)溫度進(jìn)行控制。</p><p>　　(11

46、) LED燈：指示單片機(jī)的工作狀態(tài)，本系統(tǒng)采用4個(gè)LED指示燈，該系統(tǒng)的LED指示燈與鍵盤是對(duì)應(yīng)的，當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)到復(fù)位燈會(huì)亮起，當(dāng)按下測(cè)量鍵時(shí)，相應(yīng)的測(cè)量燈會(huì)亮起，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，報(bào)警燈會(huì)不停的閃爍。當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)所有的燈都滅，這樣才能更好的了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。</p><p>　　2.2低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x工作過程描述</p><p>　　本論文以單片機(jī)為中心，以低功耗

47、為目的對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)。單片機(jī)要正常工作，必須有電源、晶振、復(fù)位，構(gòu)成單片機(jī)工作所需的最小系統(tǒng)，否則單片機(jī)就不能工作。溫度傳感器將外界的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過放大電路將信號(hào)進(jìn)行放大并輸入單片機(jī)，這步是必須的，否則輸入單片機(jī)的信號(hào)時(shí)無用的。單片機(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)換模塊，這樣不必增加A/D轉(zhuǎn)換模塊，該模塊將信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，變換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)是不識(shí)別模擬信號(hào)的。再經(jīng)過單片機(jī)的運(yùn)算將溫度輸出到LCD顯示屏幕上。單片機(jī)的

48、運(yùn)算時(shí)消耗電能最多的部分，想要從根本上降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，就必須降低單片機(jī)的功耗，因此在選擇單片機(jī)時(shí)非常關(guān)鍵，既要滿足系統(tǒng)的要求，又要符合實(shí)際情況，所以選擇MSP430系列單片機(jī)。系統(tǒng)工作時(shí)會(huì)不停的掃描鍵盤，檢查鍵盤是否有按下的鍵。當(dāng)鍵盤按下復(fù)位鍵時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到該鍵按下時(shí)，相應(yīng)的LED燈會(huì)亮，單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)不需要系統(tǒng)工作時(shí)，按下關(guān)閉鍵，系統(tǒng)檢測(cè)到該鍵按下時(shí)，單片機(jī)就會(huì)停止工作。對(duì)于按鍵的檢測(cè)，要加上去抖措施，否則系統(tǒng)會(huì)出錯(cuò)，因?yàn)閱纹?/p>

49、機(jī)工作時(shí)間都是納秒與毫秒的級(jí)別，人的反應(yīng)時(shí)間至少要0.2秒，時(shí)間差距大，現(xiàn)實(shí)過程中也會(huì)不小</p><p>　　3 低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)框圖，設(shè)計(jì)了各個(gè)模塊的硬件電路圖。在protel99se軟件畫了系統(tǒng)的硬件電路圖，并且進(jìn)行了電器規(guī)則檢查。</p><p>　　3.1單片機(jī)控制電路</p><

50、p>　　單片機(jī)控制電路圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1單片機(jī)控制電路圖</p><p>　　(1) MSP430系列單片機(jī)主要特點(diǎn)：低電源電壓范圍，1.8~3.6V，超低功耗，高速的運(yùn)算能力，16位RISC架構(gòu)，125ns指令周期；多通道10-14位A/D轉(zhuǎn)換器、雙路12位D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、液晶驅(qū)動(dòng)器、電源電壓檢測(cè)、串行口SART(以RT/SPI)、硬件乘法器、看

51、門狗定時(shí)器、多個(gè)16位、8位定時(shí)器(可進(jìn)行捕獲，比較，PWM輸出)、DMA控制器；FLASH存儲(chǔ)器，不需要額外的高電壓就在運(yùn)行中由程序控制寫擦除和段的擦除；MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真調(diào)試通過一個(gè)簡(jiǎn)單的JTAG接口轉(zhuǎn)換器就可以方便的實(shí)現(xiàn)如設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行、讀寫寄存器等調(diào)試；快速靈活的變成方式，可通過JTAG和BSL兩種方式向CPU內(nèi)裝在程序。應(yīng)用MSP430系列單片機(jī)構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)要考慮選型的問題，選擇MSP

