C题 超低功耗电子温度计.docx

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1、C甲超低功耗电子温度计山东建筑大学鞠来财范继聪郑丽专家点评:该作品是一个低功耗电子温度计，使用超低功耗的、带F1ash存储器的MSP430单片机以及DS18B20数字温度传感器、HT1621D驱动的液晶模块1CD和DS1302时钟芯片。MSP430单片机同温度传感器之间通过单总线连接，MCU读取传感器测量值，换算并将结果通过1CD显示，该系统还具有按键唤醒、温度与时间显示转换以及蜂鸣器自动报警等功能。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达到测量要求，而且可以在使用3.6V电池供电的情况下能正常工作多年。山东建筑大学李伟教授2008/9/24目

2、录摘要11方案论证与比较211单片机的比较与选择212数据采集方式的比较与选择31.3 显示方式比较与选择31.4 时间显示比较与选择42 .系统设计52.1 总体设计52.2 单元电路设计52.2.1 MSP430单片机电路设计52.2.2 DS18B20温度传感器电路设计62.2.3 3DS1302时钟芯片电路设计82.2.4 HT1621D驱动的1CD电路设计822.5按键电路设计93 .软件设计103.1 总电路设计103.2 各模块电路设计104 .系统测试U4.1 低功耗温度计与通用标准温度计比较U4.2 功耗测量115 总结12参考文献12附录13附录1：元器件清单13附录2：总

3、电路图13摘要本设计制作的是一个低功耗电子温度计，使用低功耗的、带F1ash存储器的MSP430单片机，DS18B20数字温度传感器、HTI621D驱动的液晶模块1CD和DS1302时钟芯片。MSP430单片机同温度传感器之间通过单总线连接，MCU读取传感器测量值，换算并将结果通过1CD显示，该系统还具有按键唤醒、温度与时间显示转换以及蜂鸣器自动报警等功能。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达到测量要求，而且可以在使用3.6V电池供电的情况下能正常工作多年。关键词：单片机；温度传感器；1CD；时钟芯片AbstractThisdesignis

4、a1ow-powere1ectronicthermometer,usinga1owpowerconsumption,equippedwiththeMSP430MCUF1ashmemory,DS18B20digita1temperaturesensor,HT162ID-driven1CDmodu1esand1CDDS1302c1ockchip.TheMSP430MCU1inkthetemperaturesensorwithasing1e-busconnections.TheMCUreadssensormeasurements,conversionandshowtheresu1tsthrough1

5、CDdisp1ay,akeyconversionthe1CDdisp1ayandabuzzera1arm,andsoon.Thisschemeiscomprehensive,energy-savingdurab1e,simp1estructure,shapecompactand1ow-costadvantages.Theschemeproducedinaccordancewiththetemperaturemeasuringdevicescannoton1ymeetthedemand,buta1socanworkproper1yintheuseof5Vbattery-poweredcircum

6、stances.Keywords:MSP430；DS18B20；HT1621D；1CD；DS13021方案论证与比较1I单片机的比较与选择方案一：采用新华龙单片机C8051F020C8051F020单片机含有64kB片内F1ash程序存储器，4352B的RAM、8个I/O端口共64根I/O口线、一个12位A/D转换器和一个8位A/D转换器以及一个双12位D/A转换器、2个比较器、5个16位通用定时器、5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器阵列、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等部分。C8051F020单片机支持双时钟，其工作电压范围为2.73.6V（端口I/O,RST和JTAG引脚的耐压

7、为5V）。与以前的51系列单片机相比，C8051F020增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。方案二：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8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。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,MSP430单片机所具有的

8、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MSP430单片机比较理想。1.2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A/D模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小,因此需要一定的外围电路才能实现其功能。方案二：利用DS18B20温度传感器实现数据采集和转换DS18B20的测温范围为-55C+125C0,在-IOC+85C。范围内，精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”

9、的数学方式传输，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、测温类消费电子产品等。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度,采用新型数字温度传感器DS18B20克服上面提到的三个问题。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPRC)M中，掉电后依然保存。本次设计的电子温度计检测温度范围10Co-30Co,分辨率ICo,在此条件下两种方式均可满足，考虑到电路的繁简程度，MSP430的I/O数较少，故选用温度传感器DS18B20o13显示方式比较与选择方案一：

10、使用液晶显示屏显示液晶显示屏(1CD)具有轻薄短小、低耗电量、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。方案二：使用传统的数码管显示数码管具有：低能耗、低压、对外界环境要求低，易于维护。此方案控制简单，但能耗达不到设计要求。比较二者，因为1CD显示更逼真形象，能耗低，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，故拟选择方案一。1.4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

11、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DS12887xDS1302.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DS1302o2.系统设计2.1 总体设计2.12.2 总体设计框架图2. 2单元电路设计2.1.1 MSP430单片机电路设计该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

12、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125ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。在运算速度方面，单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6us,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。2.1.

13、2 2.2MSP430单片机电路图2.1.3 DS18B20温度传感器电路设计DS18B20具有的新性能：可用数据线供电，电压范围：3.055V；（2）测温范围：-55+125C0,在-10+85C。时精度为0.5C。；可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5C。、0.25C0.125Co0.0625Co；12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字；(5)负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.4温度传感器控制原理图R1与单片机的P17口连接，通过单片机设置，当P1.7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

14、功能。2.2.3DS1302时钟芯片电路设计DS1302是涓流充电时钟芯片，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，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IRES复位2I/O数据224HTI621D驱动的1CD电路设计HT1621是一种具有微控制器接口，由存储器映射的32x4点阵式1CD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

15、进行读、写、修改操作，按照一一对应的原则，驱动1CD显示器。该电路可用于点阵式1CD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。2.6HT1621D驱动的1CD电路225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1CD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。2.7按键电路3.软件设计3.1 总电路设计3.1系统主流程图3.2各模块电路设计（开始）3.2测温流程图4.系统测试3.31CD显示流程图3.4时钟流程图4.1低功耗温度计与通用标准温度计比较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2827第三次2019第四次2526第五次18174.2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。5.总结由于系统架构设计合理，经过认真细致的调试