標(biāo)題: 基于MSP430單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [打印本頁(yè)]
作者: cylsw    時(shí)間: 2018-6-28 20:03
標(biāo)題: 基于MSP430單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程指導(dǎo)教程
——《單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐》
——《電子設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐》

基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)
設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)


     2015年9月
摘要

整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)MSP430G2553控制DS18B20讀取溫度，采用LCD1602顯示，溫度傳感器DS18B20與單片機(jī)之間通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.MSP430系列單片機(jī)具有超低功耗，且外圍的整合性高，DS18B20只需一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)數(shù)信，連接方便。

目錄

1 項(xiàng)目要求
2項(xiàng)目分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3 硬件設(shè)計(jì)
3.1單片機(jī)選型模塊
3.2溫度測(cè)量模塊
3.3 LCD液晶顯示模塊
3.4系統(tǒng)電源
4 軟件設(shè)計(jì)
4.1主程序
4.2溫度測(cè)量子程序
5 系統(tǒng)調(diào)試
5.1硬件調(diào)試
5.2程序調(diào)試
5.3聯(lián)合調(diào)試
6項(xiàng)目演練
7項(xiàng)目總結(jié)
附錄1電路設(shè)計(jì)原理圖（參考）
附錄2  PCB設(shè)計(jì)原理圖（參考）
附錄3 關(guān)鍵程序（參考）
基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
1 項(xiàng)目要求
此系統(tǒng)的主要功能：
● 可以測(cè)量一定攝氏度內(nèi)的溫度；
● 用液晶顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位；
● 利用溫度傳感器（DS18B20）測(cè)量某一點(diǎn)環(huán)境溫度；
● 至少有高、低兩路限溫控制輸出接口控制外部電路。
● 高、低兩路限溫控制點(diǎn)可在一定范圍內(nèi)獨(dú)立設(shè)置，通過(guò)發(fā)光二極管模擬顯示其控制狀態(tài)輸出。
● 當(dāng)溫度達(dá)到高、低限溫控制點(diǎn)發(fā)光報(bào)警；
● 提高溫度測(cè)量精度，使分辨率不低于0.10C；
● 可以通過(guò)按鍵設(shè)置高、低兩路限溫控制點(diǎn)。
2項(xiàng)目分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)
此數(shù)字溫度控制系統(tǒng)硬件部分利用了MSP430G2553芯片內(nèi)部的ADC10功能配置，結(jié)合DS18B20溫度傳感器來(lái)測(cè)量環(huán)境中的溫度，將所測(cè)數(shù)值在LCD1602串行顯示；軟件部分利用CCS軟件來(lái)進(jìn)行編譯，并且根據(jù)實(shí)際需要來(lái)完成各模塊程序的編寫，再進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試。
3 硬件設(shè)計(jì)
該溫度控制系統(tǒng)在MSP430G2553芯片的功能配置和協(xié)調(diào)下，與其他模塊搭建來(lái)完成。由MSP430控制溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境中的溫度，然后在LCD5110顯示出來(lái)，當(dāng)該溫度超過(guò)了設(shè)定的最大或者最小溫度值時(shí)，LED開(kāi)始報(bào)警。


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圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
3.1單片機(jī)選型模塊
基于名為L(zhǎng)aunch Pad，MSP-EXP430G2低成本實(shí)驗(yàn)板是一款適用于TI最新MSP430G2XXX犀利產(chǎn)品的完整開(kāi)發(fā)解決方案�；赨SB的集成型仿真器可提供全系列MSP430G2XX器件開(kāi)發(fā)應(yīng)用所必備的所有軟件、硬件。Lunch Pad具有集成的DIP目標(biāo)插座，可支持多達(dá)20個(gè)引腳，從而使MSP430Value Line器件能夠輕松插入LaunchPad實(shí)驗(yàn)板電路。
圖3.2單片機(jī)選型模塊圖
3.2溫度測(cè)量模塊
溫度測(cè)量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55℃~125℃，可編程為9位~12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率達(dá)到0.0625℃，采用寄生電源工作方式，CPU只需一根口線便能與DS18B20通信，占用CPU口線少，可節(jié)省大量引線和邏輯電路。接口電路如圖3.3所示。
圖3.3 DS18B20測(cè)量電路圖
3.3 LCD液晶顯示模塊
LCD液晶顯示模塊采用LCD1602型號(hào)，性價(jià)比高，LCD1602可以顯示32個(gè)字符，口相對(duì)簡(jiǎn)單。1602共16個(gè)管腳，但是編程用到的主要管腳不過(guò)三個(gè)，分別為：RS(數(shù)據(jù)命令選擇端),R/W（讀寫選擇端）,E（使能信號(hào)）;以后編程便主要圍繞這三個(gè)管腳展開(kāi)進(jìn)行初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)。
以下具體闡述這三個(gè)管腳：
RS為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。
R/W為讀寫選擇，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作。
E端為使能端，后面和時(shí)序聯(lián)系在一起。
除此外，D0~D7分別為8位雙向數(shù)據(jù)線。
其接線如圖3.4所示
圖3.4 LCD顯示電路
3.4系統(tǒng)電源
整個(gè)電路采用USB電源，為所有的USB 外設(shè)提供了單一的易于使用的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型，簡(jiǎn)化了USB 外設(shè)的設(shè)計(jì)。整個(gè)的USB 的系統(tǒng)只有一個(gè)端口和一個(gè)中斷節(jié)省了系統(tǒng)資源。
4 軟件設(shè)計(jì)4.1主程序
本系統(tǒng)整體工作主要由單片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)，其工作過(guò)程為：由MSP430控制溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境中的溫度，然后在LCD1602顯示出來(lái)，當(dāng)該溫度超過(guò)了設(shè)定的最大或者最小溫度值時(shí)，LED開(kāi)始報(bào)警。
程序流程圖如下：