52、430系統(tǒng)單片機(jī)型號(hào)應(yīng)該遵循以下原則：</p><p>　　a. 選擇最容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)而且性能/價(jià)格比高的機(jī)型；</p><p>　　b. 在研制任務(wù)重，時(shí)間緊的情況下，首選熟悉的機(jī)型；</p><p>　　c. 欲選的機(jī)型在市場(chǎng)上有穩(wěn)定充足的貨源。</p><p>　　MSP430系列的FLASH型單片機(jī)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都

53、具有顯著優(yōu)勢(shì)，使應(yīng)用程序升級(jí)和代碼改進(jìn)更為方便，成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用的主流機(jī)型。其存儲(chǔ)器模塊是目前業(yè)界所有內(nèi)部集成FLASH存儲(chǔ)器產(chǎn)品中能耗最低的一種，消耗功率僅為其他采用FLASH存儲(chǔ)器的微控制器的1/5。FLASH的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成密度大，點(diǎn)可擦寫，成本低。由于FLASH可以局部擦除，且寫入、擦除次數(shù)可達(dá)數(shù)萬次以上，從而使開發(fā)微控制器不再需要昂貴的專用仿真器。</p><p>　　根據(jù)需要，在MSP430系列

54、中選定MSP430F4250這款單片機(jī)[12]。</p><p>　　(2) MSP430與外圍設(shè)備的接線介紹 </p><p>　　單片機(jī)的RST引腳為復(fù)位引腳，所以該引腳與手動(dòng)復(fù)位設(shè)備相連，低電平有效；</p><p>　　單片機(jī)的DVcc、DVss為數(shù)字電源的正負(fù)，AVss、AVcc、Vref為模擬電源的正負(fù)和模擬參考電壓。這五個(gè)引腳共同構(gòu)成了單片機(jī)的供電系統(tǒng)

55、，為單片機(jī)提供電能，保證單片機(jī)正常工作；</p><p>　　單片機(jī)的XIN、XOUT為單片機(jī)的晶振引腳，外部提供的晶振與該引腳相接，為單片機(jī)提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)；</p><p>　　單片機(jī)的P6.0/A0+、P6.1/A0-引腳為模擬輸入，從傳感器傳過來的信號(hào)為模擬信號(hào)由此引腳輸入，P1.4/A3~/DAC0該引腳為A/D轉(zhuǎn)換引腳；</p><p>　　單片機(jī)自帶

56、該模塊，要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，所以要接該引腳。單片機(jī)的P6.4~P6.7作為通用I/O口，與外圍的鍵盤模塊相接；</p><p>　　單片機(jī)的COM0~COM3、P2.0~P2.6這11個(gè)引腳與單片機(jī)的LCD顯示屏相連，用來顯示經(jīng)過單片機(jī)處理的溫度結(jié)果；</p><p>　　單片機(jī)的P2.7、P5.5~P5.7作為通用I/O口與LED燈相連，用來指示單片機(jī)的工作狀態(tài)；</p>&l

57、t;p>　　單片機(jī)的P5.0也是作為通用I/O口與報(bào)警模塊相連，供系統(tǒng)報(bào)警；</p><p>　　單片機(jī)的P1.0與P1.1與外圍的串口相連，用來使單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信。</p><p><b>　　3.2電源模塊</b></p><p>　　如圖3.2所示，單片機(jī)的電源模塊。</p><p>　　(1) 系統(tǒng)的

58、電壓選擇 </p><p>　　系統(tǒng)功耗與系統(tǒng)供電電壓有密切的關(guān)系，一般成正比，所以供電電壓越高，系統(tǒng)功耗也就越大。因?yàn)楸銛y式智能設(shè)備通常是由電池供電，故應(yīng)盡量采用低電壓供電，這樣即有利于減少系統(tǒng)的功耗，又能用方便的電池供電。這樣才能符合設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b>　　圖3.2電源電路</b></p><p>　　(2) 低功耗智能便

59、攜式電子設(shè)備的電源供給 </p><p>　　智能便攜式電子設(shè)備一般要求便于攜帶，所以要重量輕而且體積小，因此一般不用交流供電。由于它顯示通常采用LCD液晶顯示器，單片機(jī)選用超低功耗，把器件的功耗都盡可能的降低到最小，因而整個(gè)系統(tǒng)功耗非常小，可以采用電池為系統(tǒng)供電。</p><p>　　綜上所述，該系統(tǒng)采用3號(hào)電池為整個(gè)系統(tǒng)供電是最佳的，是可以實(shí)現(xiàn)的。</p><p&

