湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE0本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料題目名稱：基于DSP的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)學(xué)院（部）：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：信息工程學(xué)生姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師姓名：職稱教授最終評(píng)定成績：2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料第一部分畢業(yè)論文（2012屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)院（部）：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：信息工程學(xué)生姓名：鄧仕林班級(jí)：信工081學(xué)號(hào)08401400131指導(dǎo)教師姓名：李圣清職稱教授最終評(píng)定成績：2012年6月湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEV摘要溫度是過程檢測與控制的重要參量，隨著人們對(duì)溫度進(jìn)行精確測量和控制要求的提高，傳統(tǒng)的溫度計(jì)已經(jīng)不能滿足人們在高精度方面的要求，設(shè)計(jì)一款能夠精確測量溫度的數(shù)字溫度計(jì)成為一件刻不容緩的事情。本設(shè)計(jì)綜述了數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作原理，詳細(xì)介紹了數(shù)字溫度計(jì)的背景與意義、任務(wù)及要求，主控制芯片TMS320LF2407A及溫度傳感器DS18B20的工作原理，并繪出了總體設(shè)計(jì)原理框圖。本設(shè)計(jì)利用DSP作為控制內(nèi)核，給出了測溫電路、電源電路、復(fù)位電路、按鍵電路、液晶顯示電路的原理圖及相關(guān)參數(shù)。基于C語言程序，給出了主程序、初始化程序、測溫程序及超限報(bào)警系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。本論文設(shè)計(jì)的多功能數(shù)字溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便、測溫范圍廣、測溫準(zhǔn)確及溫度液晶顯示等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度計(jì)，溫度傳感器DS18B20，DSP，溫度測量湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEABSTRACTTemperaturesareanimportantparametersinprocessmeasurementandcontrol,Alongwithpeopletoaccuratemeasureandcontrolrequirementsofthetemperaturerequirementsimprove,traditionalthermometerscannothavesatisfiedpeopleinthehigh-precisionrequirements,designaprecisedigitalthermometerformeasuringtemperaturebecomesanurgentthing.Thissummaryofthedigitalthermometerprinciplesprincipleinthedesignandfabrication,detailsthebackgroundandsignificance,tasksandrequirementsofthethermometer,maincontrolchipTMS320LF2407AandtemperaturesensorDS18B20principleofwork,andsketchouttheGeneraldesignprincipleblockdiagram.ThedesignusingDSPascontrolkernel,givesthemeasuringcircuit,powersupplycircuits,keypadcircuits,liquidcrystaldisplaycircuitprinciplediagramandtherelatedparametersaboutthetemperature.Themainprogram,initialprogram,temperaturemeasurementproceduresandoverrunalarmsystemprogramdesignarebasedontheClanguageprogram.Thethesisdesignofthermometerisamulti-functionaldigitalthermometer,itcansettheupperandloweralarmtemperature,whenthetemperatureisnotwithinthesetrange,andcancallthepolice.Thethesisdesignofthermometerhavemanyadvantagescomparedwiththetraditionalthermometer,suchaseasyreading,widetemperaturerange,accuratetemperaturemeasurementandtemperatureoutputliquidcrystaldisplayandsoon.Keywords:Digitalthermometers,TemperaturesensorsDS18B20,DSP,Temperaturemeasurement