圖4.2 溫度測(cè)量子程序圖
5 系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試
主要根據(jù)系統(tǒng)框圖和硬件原理設(shè)計(jì)進(jìn)行原理的繪制、各參數(shù)的設(shè)置、電路板的制作，以及元器件的焊接等。具體如下：
5.1.1 各單元電路，確認(rèn)各單元電路鏈接無(wú)誤，尤其是關(guān)鍵元器件，一定要接保護(hù)電阻。
（1）在樣機(jī)加電之前，首先用萬(wàn)用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，電源連接是否正確測(cè)試LCD顯示屏是否有輸出，LCD顯示屏上的溫度的顯示是否符合；
（2）運(yùn)用MSP430單片機(jī)中簡(jiǎn)單的I/O口功能，優(yōu)異在檢查硬件是否正常工作時(shí)先檢測(cè)單片機(jī)本身的I/O口設(shè)置，可以先不連接外部電路，使用單片機(jī)本身I/O口，測(cè)試程序是否正確，以免在軟件調(diào)試中引起不必要的麻煩。
5.1.2 PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：
在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并注意其要求。
（1）此系統(tǒng)采用的電阻和電容較多，注意在畫PCB時(shí)注意各器件的封裝，對(duì)照使用的實(shí)物選取封裝，保證焊接硬件的正確性。
（2）此系統(tǒng)采用光敏電阻及較大的極性電容，介于成本的原因，采用的封裝是是直插式的，在PCB設(shè)計(jì)時(shí)特別注意
（3）根據(jù)電路的模塊布局，這樣便于在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行檢查，尤其注意MSP430單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口是否設(shè)置正確。
5.2程序調(diào)試
此程序設(shè)計(jì)中僅使用了MSP430單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口資源，調(diào)試過(guò)程中，主要使用寄存器窗口，以及設(shè)置斷點(diǎn)，觀察系統(tǒng)程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì)采集來(lái)的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行液晶顯示，所以程序有采集模擬信號(hào)、DA轉(zhuǎn)換和液晶顯示三部分；在中斷子程序設(shè)置斷點(diǎn)，判斷運(yùn)行是否正確。在調(diào)試過(guò)程中，由局部到整體，判斷程序可能出現(xiàn)的問(wèn)題，認(rèn)真分析邏輯，實(shí)現(xiàn)要求的功能，在簡(jiǎn)化程序。