60、gt;　　3.3復(fù)位與晶振模塊</p><p>　　如圖3.3所示，單片機(jī)的復(fù)位模塊與晶振模塊。</p><p>　　圖3.3 復(fù)位與晶振電路圖</p><p>　　圖3.2和圖3.3構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，可以保證單片機(jī)正常工作。圖3.3左為單片機(jī)的手動(dòng)復(fù)位電路，RST與單片機(jī)的RST相連，當(dāng)單片機(jī)工作時(shí)需要復(fù)位時(shí)，按下S5，電容這時(shí)已經(jīng)放電，電容通過S5形成回路，

61、放電，這時(shí)單片機(jī)復(fù)位端為低電平，經(jīng)過一段時(shí)間單片機(jī)復(fù)位。圖3.3右為單片機(jī)的晶振電路。外接晶振可以為單片機(jī)提供精度很高的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。晶振的頻率必須與電容相匹配，否則提供的時(shí)鐘信號(hào)不準(zhǔn)。該引腳與單片機(jī)的XIN、XOUT相連，這里采用12M的晶振為單片機(jī)提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p><b>　　3.4信號(hào)處理模塊</b></p><p>　　如圖3.4所示，單片

62、機(jī)的信號(hào)處理模塊。</p><p><b>　　a. 傳感器 </b></p><p>　　圖3.4的最左端為溫度傳感器PT1000，在工業(yè)測(cè)溫領(lǐng)域中，常用的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻溫度傳感器。熱電式傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性，對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)的裝置。將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器；將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的

63、稱為熱電此外，還有多種其它類型的溫度測(cè)量?jī)x，例如用晶體管測(cè)溫元件和光導(dǎo)纖維測(cè)溫傳感器[4]。</p><p>　　圖3.4 信號(hào)處理電路圖</p><p>　　熱電阻傳感器：熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。</p><p><b>

64、;　　(1) 鉑電阻 </b></p><p>　　鉑易于提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度；制成的鉑電阻輸出—輸入特性接近線性。鉑電阻的電阻值與溫度之間的關(guān)系：</p><p>　　0~ (3.1) </p><p>　　-200~ (3.2) <

65、;/p><p>　　鉑電阻制成的溫度計(jì)，除作溫度標(biāo)準(zhǔn)外，還廣泛應(yīng)用于高精度的工業(yè)測(cè)量。由于鉑為貴金屬，一般在測(cè)量精度要求不高和測(cè)溫范圍較小時(shí)，均采用銅電阻。</p><p><b>　　(2) 銅電阻 </b></p><p>　　銅在-50~150℃范圍內(nèi)銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出一輸入特性接近線性，價(jià)格低廉。當(dāng)溫度高于100℃時(shí)易被氧化，

66、因此適用于溫度較低和沒有浸蝕性的介質(zhì)中工作。</p><p>　　(3) 其他熱電阻 </p><p>　　鎳使用溫度范圍是-50~100℃和- 50~150℃。但目前應(yīng)用較少，鎳非線性嚴(yán)重，材料提取也困難。但靈敏度都較高，穩(wěn)定性好，在自動(dòng)恒溫和溫度補(bǔ)償方面的應(yīng)用較多。錮電阻適宜在-269~258℃溫度范圍內(nèi)使用，測(cè)溫精度高，靈敏度是鉑電阻的10倍，但是復(fù)現(xiàn)性差。</p>

67、<p>　　綜合上述特點(diǎn)我們選用鉑電阻。鉑電阻的電阻值與溫度之間的關(guān)系可以用以下公式描述：</p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　溫度t在-200~，A=，B=，當(dāng)t>0時(shí)，C=0；t<0時(shí)，C=。</p><p>　　根據(jù)歐姆定律V=IR，如果其中I就是流過鉑電阻的電流，V是鉑電阻兩端的電壓