目錄摘要 IABSTRACT IIHYPERLINK目錄 III第1章緒論 51.1設(shè)計(jì)的背景和意義 51.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 51.3溫度測量方案選擇 51.4本設(shè)計(jì)所做的工作 6第2章芯片功能介紹 PAGEREF_Toc325836351\h72.1主控制DSP芯片 72.1.1DSP芯片介紹 72.1.2主控制DSP芯片在本設(shè)計(jì)中的功能 354\h82.2DS18B20溫度傳感器簡介 82.2.1芯片簡介 82.2.2DS18B20外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 92.2.3DS18B20的工作時(shí)序 11第3章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 133.1電源電路設(shè)計(jì) 13HYPERLINK3.2接口電路設(shè)計(jì) 143.3液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 153.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 163.5鍵盤及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 173.5.1鍵盤電路的設(shè)計(jì) 173.5.2報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 183.6主控制電路和測溫控制電路的總體設(shè)計(jì) 19第4章系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) 204.1C語言簡介 204.2主程序 PAGEREF_Toc325836370\h204.3DS18B2初始化程序 234.4讀取溫度程序 234.5溫度超限報(bào)警程序 36373\h23結(jié)論 23參考文獻(xiàn) 23致謝 23附錄 23湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE8第1章緒論1.1設(shè)計(jì)的背景和意義在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的數(shù)字溫度計(jì)大都采用放大、A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理，處理電路復(fù)雜，可靠性相對(duì)較差，占用計(jì)算機(jī)的資源較多，而且需要比較多的外部硬件支持，其缺點(diǎn)如下：(1)硬件電路復(fù)雜；(2)軟件調(diào)試復(fù)雜；(3)制作成本高。為了提高對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則，很有必要設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)。本論文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)使用的是DS18B20的一線制數(shù)字溫度傳感器，它可將溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)送給微處理器，電路簡單，成本低，每一只DS18B20內(nèi)部的ROM存儲(chǔ)器都有唯一的64位系列號(hào)，在一根地址/信號(hào)線上可以掛接多個(gè)DS18B20，易于擴(kuò)展，便于組網(wǎng)和多點(diǎn)測量，更重要的是用戶可定義報(bào)警設(shè)置，設(shè)置報(bào)警搜索命令，識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度的報(bào)警條件，超過條件立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，有穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，進(jìn)而使用DSP(DigitalSignalProcessing)芯片開發(fā)產(chǎn)品可使精度指標(biāo)大大提高，在測量以及其他相關(guān)領(lǐng)域有著不可忽視的美好前景。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)以DSP為核心的溫度測量系統(tǒng)，具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）測量溫度值精度為±0.1℃。

（2）系統(tǒng)可由用戶預(yù)設(shè)溫度值，測溫范圍為－55℃～＋125℃。

（3）超出預(yù)置值時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。（4）系統(tǒng)具有LCD液晶顯示功能，能實(shí)時(shí)顯示設(shè)定溫度值和測得的實(shí)際溫度值。1.3溫度測量方案選擇方案一：采用熱敏電阻由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩，而且熱敏電阻價(jià)格高，不線性，需要復(fù)雜的恒流源伺服電路，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，熱電偶要加上補(bǔ)償電路且材料價(jià)高。方案二：采用溫度傳感器DS18B20在設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，DS18B20只需三根導(dǎo)線和一個(gè)電阻，不需要其他任何外圍電路即可測得溫度數(shù)據(jù)。DS18B20保證精度足夠，電路簡單成本低。所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以很好的滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡單，故采用了方案二。

本論文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，測溫范圍為－55℃～＋125℃。DS18B20可以直接讀出被測量的溫度值，而采用3線制與DSP控制器相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。

按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由7個(gè)模塊組成：主控制器，電源電路，復(fù)位電路，溫度傳感器DS18B20，按鍵電路，報(bào)警電路及驅(qū)動(dòng)顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路框圖如圖1.1所示。電源電路電源電路復(fù)位電路溫度傳感器按鍵電路報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)顯示電路主控制器DSP圖1.1總體電路框圖1.4本設(shè)計(jì)所做的工作第1章介紹主要介紹了數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)背景與意義，能夠達(dá)到的任務(wù)及要求，并對(duì)設(shè)計(jì)提出了總體設(shè)計(jì)的原理框圖。第2章對(duì)主控制芯片DSP和重要元件溫度傳感器DS18B20進(jìn)行詳細(xì)介紹，給后面的硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)部分做準(zhǔn)備。第3章是本設(shè)計(jì)的重要組成部分，即硬件電路的設(shè)計(jì)。其中包括穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)，接口電路的設(shè)計(jì)，液晶顯示模塊設(shè)計(jì)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)及按鍵報(bào)警電路的設(shè)計(jì)，并給出了相關(guān)的原理連接圖。第4章是本設(shè)計(jì)的軟件部分的設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)，初始化程序設(shè)計(jì)等相關(guān)程序的設(shè)計(jì)，讓數(shù)字溫度計(jì)有一個(gè)很好的程序運(yùn)行環(huán)境。第2章芯片功能介紹2.1主控制DSP芯片2.1.1DSP芯片介紹DSP即為數(shù)字信號(hào)處理器，是在模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器。它的工作原理是將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再用數(shù)學(xué)方法處理此信號(hào)，得到相應(yīng)的結(jié)果。自從數(shù)字信號(hào)處理器問世以來，由于它具有高速、靈活、可編程、低功耗和便于接口等特點(diǎn)，已在圖形、圖像處理，語音、語言處理，通用信號(hào)處理，測量分析，通信等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。隨著成本的降低，控制界已對(duì)此產(chǎn)生濃厚興趣，已在不少場合得到成功應(yīng)用。TMS320LF2407A為美國德州儀器公司專門針對(duì)電機(jī)、逆變器、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等控制而設(shè)計(jì)的一種單片新型高性能16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，集DSP的高速信號(hào)處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。它的適用于數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的特點(diǎn)主要有：