5.2.1 CCSV5的打開(kāi)步驟
  • 右鍵Code Composer Studio v5快捷方式，左鍵打開(kāi)。會(huì)出現(xiàn)如圖5.2所示界面：
圖5.1 Code Composer Studio v5軟件加載界面
（2）加載完畢之后會(huì)有如圖5.3所示界面出現(xiàn)：
圖5.2 Code Composer Studio v5軟件打開(kāi)界面
（3）選擇Project->Import Existing CCS Eclipse Project，導(dǎo)入程序文件夾中的工程；具體操作如圖5.4：
圖5.3 Code Composer Studio v5程序?qū)氩襟E圖
5.2.2CCSV5的使用步驟               
  （1）CCS新建工程：
①首先打開(kāi)CCS并確定工作區(qū)間，然后選擇project-->New CCS Project
彈出圖5.5對(duì)話框。，在簡(jiǎn)化程序。
圖5.4創(chuàng)建新工程主界面
②在project name中輸入新建工程名稱turang。
③在Device部分中，Variant中選擇MSP430G××× Family，芯片選擇MSP430G2553，其余選擇默認(rèn)。
④選擇空工程，然后單擊Finish，完成新工程的創(chuàng)建。
⑤創(chuàng)建工程如圖5.6所示：
圖5.5ProjectExplorer界面
⑥然后選擇File-->New-->Source File，新建一個(gè)C文件，并且命名為turang.C，并在工程名上右擊選擇Add Files，創(chuàng)建工程如圖5.7：
圖5.6 新建工程界面
(2）CCS調(diào)試：
①調(diào)試之前，先確定目標(biāo)配置文件是否已經(jīng)創(chuàng)建并且配置正確。
②首先進(jìn)行工程編譯：選擇Project-->Build Project，編譯目標(biāo)工程。編譯結(jié)果如圖5.8所示，表示沒(méi)有錯(cuò)誤，可以進(jìn)行下載調(diào)試，如果有錯(cuò)誤，知道調(diào)試到?jīng)]錯(cuò)誤為止。
圖5.7工程調(diào)試結(jié)果
③單擊運(yùn)行圖標(biāo)運(yùn)行程序，可以觀察顯示的結(jié)果。在程序調(diào)試的過(guò)程中，也可通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)來(lái)調(diào)試程序，選擇需要設(shè)置斷點(diǎn)的位置，右擊鼠標(biāo)選擇Breakpoints-->Breakpoint，斷點(diǎn)設(shè)置成功后顯示圖標(biāo)可以通過(guò)雙擊該圖標(biāo)來(lái)取消該斷點(diǎn)。程序運(yùn)行的過(guò)程中還可以通過(guò)單步調(diào)試按鈕進(jìn)行調(diào)試。
5.3聯(lián)合調(diào)試
整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件都完成后，需要進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，主要是針對(duì)系統(tǒng)設(shè)定的功能能否完成和完善進(jìn)行調(diào)試。將電路線連接好，接入3V電源，LCD顯示屏亮，且測(cè)得當(dāng)前溫度，如果當(dāng)前溫度超過(guò)給定的量程范圍內(nèi)LED等就會(huì)亮，此時(shí)就是發(fā)出警報(bào)，提示當(dāng)前溫度已超出給定溫度范圍。超出給定的溫度（35°）LED燈就會(huì)亮，否則LED燈就會(huì)滅，如下圖。
圖5.8聯(lián)合調(diào)試圖
1



6項(xiàng)目演練
對(duì)于本設(shè)計(jì)，尚可以進(jìn)一步進(jìn)行如下設(shè)想：
使用按鍵控制設(shè)定的溫度的高低，設(shè)計(jì)思路如下：
系統(tǒng)主要包括16位單片機(jī)MSP430、溫度采集模塊DS18B20、液晶顯示模塊LCD1602、鍵盤控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分。設(shè)計(jì)思路如下：
系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)框圖如下：



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圖6.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖


7項(xiàng)目總結(jié)
此系統(tǒng)單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。430與51的最大區(qū)別在于430有很多的寄存器，較之51程序較為復(fù)雜。雖然與51單片機(jī)的組成都是差不多但還有很大的區(qū)別，就拿本次設(shè)計(jì)還說(shuō)，雖說(shuō)是之前是了解過(guò)還改用msp430設(shè)計(jì)還是有一點(diǎn)的難度，對(duì)于51單片機(jī)I/O口多，而現(xiàn)在我們用的msp430雖說(shuō)是功能多，但編程起來(lái)還是很困難，可能是我知識(shí)的欠缺，之前所學(xué)的可能是最簡(jiǎn)單的，現(xiàn)在學(xué)習(xí)了這個(gè)16位的單片機(jī)還是有一點(diǎn)難度，不過(guò)我們還需多學(xué)習(xí)。
1



附錄1電路設(shè)計(jì)原理圖（參考）
1



附錄2  PCB設(shè)計(jì)原理圖（參考）

附錄3 關(guān)鍵程序（參考）
  1. 主程序：
  2. void main()
  3. {
  4.                 WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;         //關(guān)閉看門狗
  5.                 BCSCTL1=CALBC1_1MHZ;          //BCSCTL1 Calibration Data for 1MHz
  6.                 DCOCTL=CALDCO_1MHZ;           //DCOCTL  Calibration Data for 1MHz
  7.                 BCSCTL2=SELM_1+DIVM_0;        //設(shè)置MCLK為1MHZ
  8.               // __enable_interrupt();      // 中斷控制開(kāi)啟