68、，R是鉑電阻的電阻值，I是由CPU提供給鉑電阻的，I越大，系統(tǒng)功耗越大，V是系統(tǒng)要采集的信號(hào)，當(dāng)I一定時(shí)，V越大那么抗干擾性能就越好，因?yàn)槟骋粋€(gè)特定的干擾信號(hào)的幅值是一定的，當(dāng)V變大時(shí)，干擾信號(hào)與其比值就變小，所以抗干擾能力就高[14]。</p><p>　　因此選用 PT1000，因?yàn)樗a(chǎn)生同樣大的信號(hào)流過的電流比PT100小10倍，也就是說，在采樣時(shí)，同樣大小的電壓信號(hào)，需要的電流比PT100小得多，所以可以

69、降低功耗，其測(cè)量范圍為-200℃~+850℃。而且 PT1000穩(wěn)定性好，可以采用軟件措施進(jìn)行非線性補(bǔ)償。選用熱電偶傳感器同樣可實(shí)現(xiàn)低功耗，其精度比 PT1000差，但測(cè)量溫度值比較高，一般500度以上選用熱電偶測(cè)量。</p><p>　　如圖3.4，信號(hào)放大電路，溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為小電壓信號(hào)，然后傳給信號(hào)放大電路，放大電路的放大倍數(shù)為12k/3k+1=5，放大電路將信號(hào)放大后，傳給單片機(jī)，單片機(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)

70、換模塊，信號(hào)只有經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)才能處理[15]。</p><p><b>　　b. A/D轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件或設(shè)備，它是模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之間的接口。A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)方法有多種，用不同的方法實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換器具有不同的特性。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：</p

71、><p>　　(1) 分辨率：對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器來說，分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼時(shí)，輸入的模擬電壓變化量。具體定義為滿量程電壓與之比值，其中n就是A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。例如：12位的ADC能夠分辨出滿刻度的，或滿刻度的0.24%。所以一個(gè)12位ADC的滿刻度為10V，那么該ADC能夠分辨出的輸入電壓變化的最少值為2.4mV。由于ADC分辨率的高低取決于位數(shù)的多少，所以通常也以ADC的位數(shù)來表示分辨率。</

72、p><p>　　(2) 量化誤差：量化誤差是由A/D轉(zhuǎn)換器的有限分辨率而引起的誤差。如果不計(jì)其它誤差，一個(gè)分辨率有限的A/D轉(zhuǎn)換器的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線，它分辨率無限的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換特性曲線(直線)之間的最大偏差，我們將其稱為量化偏差。對(duì)于在零刻度處有 1/2LSB偏移的A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差為1/2LSB，沒有加入偏移量A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差為-1LSB。</p><p>　　(3) 轉(zhuǎn)換速

73、率：A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換率就是在保證轉(zhuǎn)換精度時(shí)，能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，也就是每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)(MSPS=兆次/秒)。轉(zhuǎn)換時(shí)間是完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，它是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)[8]。</p><p>　　c. SD16_A介紹</p><p>　　(1) SD16_A的結(jié)構(gòu) </p><p>　　目前MSP430F42X0和F20X3系列含有SD16_A模塊，S

74、D16_A是單通道多路選擇的16位sigma-delta模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，具有高阻抗輸入緩存內(nèi)部參考電壓、內(nèi)置溫度傳感器。轉(zhuǎn)換器基于二階過采樣 sigrna-delta的調(diào)制和數(shù)字抽取濾波器。抽取濾波器是可選過采樣率(上至1024)的梳形濾波器。附加的濾波可用軟件實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(2) SD16_A的特征</p><p>　　1) 16位sigma-delta架構(gòu)；</p&

75、gt;<p>　　2) AVcc測(cè)量；</p><p>　　3) 8個(gè)復(fù)用的差分模擬輸入；</p><p>　　4) 軟件可選的片上參考電壓的產(chǎn)生；</p><p>　　5) 軟件可選的內(nèi)部或外部參考電壓；</p><p>　　6) 內(nèi)置溫度傳感；</p><p>　　7) 30KHz—1.1MHz的調(diào)制

76、器輸入頻率；</p><p>　　8) 高阻抗輸入緩存(MSP430F42X0沒有此特性；</p><p>　　9) 可選的低功耗轉(zhuǎn)換模式； </p><p>　　10) 高達(dá)1024過采樣。</p><p><b>　　3.5顯示模塊</b></p><p>　　如圖3.5所示，單片機(jī)的顯示模塊

