基于MSP430單片機(jī)的低功耗數(shù)顯溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

何江南

摘 要：溫度采集在各個(gè)行業(yè)中占有重要地位。介紹了一種由MSP430F149單片機(jī)、DS18C20溫度傳感器和SMC1602A液晶顯示器構(gòu)成的實(shí)時(shí)溫度顯示的數(shù)顯溫度計(jì)。該數(shù)顯溫度計(jì)可以實(shí)現(xiàn)低功耗測(cè)量，并能保證測(cè)量精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)顯溫度計(jì)；MSP430F149單片機(jī)；電路設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.102

1 MSP430F149單片機(jī)簡(jiǎn)介

MSP430F系列是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一種超低功耗的Flash控制器，該器件有“綠色控制器”之稱，其技術(shù)特征代表了單片機(jī)的發(fā)展方向。MSP430F149單片機(jī)片上外圍功能模塊主要有具有捕獲∕比較功能的16位定時(shí)器Timer_A和Timer_B、一個(gè)14路的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器/一個(gè)看門狗、一個(gè)DCO內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘，支持8 M時(shí)鐘、6路P口，其中，P1和P2具有中斷功能。由于MSP430F149單片機(jī)為FLASH型，所以可以在線調(diào)試單片機(jī)。該單片機(jī)僅需1.8～3.6 V電壓供電，可在超低功耗模式下工作，測(cè)量結(jié)果為100 mW左右的功耗（電流為14 mA左右），可靠性能好，加強(qiáng)電干擾運(yùn)行不受影響。

2 數(shù)顯溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)

數(shù)顯溫度計(jì)由MSP430F149單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、SMC1602A液晶顯示器和電源幾部分組成。本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)作為主控制器，完成溫度信號(hào)的準(zhǔn)確采集，存儲(chǔ)在內(nèi)置Flash內(nèi)，并由SMC1602A液晶顯示器顯示出來(lái)。數(shù)顯溫度計(jì)的電路系統(tǒng)如圖1所示。

圖 1 數(shù)顯溫度計(jì)電路

DS18B20溫度傳感器將溫度模擬量轉(zhuǎn)換為12位串行數(shù)字值經(jīng)P1.6引腳輸入單片機(jī)。DS18B20溫度傳感器與微處理器連接僅需要一條線即可雙向通訊。DS18B20溫度傳感器的測(cè)溫范圍為-55～125 ℃，在10～85 ℃時(shí)，精度為±0.5 ℃，工作電源為3～5.5 V/DC。測(cè)量結(jié)果以9～12位數(shù)字方式串行傳送，默認(rèn)為12位數(shù)字量串行傳送，此時(shí)的分辨率為0.062 5 ℃。DS18B20采用外部電源供電方式，工作電源由VDD引腳接入，為了增加輸出的穩(wěn)定性，在輸出線上接5.1 K上拉電阻。需要注意的是，在外部供電方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85 ℃。

系統(tǒng)供電由MAX604芯片固定輸出的典型應(yīng)用電路提供，電路的輸入電壓范圍為2.7～11.5 V，固定輸出為3.3 V。鋰電池的電壓范圍為3.8～4.0 V，可選擇鋰電池作為該芯片的輸入電源。接通電源后，電源電路輸出3.3 V電壓給MSP430F149單片機(jī)、DS18C20溫度傳感器和SMC1602A液晶顯示器供電。

溫度值顯示由SMC1602A標(biāo)準(zhǔn)字符型液晶顯示器顯示。SMC1602A顯示器采用點(diǎn)陣型液晶顯示器（LCD），可顯示16個(gè)字符×2行西文字符，字符尺寸為2.95 m×4.35 m，內(nèi)置HD44780和兼容芯片接口型液晶顯示控制器，可與MCU單片機(jī)直接連接。新推出的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)光產(chǎn)品系列背光電流小，整體模塊電流更低，3.3 V低電壓工作產(chǎn)品更方便與低電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)連接。SCM1604A液晶顯示器數(shù)據(jù)線D1～D8直接與單片機(jī)的P4.0～P4.7引腳相連，其片選信號(hào)RS、讀寫控制信號(hào)R/W、使能信號(hào)E分別與單片機(jī)的P3.0、P3.1、P3.2引腳相連。

3 軟件設(shè)計(jì)

數(shù)顯溫度計(jì)的程序主要包括主程序和中斷服務(wù)程序。主程序首先初始化系統(tǒng)，初始化I/O端口，打開(kāi)XT2高頻晶體振蕩器（8 MHz），MCLK和SMCLK選擇高頻晶振。定時(shí)器A，B選擇SMCLK并進(jìn)行8分頻，定時(shí)器B被設(shè)置為增計(jì)數(shù)模式，定時(shí)器B計(jì)數(shù)值為07CFH，定時(shí)器B每隔2 ms中斷一次，開(kāi)定時(shí)器B中斷和全局中斷。系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，用定時(shí)器B喚醒單片機(jī)采樣并實(shí)時(shí)顯示溫度。

接通電源后，單片機(jī)開(kāi)始工作。定時(shí)器B定時(shí)2 ms中斷一次，中斷程序中，單片機(jī)讀取DS18B20溫度傳感器輸出的12位串行溫度數(shù)字值，然后存入Flash中轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值，并將轉(zhuǎn)換的溫度值擴(kuò)大10倍，所得的溫度值個(gè)位數(shù)值即為實(shí)際溫度小數(shù)點(diǎn)后的第一位數(shù)值。單片機(jī)初始化SMC1602A液晶顯示器后，寫入當(dāng)前采集到的溫度值，SMC1602A液晶顯示器顯示4位溫度值（百位、十位、個(gè)位和小數(shù)點(diǎn)后一位）。單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的讀取、處理和顯示后，進(jìn)入低功耗模式。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

數(shù)顯溫度計(jì)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)采集與顯示如圖2所示。

圖2 溫度的實(shí)時(shí)采集與顯示

通過(guò)多次調(diào)試和試驗(yàn)證明，利用MSP430F149單片機(jī)、DS18C20溫度傳感器和SMC1602A液晶顯示器構(gòu)成的數(shù)顯溫度計(jì)來(lái)測(cè)量和顯示溫度是十分可靠的，測(cè)試結(jié)果與實(shí)際環(huán)境溫度相符合。該數(shù)顯溫度計(jì)除了具有接口電路簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、誤差小、可靠性高等特點(diǎn)外，還具有低成本、低功耗的特點(diǎn)，這使其擁有更廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]沈建華，楊艷琴，翟驍曙.MSP430系列超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]王玉彩，王福增，王渝，等，MSP430F1101單片機(jī)在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（28）.

[3]周云波.由DS1820單線數(shù)字溫度計(jì)構(gòu)成的單線多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，1996（10）.

[4]曹磊.MSP430單片機(jī)C語(yǔ)言設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

〔編輯：王霞〕