MSP430单片机温度单片机课程设计.docx
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MSP430单片机温度单片机课程设计
山东理工大学计算机学院
课程设计
单片机系统设计
班级计科1104
姓名
学号
指导教师李业德韩慧
二○一四年十一月日
课程设计任务书及成绩评定
课题名称_______温度测试系统设计_______
I、题目的目的和要求：
利用温度传感器和MSP430单片机设计一个温度测试系统，将测试结果（十进制）在LED上显示出来，并定义一个保持按键，当按下该键时，将当前测试值保持不变（按键不动作时为正常测量显示）。
温度显示格式为：
XXX℃。
II、设计进度及完成情况
日期
内容
11.10
选取题目，进行资料搜集和系统分析工作
11.14
进行单独程序设计以及完成单独接口电路
11.16
将全部程序综合并进行整体程序调试和连接整体接口电路
11.18
书写课程设计报告并写下相关问题总结
11.20
进行课程设计答辩，并打印上交
III、主要参考文献及资料
MSP430系列16位低功耗单片机原理及应用
DS18B20温度传感器的使用
智能仪器原理及应用
学科部主任李业德
Ⅵ、成绩评定：
设计成绩：
（教师填写）
指导老师：
（签字）
二○年月日
本次课程设计的目的和意义
课程设计是让我熟练掌握了课本上的一些理论知识，课程设计也是一个学习新知识、巩固加深所学课本理论知识的过程，它培养了我们综合运用知识的能力，独立思考和解决问题的能力。
加深我们对单片机原理与应用课程的理解
设计题目
温度测试系统设计：
利用温度传感器DS18B20和MSP430单片机设计一个温度测试系统，将测试结果（十进制）在LED上显示出来，并定义一个保持按键，当按下该键时，将当前测试值保持不变（按键不动作时为正常测量显示）。
温度显示格式为：
XXX℃。
系统的主要功能、作用以及主要技术性能指标
系统的主要功能是单片机实时从温度传感器读取温度数据信息，并在数码管显示，同时扫描是否有保持按键按下，如果按下则不再继续从温度传感器读取温度数据信息，保持温度值不变。
作用是可以实时读取环境中的温度信息，供用户查看，同时当用户需要观察某温度时，可以按下按键保持温度不变。
主要技术指标：
1.基本范围0℃-99℃
2.精度误差小于0.5℃
3.LED数码直读显示
4.扫描按键保持数值
总体设计方案、工作和组成原理
数字温度计设计方案论证
方案一
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
方案二
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
主控制器
单片机采用MSP430单片机，处理能力强，功耗低，实现该功能仅需一个按键，8位数码管显示，以及DS18B20温度传感器。
显示电路：
显示电路采用8位共阴LED数码管，从P4口输出段码。
图一总体设计框图
温度传感器：
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下：
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
●无须外部器件；
●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
●零待机功耗；
●温度以9或12位数字；
●用户可定义报警设置；
●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
●负电压特性，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；
DS18B20内部结构框图如图2所示。
64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图3所示。
头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。
第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义如图3所示。
低5位一直为1，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
温度传感器连接如下图所示，DQ引脚与单片机的P5.3相连：
系统设计
接口电路设计，程序设计（程序框图和程序清单及注释）其他有关的理论分析和计算
接口电路设计：
主控制器MSP430
温度传感器
保持按键
数码管电路
程序框图：
总体设计流程图
读取温度传感器数据流程图
数码管温度显示
程序设计：
//*************************定义引脚**********************************
#defineLED8PORTP2OUT//P2接8个LED灯
#defineLED8SELP2SEL//P2接8个LED灯
#defineLED8DIRP2DIR//P2接8个LED灯
#defineDATAPORTP4OUT//数据口所在端口P4
#defineDATASELP4SEL//数据口功能寄存器，控制功能模式
#defineDATADIRP4DIR//数据口方向寄存器
#defineCTRPORTP6OUT//控制线所在的端口P6
#defineCTRSELP6SEL//控制口功能寄存器，控制功能模式
#defineCTRDIRP6DIR//控制口方向寄存器
#defineDCTR0P6OUT&=~BIT4//数码管段控制位信号置低
#defineDCTR1P6OUT|=BIT4//数码管段控制位信号置高
#defineWCTR0P6OUT&=~BIT3//数码管位控制位信号置低
#defineWCTR1P6OUT|=BIT3//数码管位控制位信号置高
#defineKEYPORTP1OUT//按键所在的端口P1
#defineKEYSELP1SEL//控制口功能寄存器，控制功能模式
#defineKEYDIRP1DIR//控制口方向寄存器
#defineKEYINP1IN//键盘扫描判断需要读取IO口状态值
ucharkey=0xFF;//键值变量
uinttemp_value;
floattruetemp;
uinttemp,A1,A2,A3;//定义的变量,显示数据处理
//*******************共阴数码管显示的断码表************************
uchartable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
//*******************系统时钟初始化***************************
voidClock_Init（）
{
uchari;
BCSCTL1&=~XT2OFF;//打开XT2振荡器
BCSCTL2|=SELM1+SELS;//MCLK为8MHZ，SMCLK为8MHZ
do{
IFG1&=~OFIFG;//清楚振荡器错误标志
for（i=0;i<100;i++）
_NOP（）;
}
while（（IFG1&OFIFG）!