  10.                 P1SEL&=0X00;            //設(shè)置P1口為I/O模式
  11.                 P2SEL&=0X00;            //設(shè)置P2口為I/O模式
  12.                 P1DIR|=0XFF;            //設(shè)置P1口為輸出模式
  13.                 P2DIR|= (BIT0+BIT1+BIT2+BIT4);            //設(shè)置P2口為輸出模式

  15.                 P1OUT&= 0X00;              //P1口清零
  16.                 P2OUT&=~(BIT0+BIT1+BIT2);  //P2.0 2.1 2.2 清零
  17.                 init();
  18.                 DS18B20_Init();
  19.                 //_EINT();

  21.                 while(1)
  22.                 {
  23.                               DS18B20_ReadTemp();
  24.                               xianshi();
  25.                               baojing ();
  26.                 }
  27. }


  30. 顯示子程序：
  31. void xianshi()
  32. {
  33.               float n;              unsigned long value;
  34.               n=Temper*1000;
  35.               value = (unsigned long int)n;

  37.               temp_display[1] = digit[value/100000];          //100位
  38.               value = value%100000;

  40.               temp_display[2] = digit[value/10000];           //10位
  41.               value = value%10000;

  43.               temp_display[3] = digit[value/1000];            //1位
  44.               value = value%1000;

  46.               temp_display[5] = digit[value/100];             //0.1位
  47.               value = value%100;

  49.               temp_display[6] = digit[value/10];              //0.01位
  50.               value = value%10;

  52.               temp_display[7] = digit[value/1];               //0.001位
  53. }


  56. 報(bào)警子程序：
  57. void baojing ()
  58. {
  59.               t=35;
  60.               if(Temper>t)
  61.               {

  63.                             P2OUT|=BIT4;
  64.                             DispStr(0,0,LCDBuf3);
  65.                             DispStr(0,1,temp_display);
  66.                             Disp1Char(8,1,0XDF);

  68.               }
  69.               else
  70.                             {
  71.                             P2OUT&=~BIT4;
  72.                             DispStr(11,0,"     ");
  73.                             DispStr(0,0,LCDBuf1);
  74.                             DispStr(0,1,temp_display);
  75.                             Disp1Char(8,1,0XDF);

  77.                             }
  78. }


  81. 外延子程序：
  82. //按鍵中斷函數(shù)
  83. #pragma vector=PORT2_VECTOR
  84. __interrupt void Port_2(void)
  85.               {


  88.                 if((P2IN&BIT4)==0)
  89.                 {
  90.                               delay_ms(10);
  91.                               if((P2IN&BIT4)==0)
  92.                               {
  93.                                t=t-1;
  94.                               }
  95.                               P2IFG&=~((BIT4+BIT5));
  96.                 }

  98.                 if((P2IN&BIT5)==0)
  99.                 {

  101.                               delay_ms(10);
  102.                               if((P2IN&BIT5)==0)
  103.                               {
  104.                               t=t+1;
  105.                               }
  106.                               P2IFG&=~((BIT4+BIT5));
  107.                 }
  108.                 P2IFG&=~((BIT4+BIT5));
  109.               }
復(fù)制代碼

完整的Word格式文檔51黑下載地址：
基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).docx (1.45 MB, 下載次數(shù): 144)


作者: xwb97    時(shí)間: 2018-7-12 14:57
好東西 莫非是石油大學(xué)校友？
作者: BBCCDD    時(shí)間: 2018-12-5 22:36
你好，老哥，這個(gè)是我的結(jié)課作業(yè)，你能告訴我要買什么元器件嗎？謝謝！
作者: @逸熏    時(shí)間: 2019-3-16 20:35
你好，有完整代碼嗎？
作者: 老道游天下    時(shí)間: 2019-3-27 15:35

你好，有完整代碼嗎？
作者: hby666    時(shí)間: 2019-4-20 09:32
樓主，大佬有完整版嗎？跪求
作者: 我喜歡火火    時(shí)間: 2019-12-7 15:30
感謝老哥
作者: HinsDeer    時(shí)間: 2020-2-24 15:38
樓主有程序源碼嗎
作者: 酒千觴    時(shí)間: 2020-5-25 14:46
求一份完整版程序
作者: Claireeee    時(shí)間: 2020-6-22 15:05
樓主，求完整代碼



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