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1、山东科技大学学士学位论文 摘要摘要当前，温度控制系统被广泛应用于生活的很多方面，它与人们的日常生活、工作和学习息息相关。如何设计制作一个性能良好的温度监控系统，实现温度的精确、实时监控成为设计该系统的主要问题。随着我国电子技术的不断提高，以单片机为核心处理器，温度传感器为远端设备构成的温度监控系统逐渐成为时下的主流设计。论文介绍了温度控制系统的研究背景和研究意义，国内外发展状况，超低功耗系列单片机MSP430，单总线数字温度传感器DS18B20等器件以及设计所需的相关软件的使用。在此基础上，对系统进行设计、编程和调试，并绘制了系统的电路原理图和印制板图。该温度监控系统具有监控多点温度，并将其循
2、环显示，利用按键实现某一点的选择显示，从而实现多点温度的实时监控的功能。关键词：超低功耗单片机，单总线温度传感器，JTAG仿真ABSTRACTCurrently, The temperature control system is widely used in our daily life and closely linked with our work and study. How to design and make a temper -ature control system which has the characters of high performance, accurate m
3、easurement,real time monitoring is still a main problem. As with the high de-velopment of the electronic technique in our country, the temperature control system used the microcontroller as the centre and thermal sensor as the far-end equipment is becoming the main trend.In this paper, it introduces
4、 the research background and the significance of the temperature control system, the situation at home and abroad. the MSP430 series MCU which is widely used now ,the digital thermal sensor, DS18B20 and so on. At that basis , we design, programe and debug it, draw the SCH and PCB about it in the Pro
5、tel. It can monitor the temperature of multi-points and choose one to display in the LCD by pressing the key, which leads to realizing the meal time monitoring of the temperature of these points. Keywords:Ultralow-Power microcontroller, the one-wire digital thermal sensor, JTAG simulation山东科技大学学士学位论
6、文 目录目录1 绪论11.1研究背景和意义11.2 国内外动向21.3 课题的主要研究内容52 系统方案设计62.1 MSP430系列单片机62.2 DS18B20数字温度传感器112.3 DS1302日历时钟芯片172.4 OCMJ4x8B液晶显示模块202.5 键盘232.6 JTAG仿真和IAR Workbench252.7 结语293 系统电路及软件实现303.1系统设计框图及功能实现303.2单元电路原理图313.3 系统程序设计353.4结语434 总结与展望44参考文献46致 谢48附录49附录1 外文文献49附录2 温度监控系统C语言程序61附录3 电路原理图和印制板图69山东
7、科技大学学士学位论文 绪论1 绪论1.1研究背景和意义在人们的日常生活、工业制造、制冷等领域，温度作为当前环境的重要因素之一，被人们广泛的作为参考因素来使用，从而保证各项工作的正常运行，如火灾报警、温室或粮仓中温度的实时监测、冷库温度的调节等，因此以温度参数为基础而设计的温度控制系统被广泛开发和使用。使用传统意义上的温度计采集温度信息，不但采集精度低，实时性差，而且操作人员的劳动强度高，不利于广泛的推广。此外由于环境因素导致的数据难以采集的问题，特别是在工厂，火灾等的现场，工作人员不能长时间停留在现场观察和采集温度，就需要实现能够将数据采集并将其传送到一个地方集中进行处理，以节省人力，提高效率
8、，但这样就会出现数据传输的问题，由于厂房大、需要传输数据多，使用传统方法容易造成资源浪费而且可操作性差，精度不高，这都在不同程度上限制了工作的进行和展开。因此，高精度，低成本，实时性好的温度控制系统亟待人们去开发。市场决定技术，技术引导产品的开发，在这样的环境下，与温度控制相关的电子类产品的开发成为当今的研究热点。随着单片机技术的日益成熟，应用范围的逐渐扩大，以单片机为核心的控制系统，逐渐应用到生活中的很多方面，这不仅克服了温度控制系统中存在的严重时延，节省了人力，提高了采样频率，而且在很大程度上提高了控制效果和控制精度。以往的温度检测系统所使用的单片机，管脚少，功能少，功耗大，虽经数十年发展