77、。</p><p>　　在MSP430系列單片機(jī)中，MSP430F4XX系列片內(nèi)具有段式液晶驅(qū)動(dòng)模塊。MSP430X42X0和MSP430FG46XX系列內(nèi)具有LCD_A控制器。在液晶驅(qū)動(dòng)電路中，液晶等效為電容，兩個(gè)電極板分別為公共極與段極。公共極由COM信號(hào)驅(qū)動(dòng)，段極由SEG信號(hào)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　圖3.5 LCD顯示電路圖</p><p>　　3.5.1

78、 MSP430液晶驅(qū)動(dòng)模塊的主要特點(diǎn)</p><p>　　a. 具有顯示緩存器；</p><p>　　b. 所需的SEG、COM信號(hào)自動(dòng)產(chǎn)生；</p><p>　　c. 4種驅(qū)動(dòng)方法；</p><p>　　d. 多種掃描頻率；</p><p>　　e. 段輸出端口可以切換為通常輸出端口；</p><

79、;p>　　f. 顯示緩存器可作為一般存儲(chǔ)器；</p><p>　　g. 用ACLK經(jīng)Basic Timer產(chǎn)生頻率。</p><p>　　3.5.2液晶驅(qū)動(dòng)方法</p><p>　　MSP430液晶驅(qū)動(dòng)模塊有4種驅(qū)動(dòng)方法，分別為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、2MUX驅(qū)動(dòng)、3MUX驅(qū)動(dòng)以及4MUX驅(qū)動(dòng)。特點(diǎn)如表3.1所列：</p><p>　　表3.1 液晶

80、驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)</p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方法，除了公共極需要1個(gè)引腳，驅(qū)動(dòng)的每一段還各需要一個(gè)引腳。如果設(shè)計(jì)中涉及很多段數(shù)，就需要占用眾多引腳為了減少引腳個(gè)數(shù)，可以根據(jù)需要選擇多路驅(qū)動(dòng)方法：2MUX驅(qū)動(dòng)、3MUX驅(qū)動(dòng)、4MUX驅(qū)動(dòng)方法。增加公共</p><p>　　極個(gè)數(shù)，可以極大地減少引腳數(shù)。需要驅(qū)動(dòng)段數(shù)越多，效果越明顯。如要顯示80段，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)、2MUX驅(qū)動(dòng)、3MUX驅(qū)動(dòng)、4MUX驅(qū)動(dòng)下

81、所需要的引腳數(shù)依次為81、42、30和24個(gè)。</p><p>　　不管是選用那種驅(qū)動(dòng)方法，如果自己用單片機(jī)通過軟件直接來驅(qū)動(dòng)LCD，也很麻煩，所以盡量選用CPU本身有LCD控制器來驅(qū)動(dòng)LCD。這樣程序會(huì)變得很簡(jiǎn)單，同時(shí)也能降低系統(tǒng)功耗[10]。</p><p>　　3.5.3 LCD控制器與LCD_A控制器的比較</p><p>　　LCD_A控制器是MSP430

82、新模塊，目前MSP430X42X0和MSP430FG46XX系列具有LCD_A控制器。</p><p>　　a. LCD控制器與LCD_A控制器的共性</p><p>　　(1) 具有超低功耗特；</p><p>　　(2) 自動(dòng)產(chǎn)生S和COM所需信號(hào)；</p><p>　　(3) 4/3/2/l多路復(fù)用；</p><p&

83、gt;　　(4) 最多顯示160段；</p><p>　　(5) 相同的顯示緩存結(jié)構(gòu)和操作方法；</p><p>　　(6) 段和I/O引腳的功能選擇。</p><p>　　b. LCD_A控制器區(qū)別于LCD控制器的方面</p><p>　　(1) 目前只存在于MSP430X42XO和MSP430FG46XX系列中；</p>&