=0）;//如果标志位1，则继续循环等待
IFG1&=~OFIFG;
}
//*******************MSP430内部看门狗初始化***********************
voidWDT_Init（）
{
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//关闭看门狗
}
//*******************MSP430IO口初始化*****************************
voidPort_Init（）
{
LED8SEL=0x00;//设置IO口为普通I/O模式，此句可省
LED8DIR=0xFF;//设置IO口方向为输出
LED8PORT=0xFF;//P2口初始设置为FF
DATASEL=0x00;//设置IO口为普通I/O模式，此句可省
DATADIR=0xFF;//设置IO口方向为输出
DATAPORT=0xFF;//P4口初始设置为FF
CTRSEL=0x00;//设置IO口为普通I/O模式，此句可省
CTRDIR|=BIT3+BIT4+BIT2;//设置IO口方向为输出,控制口在P63,P64
CTRPORT=0xFF;//P6口初始设置为FF
KEYSEL=0x00;//设置IO口为普通I/O模式，此句可省
KEYDIR=0x0F;//高四位输入模式，低四位输出模式，外部上拉电阻
KEYPORT=0xF0;//初始值0xF0
}
//*************74HC573控制数码管动态扫描键值显示函数******************
voidDisplay_Key（ucharnum）
{
uchari,j;
j=0x01;//此数据用来控制位选
for（i=0;i<8;i++）//8个数码管依次显示
{
DCTR1;//控制数码管段数据的74HC573的LE管脚置高
WCTR1;//控制数码管位的74HC573的LE管脚置高
DATAPORT=~j;//设置要显示的位，也就是哪一个数码管亮
WCTR0;//锁存位数据，下面送上段数据以后，就显示出来了
DATAPORT=table[num];//送要显示的数据，这里是键值
DCTR0;//锁存段数据，数码管亮一个时间片刻
j=j<<1;//移位，准备进行下一位的显示
delay_us（500）;//显示一个时间片刻，会影响亮度和闪烁性
}
Close_LED（）;//显示完8个数码管后关闭数码管显示，否则可能导致各个数码管亮度不一致
}
//*****************键盘扫描子程序，采用逐键扫描的方式******************
ucharKey_Scan（void）
{
ucharkey_check;
ucharkey_checkin;
key_checkin=KEYIN;//读取IO口状态，判断是否有键按下
key_checkin&=0xF0;//屏蔽掉低四位的不确定值
if（key_checkin!
=0xF0）//IO口值发生变化则表示有键按下
{
delay_ms（20）;//键盘消抖，延时20MS
key_checkin=KEYIN;//再次读取IO口状态
if（key_checkin!
=0xF0）//确定是否真正的有键按下
{
key_check=KEYIN;//有键按下，读取端口值
switch（key_check&0xF0）//判断是哪个键按下
{
case0xE0:
key=1;break;
case0xD0:
key=2;break;
case0xB0:
key=3;break;
case0x70:
key=4;break;
}
}
}
else
{
key=0xFF;//无键按下，返回FF
}
returnkey;
}
//******74HC573控制数码管动态扫描显示函数，显示采集到的温度**************
voidDisplay_DS18B20（uintdata_b,uintdata_s,uintdata_g）
{
uchari,j;
j=0x01;//此数据用来控制位选
for（i=0;i<3;i++）//用后3位数码管来显示
{
DCTR1;
WCTR1;
DATAPORT=~j;
WCTR0;
j=（j<<1）;
DATAPORT=0x00;//前5位都不显示，送数据00即可
DCTR0;
delay_ms
（2）;
}
DCTR1;//开始显示第6位,即十位
WCTR1;
DATAPORT=~j;
WCTR0;
j=（j<<1）;
//DATAPORT=table[A1];
DATAPORT=table[data_b];
DCTR0;
delay_ms
（1）;
DCTR1;//开始显示个位
WCTR1;
DATAPORT=~j;
WCTR0;
j=（j<<1）;
//DATAPORT=table[A2]|0x80;//显示小数点
DATAPORT=table[data_s]|0x80;//显示小数点
DCTR0;
delay_ms
（1）;
DCTR1;//开始显示小数点后面的数据
WCTR1;
DATAPORT=~j;
WCTR0;
j=（j<<1）;
//DATAPORT=table[A3];
DATAPORT=table[data_g];
DCTR0;
delay_ms
（1）;
DCTR1;//开始显示温度单位
WCTR1;
DATAPORT=~j;
WCTR0;
j=（j<<1）;
//DATAPORT=table[A3];
DATAPORT=0x63;
DCTR0;
delay_ms
（1）;
DCTR1;//开始显示温度单位
WCTR1;
DATAPORT=~j;
WCTR0;
j=（j<<1）;
//DATAPORT=table[A3];
DATAPORT=0x39;
DCTR0;
delay_ms
（1）;
DCTR1;
WCTR1;
DATAPORT=0xff;
WCTR0;
}
//************************DS18B20初始化*******************************
unsignedcharDS18B20_Reset（void）//初始化和复位
{
unsignedchari;
DQ_OUT;
DQ_CLR;
delay_us（500）;//延时500uS（480-960）
DQ_SET;
DQ_IN;
delay_us（80）;//延时80uS
i=DQ_R;
delay_us（500）;//延时500uS（保持>480uS）
if（i）
{
return0x00;
}
else
{
return0x01;
}
}
//**********************DS18B20读一个字节函数****************************
unsignedchards1820_read_byte（void）
{
unsignedchari;
unsignedcharvalue=0;
for（i=8;i!
