基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
1 項目要求此系統(tǒng)的主要功能：
● 可以測量一定攝氏度內(nèi)的溫度；
● 用液晶顯示溫度，精確到小數(shù)點后兩位；
● 利用溫度傳感器（DS18B20）測量某一點環(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、低兩路限溫控制點可在一定范圍內(nèi)獨立設置，通過發(fā)光二極管模擬顯示其控制狀態(tài)輸出。
● 當溫度達到高、低限溫控制點發(fā)光報警；
● 提高溫度測量精度，使分辨率不低于0.10C；
● 可以通過按鍵設置高、低兩路限溫控制點。
2項目分析和系統(tǒng)設計此數(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，結合DS18B20溫度傳感器來測量環(huán)境中的溫度，將所測數(shù)值在LCD1602串行顯示；軟件部分利用CCS軟件來進行編譯，并且根據(jù)實際需要來完成各模塊程序的編寫，再進行復雜的調(diào)試。
3 硬件設計該溫度控制系統(tǒng)在MSP430G2553芯片的功能配置和協(xié)調(diào)下，與其他模塊搭建來完成。由MSP430控制溫度傳感器DS18B20實時測量環(huán)境中的溫度，然后在LCD5110顯示出來，當該溫度超過了設定的最大或者最小溫度值時，LED開始報警。
圖3.1系統(tǒng)結構框圖
3.1單片機選型模塊基于名為Launch Pad，MSP-EXP430G2低成本實驗板是一款適用于TI最新MSP430G2XXX犀利產(chǎn)品的完整開發(fā)解決方案�；赨SB的集成型仿真器可提供全系列MSP430G2XX器件開發(fā)應用所必備的所有軟件、硬件。Lunch Pad具有集成的DIP目標插座，可支持多達20個引腳，從而使MSP430Value Line器件能夠輕松插入LaunchPad實驗板電路。
圖3.2單片機選型模塊圖
3.2溫度測量模塊溫度測量傳感器采用DALLAS公司DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測溫范圍為-55℃~125℃，可編程為9位~12位A/D轉換精度，測溫分辨率達到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，性價比高，LCD1602可以顯示32個字符，口相對簡單。1602共16個管腳，但是編程用到的主要管腳不過三個，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）;以后編程便主要圍繞這三個管腳展開進行初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)。
以下具體闡述這三個管腳：
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，高電平進行讀操作，低電平進行寫操作。
E端為使能端，后面和時序聯(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)電源整個電路采用USB電源，為所有的USB 外設提供了單一的易于使用的標準的連接類型，簡化了USB 外設的設計。整個的USB 的系統(tǒng)只有一個端口和一個中斷節(jié)省了系統(tǒng)資源。
4 軟件設計4.1主程序本系統(tǒng)整體工作主要由單片機程序控制實現(xiàn)，其工作過程為：由MSP430控制溫度傳感器DS18B20實時測量環(huán)境中的溫度，然后在LCD1602顯示出來，當該溫度超過了設定的最大或者最小溫度值時，LED開始報警。
程序流程圖如下：
圖4.2 溫度測量子程序圖
5 系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試主要根據(jù)系統(tǒng)框圖和硬件原理設計進行原理的繪制、各參數(shù)的設置、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，確認各單元電路鏈接無誤，尤其是關鍵元器件，一定要接保護電阻。
（1）在樣機加電之前，首先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。應特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，電源連接是否正確測試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）運用MSP430單片機中簡單的I/O口功能，優(yōu)異在檢查硬件是否正常工作時先檢測單片機本身的I/O口設置，可以先不連接外部電路，使用單片機本身I/O口，測試程序是否正確，以免在軟件調(diào)試中引起不必要的麻煩。
5.1.2 PCB設計注意事項：
在進行PCB設計時，必須遵守PCB設計的一般原則，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時注意各器件的封裝，對照使用的實物選取封裝，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設計時特別注意
（3）根據(jù)電路的模塊布局，這樣便于在出現(xiàn)問題時進行檢查，尤其注意MSP430單片機系統(tǒng)中I/O口是否設置正確。
5.2程序調(diào)試此程序設計中僅使用了MSP430單片機系統(tǒng)中I/O口資源，調(diào)試過程中，主要使用寄存器窗口，以及設置斷點，觀察系統(tǒng)程序主要實現(xiàn)對采集來的模擬信號進行模數(shù)轉換，并對數(shù)字信號進行液晶顯示，所以程序有采集模擬信號、DA轉換和液晶顯示三部分；在中斷子程序設置斷點，判斷運行是否正確。在調(diào)試過程中，由局部到整體，判斷程序可能出現(xiàn)的問題，認真分析邏輯，實現(xiàn)要求的功能，在簡化程序。
5.2.1 CCSV5的打開步驟
- 右鍵Code Composer Studio v5快捷方式，左鍵打開。會出現(xiàn)如圖5.2所示界面：
圖5.1 Code Composer Studio v5軟件加載界面
（2）加載完畢之后會有如圖5.3所示界面出現(xiàn)：
圖5.2 Code Composer Studio v5軟件打開界面
（3）選擇Project->Import Existing CCS Eclipse Project，導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程序導入步驟圖
5.2.2CCSV5的使用步驟
（1）CCS新建工程：
①首先打開CCS并確定工作區(qū)間，然后選擇project-->New CCS Project
彈出圖5.5對話框。，在簡化程序。
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。
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，先確定目標配置文件是否已經(jīng)創(chuàng)建并且配置正確。
②首先進行工程編譯：選擇Project-->Build Project，編譯目標工程。編譯結果如圖5.8所示，表示沒有錯誤，可以進行下載調(diào)試，如果有錯誤，知道調(diào)試到?jīng)]錯誤為止。
圖5.7工程調(diào)試結果
③單擊運行圖標
運行程序，可以觀察顯示的結果。在程序調(diào)試的過程中，也可通過設置斷點來調(diào)試程序，選擇需要設置斷點的位置，右擊鼠標選擇Breakpoints-->Breakpoint，斷點設置成功后顯示圖標可以通過雙擊該圖標來取消該斷點。程序運行的過程中還可以通過單步調(diào)試按鈕進行調(diào)試。
整個系統(tǒng)的軟硬件都完成后，需要進行聯(lián)合調(diào)試，主要是針對系統(tǒng)設定的功能能否完成和完善進行調(diào)試。將電路線連接好，接入3V電源，LCD顯示屏亮，且測得當前溫度，如果當前溫度超過給定的量程范圍內(nèi)LED等就會亮，此時就是發(fā)出警報，提示當前溫度已超出給定溫度范圍。超出給定的溫度（35°）LED燈就會亮，否則LED燈就會滅，如下圖。
圖5.8聯(lián)合調(diào)試圖
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