84、lt;p>　　(2) 內(nèi)部穩(wěn)壓發(fā)生器；</p><p>　　(3) 內(nèi)部或外部偏置生成，可實(shí)現(xiàn)較小的封裝；</p><p>　　(4) 內(nèi)部超低功耗充電泵設(shè)計(jì)，在低Vcc情況下也能控制LCD的對(duì)比度；</p><p>　　(5) 3或4多路復(fù)用的1/2偏置；</p><p>　　(6) 內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器；</p><p

85、>　　(7) 不需要基本定時(shí)器。</p><p>　　從兩者的控制器結(jié)構(gòu)可以知道：LCD_A控制器內(nèi)部集成了Charge Pump可以用于產(chǎn)生LCD驅(qū)動(dòng)的偏壓，進(jìn)行對(duì)比度調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)一步減少系統(tǒng)所需要的外部器件。LCD_A控制器內(nèi)部有時(shí)鐘發(fā)生器，不再需要基本定時(shí)器。</p><p>　　3.5.4 RT12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊</p><p>　　

86、RT12864M可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性：</p><p>　　1) 電源：VDD 3.3V~5V(內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓)；</p><p>　　2) 顯示內(nèi)容：128列×64行；</p><p>　　3) 顯示顏色：黃綠；&

87、lt;/p><p>　　4) 顯示角度：6：00鐘直視；</p><p>　　5) LCD類型：STN；</p><p>　　6) 與MCU接口：8位或4位并行/3位串行；</p><p>　　7) 配置LED背光；</p><p>　　8) 多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。</p>

88、<p><b>　　3.6報(bào)警模塊</b></p><p>　　單片機(jī)的報(bào)警電路如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 報(bào)警電路圖</p><p>　　由圖3.6可知，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管關(guān)斷，蜂鳴器不發(fā)聲。當(dāng)系統(tǒng)電壓不足或是測(cè)量的范圍超過一定的范圍時(shí)，蜂鳴器才會(huì)發(fā)聲。電

89、路可采用單電源供電。該模塊的引腳與單片機(jī)的P5.0相接。</p><p>　　3.7鍵盤與LED燈模塊</p><p>　　如圖3.7鍵盤電路與3.8 LED電路所示。</p><p>　　圖3.7 鍵盤電路圖</p><p>　　圖3.8 LED指示燈電路圖</p><p>　　(1) 鍵盤模塊與LED燈模塊一一對(duì)應(yīng)

90、，當(dāng)按下S1時(shí)D1會(huì)相應(yīng)的電亮。兩圖的電阻都是為了限流，防止電流過大燒壞其他元器件。單片機(jī)的P6.4~P6.7與K1~K4相連，單片機(jī)P2.7、P5.5~P5.7作為通用I/O口與LED燈L1~L4相連。</p><p>　　(2) 為了確定哪個(gè)按鍵按下，系統(tǒng)必須不斷的對(duì)鍵盤端口進(jìn)行掃描，當(dāng)檢測(cè)到有低電平時(shí)，此按鍵按下。需要注意的是，在用單片機(jī)對(duì)鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說的抖

91、動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定現(xiàn)象，這是一種正?，F(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般在，0-200ms之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來說太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒級(jí)的單片機(jī)而言則是漫長(zhǎng)的。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，我們必須去除或避開它。目前的技術(shù)有硬件去抖動(dòng)和軟件去抖動(dòng)，硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對(duì)抖動(dòng)部分加之處理，但是實(shí)現(xiàn)的難度較大又會(huì)提高了成本。軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避開抖動(dòng)部分的

92、時(shí)間，等鍵盤穩(wěn)定了再對(duì)其處理。</p><p><b>　　3.8串口通信模塊</b></p><p>　　如圖3.9所示，單片機(jī)的串口通信模塊。</p><p><b>　　圖3.9 串口電路</b></p><p>　　PC 機(jī)與單片機(jī)的 USART 的連接方式最簡(jiǎn)單的是三線方式，這是進(jìn)行 RS

93、-232全雙工通信所必需的最少線數(shù)。由于單片機(jī)輸入、輸出電平為 TTL 電平，而 PC 機(jī)配置的是 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此要完成 PC機(jī)與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。圖12為單片機(jī)的 RS-232電平轉(zhuǎn)換電路。圖中 MAX232將單片機(jī) TX 輸出的TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS-232電平，輸入到PC機(jī)，并將PC機(jī)輸出的RS-232電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平輸出到單片機(jī)的RX引腳。單片機(jī)的P1.0與P

