1)根据本次设计要达到的目的,查找相关资料,对系统涉及到的测控原理和相关的成果进行整理总结;
2)结合相关资料,对温度控制系统的设计原理进行分析,对其中重要的元器件功能进行介绍;
3)熟悉系统硬件原理后,完成核心元件单片机的上电初始化设计,保证单片机能够正常工作;
4)完成数字温度采集模块的软件设计,利用单总线数字温度计DS1820采集温度数据;
5)对系统写入程序,进行仿真调试,并对结果进行分析。
2 系统相关器件简介
根据本次设计的目的,本章主要是对温度控制系统需要的元器件进行确定和介绍,重点介绍了需要编程的单片机、单总线数字温度传感器及JTAG仿真的基础知识,了解系统用到的元器件以及相关软件开发工具的使用方法。
2.1 MSP430系列单片机
本次设计的系统采用的单片机是超低功耗的MSP430F149,它是MSP430系列单片机的一种,具有多种优点,下面将做具体介绍。
2.1.1 MSP430系列单片机简介
MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)公司于1996年开始推向市场的一类16位、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机。由于它的各种优点,使得它一经推出就受到业内人士的欢迎,被广泛应用于便携式仪器仪表、监测、医疗器械以及汽车电子等领域。
MSP430的主要特点有:
1)超低功耗 拥有5种低功耗模式,一是适应不同的需要。CPU从低功耗模式被唤醒,这个过程最多只需要6us,因此,在某些需要迅速做出反应的应用中,CPU能够及时退出低功耗模式,进入工作模式。
2)灵活的时钟使用方式 除了片内集成一个浸提振荡器外,还可外接1-2个晶体振荡器。
3)高速的运算能力 16位RISC架构,125ns指令周期。
4)丰富的功能模块 集成了大量的功能模块。带有三个或七个扑捉/比较影子寄存器的16位定时器B;三个扑捉/比较寄存器的16位定时器A。
5)灵活快速的编程方式 可通过JTAG和BSL两种方式向CPU内装载程序。
6)具有内部参考电平 采样保持和自动扫描的12位A/D转换器。
7)串行在线编程无需外部编程电压,可编程的安全熔丝代码保护
8)地点远电压范围 1.8v-3.6v。
本次设计采用的是MSP430F149单片机,该单片机有100个引脚,大部分是复用的,主要包括:6个8位的I/O口;JTAG仿真口;一个8+4通道的12位A/D转换器;两个串行通讯模块;一个高精度的比较器A;具有4个COM端的液晶驱动;液晶接口S0-S31 。如下图2.1所示为MSP430F149单片机的引脚图。
图2.1 MSP430F149单片机引脚图
2.1.2 MSP430系列单片机工作原理及实现
微处理器开始工作的起点是复位操作,MSP430单片机有两种复位信号:上电复位信号(POR)和上电清除信号(PUC)。而典型的复位电路如下图2.2所示:
图2.2 上电复位电路图
上电复位后,激活CPU,进入工作模式。而MSP430具有低功耗的特点,耗电量与其工作频率有直接关系,其关键是应用它的时钟系统,最大化低功耗模式的工作时间。低功耗模式共有5种,为LPM0-LPM4,其中耗电最少的是LMP4,仅为0.1μA,几乎可以忽略不计;CPU运行状态称为AM模式,它的耗电量最多。工作电压也对功耗有影响,电压越低功耗也越低。而MSP430的工作电压仅为1.8-3.6v。
MSP430系列单片机的基本工作模式如下表2.1示。上电和外部复位信号产生POR信号,POR信号会引起PUC信号。看门狗激活时,定时器溢出和安全键值错误也会引起PUC信号。PUC信号结束后,MSP430进入AM状态。在AM状态程序可以选择进入任何一种低功耗模式,然后再适当的时机,由外围模块的中断使CPU退出低功耗模式。
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