=0;i--）
{
value>>=1;
DQ_OUT;
DQ_CLR;
delay_us（4）;//*延时4uS
DQ_SET;
DQ_IN;
delay_us（10）;//*延时10uS
if（DQ_R）
{
value|=0x80;
}
delay_us（60）;//*延时60uS
}
return（value）;
}
//**********************向18B20写一个字节函数************************
/*DS18B20字节写入函数*/
voidds1820_write_byte（unsignedcharvalue）
{
unsignedchari;
for（i=8;i!
=0;i--）
{
DQ_OUT;
DQ_CLR;
delay_us（4）;//延时4uS
if（value&0x01）
{
DQ_SET;
}
delay_us（80）;//延时80uS
DQ_SET;//位结束
value>>=1;
}
}
//********************发送温度转换命令*********************************
/*启动ds1820转换*/
voidds1820_start（void）
{
DS18B20_Reset（）;
ds1820_write_byte（0xCC）;//勿略地址
ds1820_write_byte（0x44）;//启动转换
}
//***********************DS8B20读取温度信息************************
unsignedintds1820_read_temp（void）
{
unsignedinti;
unsignedcharbuf[9];
DS18B20_Reset（）;
ds1820_write_byte（0xCC）;//勿略地址
ds1820_write_byte（0xBE）;//读取温度
for（i=0;i<9;i++）
{
buf[i]=ds1820_read_byte（）;
}
i=buf[1];
i<<=8;
i|=buf[0];
temp_value=i;
temp_value=（uint）（temp_value*0.625）;//不是乘以0.0625的原因是为了把小数点后一位数据也转化为可以显示的数据
//比如温度本身为27.5度，为了在后续的数据处理程序中得到BCD码，我们先放大到275
//然后在显示的时候确定小数点的位置即可，就能显示出27.5度了
returni;
}
//*********************温度数据处理函数****************************
voiddata_do（uinttemp_d）
{
A3=temp_d%10;//分出百，十，和个位
temp_d/=10;
A2=temp_d%10;
A1=temp_d/10;
}
//***********************处理温度数据*********************
voidhandletemp（）
{
ds1820_start（）;//启动一次转换
ds1820_read_temp（）;//读取温度数值
data_do（temp_value）;//处理数据，得到要显示的值
truetemp=0.1*temp_value;
//judgeAlarm（）;//判断是否触发警报//已将其添加至按键程序
}
//***********************显示温度**********************
voidshowtemp（）
{
ucharj;
for（j=0;j<100;j++）
{
Display_DS18B20（A1,A2,A3）;//显示温度值
}
//delay_ms（100）;//延时100ms
}
//***************************主程序************************
voidmain（void）
{
ucharflag1,flag2,flag3,flag4;
//uintkey_store=0x00;//没有按键按下时，默认显示1
WDT_Init（）;//看门狗初始化
Clock_Init（）;//时钟初始化
Port_Init（）;//端口初始化，用于控制IO口输入或输出
//Close_LED（）;
DS18B20_Reset（）;//复位D18B20
delay_ms（100）;//延时100ms
while
（1）
{
Key_Scan（）;//键盘扫描，看是否有按键按下
if（key!
=0xff）//如果有按键按下，则显示该按键键值1～4
{
{
switch（key）
{
case1:
LED8PORT=0xfc;flag1=1;flag2=0;flag3=0;flag4=0;break;//对温度数据处理判断警报,然后显示,handletemp（）;showtemp（）;
case2:
LED8PORT=0xf3;flag1=0;flag2=1;flag3=0;flag4=0;break;//温度数据处理判断警报,关闭显示,节省电源,handletemp（）;Close_LED（）;
case3:
LED8PORT=0xcf;flag1=0;flag2=0;flag3=1;flag4=0;break;//关闭警报,SOUNDOFF;handletemp（）;
case4:
LED8PORT=0x3f;flag1=0;flag2=0;flag3=0;flag4=1;break;//测试警报SOUNDON;
}
}
}
else
{
LED8PORT&=0xff;//
if（flag1==1）
{
//handletemp（）;
showtemp（）;
}
if（flag2==1）
{
handletemp（）;
showtemp（）;
}
if（flag3==1
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