94、1.1與外圍串口M1、M2相連。</p><p>　　3.9降低功耗的硬件措施</p><p>　　3.9.1晶體管的性質(zhì)</p><p>　　集成電路按晶體管的性質(zhì)不同可以分為TTL和CMOS兩大類，TTL速度快，CMOS功耗低。CMOS的靜態(tài)功耗幾乎為零，輸出邏輯電平范圍大，抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)其工作溫度范圍也寬。CMOS電路以其優(yōu)良的特性成為目前應(yīng)用最廣泛的集成

95、電路，在設(shè)計(jì)低功耗能便攜式智溫度測(cè)量?jī)x時(shí)，應(yīng)該盡可能優(yōu)先選擇用CMOS集成電路[5]。</p><p>　　3.9.2選用低功耗單片機(jī)</p><p>　　MSP430系列單片機(jī)采用的是1.8~3.6V的電源電壓。在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的耗電電流會(huì)在200~400μA左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式下最低功耗只有0.1μA。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有

96、著顯著的不同[6]。</p><p>　　3.9.3選用低功耗外圍電路和器件</p><p>　　為了降低功耗，還應(yīng)該盡可能避免使用I/O線上的上拉或下拉電阻；不使用的輸入端應(yīng)加上拉電阻，不能懸空；少用需維持一個(gè)恒定電流的驅(qū)動(dòng)電阻或雙極型晶體管；滿足應(yīng)用要求的條件下，為提供給單片機(jī)或其它數(shù)字器件選擇較低的振蕩頻率。</p><p>　　3.9.4選擇低功耗的工作方式

97、</p><p>　　(1) 低功耗便攜式智能電子系統(tǒng)中幾乎全部采用的是CMOS器件，CMOS集成電路靜態(tài)功耗幾乎為零，動(dòng)態(tài)功耗與電路的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間成正比，與邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換頻率成正比。所以在滿足運(yùn)算速度要求的前提下，盡可能的降低時(shí)鐘頻率，以降低功耗[7]。</p><p>　　(2) 在低功耗智能便攜式系統(tǒng)中，應(yīng)該重視電源管理技術(shù)，可以通過軟件和硬件的合理使用，使系統(tǒng)功能模塊處于空閑或休

98、眠模式，應(yīng)該充分利用系統(tǒng)的這兩種工作模式，可以有效降低功耗。在空閑模式下，CPU不需要處于活動(dòng)狀態(tài)，而外部設(shè)備需要處于活動(dòng)狀態(tài)的一種低功耗模式，例如LCD靜態(tài)顯示就屬于這種情況?？臻e模式可由復(fù)位或一個(gè)中斷請(qǐng)求來結(jié)束。在休眠模式下，微處理器中的大多數(shù)外部設(shè)備和模塊處于掉電狀態(tài)，這是一種比空閑模式下功耗更低的工作模式。微處理器一般提供多種不同水平的節(jié)能的時(shí)鐘休眠模式，可以通過切斷那些不處于使用狀態(tài)的硬件設(shè)備的電力供應(yīng)，系統(tǒng)功耗有效降低[8]

99、。 </p><p><b>　　4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試</b></p><p>　　4.1低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x的PCB制作</p><p>　　印刷電路板是整個(gè)控制系統(tǒng)、信號(hào)線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大，故印刷電路板設(shè)計(jì)決不單是器件，線路的簡(jiǎn)單布局安排，還必須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則。在線條安

100、排上，盡量使公共地線與電源線寬些，并使它們盡可能靠近需要供電的電路，減小電源線和地線的長(zhǎng)度，這樣可以減小電源線和地線的公共阻抗，布線中要防止回路中的重疊面積，以減小相互感應(yīng)。</p><p>　　4.1.1 PCB板布局</p><p>　　本文的電路設(shè)計(jì)不是很復(fù)雜，采用手工布局。手工布局的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，設(shè)計(jì)者可以完全按照電路工作的實(shí)際要求，來進(jìn)行元件的布局，所生成的元件布局可以符合實(shí)