9、，仍不能满足现在的市场需要。自1996年TI公司推出的16位、具有超低功耗和丰富的片上外围模块的MSP430系列单片机以来，该系列单片机就以其低功耗特性被广泛应用于医疗、电子仪表以及消费类电子等产品中。MSP430系列单片机支持采用汇编语言和C语言进行开发，该系列单片机集成了较丰富的片内外设备，方便高效的开发环境，适应工业级运行环境。与目前广泛使用的89C51单片机相比，具有指令少，超低功耗，运算速度快等优点，因而在许多领域特别是要求超低功耗的领域得到了广泛应用1。进入21世纪后，温度检测系统已逐步走向复合型和智能化，温度作为其中的重要参数，其测量的准确性对提高正确性是很重要的，研究和设计高性
10、能的温度控制系统具有非常重要的意义，而其中最重要的器件就是温度传感器，它的性能也直接影响到了采集的温度数据的精度和时效性。现如今，智能温度传感器正迅速朝着高精度、高可靠性及安全性等高科技的方向发展，提高温度传感器测温精度和分辨力，增加传感器测试功能，提高总线技术的标准化与规范化，增强可靠性及安全性设计，虚拟温度传感器和网络温度控制器的设计成为当前要解决的主要问题。由美国Dallas公司生产的DS18B20温度传感器具有单总线，两种工作模式，能够直接读出被测温度等特点，特别是它的单总线设计，使得系统结构简单，可以节省单片机的I/O接口的开销，多个传感器可共用一个接口而不会产生干扰；虽然软件设计复
11、杂，但通过软件的设计，可以提高可靠性，增强抗干扰能力，适合于恶劣的环境，共地模式2使得它耗电量小，支持串行数据传输，传输距离远；温度测量范围广，精度高，可根据实际情况实现精度的变换，因而成为目前各类有关温度采集工作的首选23。1.2 国内外动向温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位，单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。随着科学技术的迅猛发展，各个领域对自动控制系统控制精度、响应速度、系统稳定性与自适应能力的要求越来越高，被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等，使得难以按数学方法建立被控对象的精确
12、模型得以解决。随着电子技术的日趋成熟，电子类产品的开发成为当今的研究热点。电子技术以及应用需求的发展使得单片机技术也得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。以单片机为核心的的控制系统被广泛使用，现代自动控制越来越朝着自动化、智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机、小型机、甚至是巨型处理机。然而其运行速度快，内存需求大，数据存储器容量大的要求使得它的开发维护成本很高，在很多的小型系统中，用成本低廉的单片机控制小型的，不需要大量复杂运算的系统是非常合适的。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机和温度传感器对某处进行温度检
13、测，而且可以很容易地做到多点的温度检测，并实现多路温度数据的循环显示和指定某一路温度的显示。MSP430 系列单片机是美国德州仪器(TI)推向市场的一个16位、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机，自1996年问世，由于它的各项优点，成为许多电子产品设计的不二选择，超低功耗不仅延长了设备电池的使用时间，降低了企业成本，同时开辟了全新的服务，为消费者带来丰富的节能选择。此外，TI计量设备还包括针对水气表计量应用的器件，以及针对自动仪表读取(AMR)的电力线通信(PLC)与射频(RF)接口，在医疗方面研制开发了许多便携医疗设备与无线射频系统 1。不仅如此，随着“信息时代”的到来，传感器技术得到了
14、显著的提高，应用领域越来越广泛，对其要求也越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。由于传感器能将各种信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制等操作，但是它们都不同程度的存在温漂和非线性等不足，因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器只有经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器与信息通信和信息处理结合起来，才能适应传感器的生产、研制、开发和应用；另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域
15、都在为了改革生产力、提高功效，开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器，发展速度快，应用范围广，并且具有很大潜力。单总线数字温度传感器DS18B20由美国DALLAS公司生产，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域；两种驱动模式的设计使得它的耗电量可以很小，串行传输数据，传输距离远；温度测量范围广，精度高，可根据实际情况实现精度的变换。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个时钟/日历电路和31字节的静态RAM，实时时钟/日历电路能提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可根据实际情况自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。该芯片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RES、I/O、SCLK三个接口，时钟RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信，保持数据和时钟信息时功率小于1mw4，方便了温度的实时监控和记录，提高了系统的实用性。除此以外，显示技术的