101、際應(yīng)用要求，也利于后面的布線操作。</p><p>　　根據(jù)電路功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：</p><p>　　(1) 按電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置,使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致方向。 </p><p>　　(2) 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它進(jìn)行布局,元器件應(yīng)均勻，整齊，緊湊的排列在PCB上。盡量減少

102、和縮短各元器件之間的引線和連接。布局的過程中，應(yīng)盡量將相關(guān)連的元器件就近放置，以減短走線的長(zhǎng)度；時(shí)鐘電路、晶振、電容應(yīng)緊貼相接的芯片，這樣有利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。</p><p>　　(3) 位于電路板邊緣的元器件。與電路板邊緣一般不小于2mm電路板的最佳形狀為矩形，通常選用0.2~0.3mm導(dǎo)線寬度，當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線。</p><p>　　4.1.2 PCB的

103、布線</p><p>　　線是重要的抗干擾措施，本設(shè)計(jì)首先對(duì)電源線進(jìn)行手工布線，緊接著對(duì)電路板的其他部分進(jìn)行自動(dòng)布線，最后再對(duì)整個(gè)電路的布線進(jìn)行手工修改。在整個(gè)布線過程中，應(yīng)遵守以下原則：</p><p>　　(1) 輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。</p><p>　　(2) 印刷板導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附

104、強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。對(duì)于集成電路，尤其數(shù)字電路電源線和地線，電源線和地線應(yīng)接成樹狀，盡量加粗，使它能通過三倍于印刷板上的允許電流。如有可能，接地</p><p>　　2~3mm以上。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對(duì)于集成電路，其間距最小可為0.5mm。</p><p>　　(3) 印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。此外

105、，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹或脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。</p><p>　　(4) 數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上即有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)，可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗。</p><p

106、>　　4.2低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x調(diào)試</p><p>　　低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x根據(jù)原理圖完成硬件的制作，并根據(jù)有關(guān)算法完成軟件編程，并進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)原設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.2.1低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x分析</p><p>　　(1) 若系統(tǒng)各項(xiàng)功能都不能工作，查看電源是否有接觸不良的情況。</p><

107、;p>　　(2) 若系統(tǒng)LED不亮，要檢查接線是否正確或LED燈是否完好。</p><p>　　(3) 若系統(tǒng)的顯示屏不亮，除了要檢查顯示平的完好外，還要調(diào)整顯示屏的亮度。</p><p>　　(4) 無意間按下鍵盤，系統(tǒng)有反應(yīng)，要檢查是否有消抖的措施。</p><p>　　(5) 用電池電壓不足的電源測(cè)試報(bào)警器是否能正常的工作。若不能工作，要檢查報(bào)警器的接線

108、以及報(bào)警器的完好。</p><p>　　4.3低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x改進(jìn)方法</p><p>　　(1) 在顯示溫度的時(shí)候可以加上時(shí)間的顯示，能更好的實(shí)時(shí)的觀測(cè)溫度的變化。</p><p>　　(2) 可以將溫度傳感器與其他設(shè)備聯(lián)系起來，當(dāng)溫度變化的時(shí)候，這些設(shè)備也做出相應(yīng)的反應(yīng)，做到控制某些事物。</p><p><b>　　

109、5 結(jié)論</b></p><p>　　本論文研究了一種基于MSP430F4250單片機(jī)的低功耗智能便攜式溫度測(cè)量?jī)x，經(jīng)過相關(guān)資料的查詢以及不懈的努力，完成了低功耗智能便攜式測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)，該測(cè)溫儀測(cè)溫范圍寬，精度高，穩(wěn)定度好，高集成混合芯片，利用COMS集成芯片使得線路本身超低功耗，節(jié)能環(huán)保，利用CPU內(nèi)核集成電路，使得儀表智能變得更為強(qiáng)大，可以輕易實(shí)現(xiàn)傳感器全量程范圍內(nèi)測(cè)量，利用MSP430F425

110、0內(nèi)部SD16_A采樣模塊實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，液晶顯示能夠?qū)囟冗M(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便讀數(shù)。</p><p>　　在本論文中，作者完成了電路圖的繪制及PCB電路板的制作，但基于個(gè)人能力有限，具體的實(shí)物沒有完成，這些方面還需在今后的學(xué)習(xí)中完成。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫德銀.基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)