(1)采用增強(qiáng)的哈佛(HARVARD)結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部具有六條16位總線，即程序地址總線(PAB)、數(shù)據(jù)讀地址總線(DRAB)、數(shù)據(jù)寫地址總線(DWAB)、程序讀總線(PRDB)、數(shù)據(jù)讀總線(DRDB)、數(shù)據(jù)寫總線(DWEB)，高度并行運(yùn)算大大提高運(yùn)算速度。其程序存儲(chǔ)器總線和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線相互獨(dú)立，支持并行的程序和操作數(shù)尋址。TMS320LF2407A時(shí)鐘輸入引腳上接20MHz晶振，后經(jīng)內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻后得40MHz時(shí)鐘頻率，這樣指令執(zhí)行周期可縮為25ns，較C240DSP速度整整提高了1倍，因此CPU的讀/寫可在同一周期內(nèi)進(jìn)行，這種高速運(yùn)算能力使自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、線形變換(快速傅立葉變換、希爾伯特變換、余弦變換等)、數(shù)字濾波(有限沖擊響應(yīng)濾波、無限沖擊響應(yīng)濾波、卡爾曼濾波等)、卷積運(yùn)算等復(fù)雜控制算法得以實(shí)現(xiàn)。

(2)TMS320LF2407A地址映象被組織為三個(gè)可獨(dú)立選擇的空間：程序存儲(chǔ)器(64K)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(64K)、輸入/輸出(I/O)空間(64K)。這些空間提供了共192K字的地址范圍。其片內(nèi)存儲(chǔ)器資源包括：544字×16位的雙端口數(shù)據(jù)/程序DARAM、2K字×16位的單端口數(shù)據(jù)/程序SARAM、片內(nèi)32K×16位的Flash程序存儲(chǔ)器、256字×16位片上BootROM、片上Flash/ROM具有可編程加密特性。

(3)具有兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反相器控制、PWM對(duì)稱和非對(duì)稱波形、外部引腳快速封鎖PWM通道?？删幊痰乃绤^(qū)控制單元(DBTCON)用來產(chǎn)生可編程的軟件死區(qū)，使得受每個(gè)全比較單元的兩路CMP/PWM輸出控制的功率器件的間次開啟周期間沒有重疊，最大可編程的軟件死區(qū)時(shí)間達(dá)16μs。

(4)10位16通道的A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns。

(5)看門狗定時(shí)器和實(shí)時(shí)中斷定時(shí)器模塊。2.1.2主控制DSP芯片在本設(shè)計(jì)中的功能DSP技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用日益滲透，比如在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中，數(shù)字通訊技術(shù)領(lǐng)域，工業(yè)控制領(lǐng)域，儀器儀表領(lǐng)域等都有較大應(yīng)用。DSP已經(jīng)涉足測量儀表和測試儀器行業(yè)，而且大有取代高檔單片機(jī)的趨勢。使用DSP開發(fā)測量儀表和測試儀器可將產(chǎn)品提升到一個(gè)嶄新的水平。新款DSP豐富的片內(nèi)資源可以大大簡化儀器儀表的硬件電路，實(shí)現(xiàn)儀器儀表的SOC（SystemOnChip,即片上系統(tǒng)）設(shè)計(jì)。儀器儀表的測量精度和速度是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，使用DSP芯片開發(fā)產(chǎn)品可使這兩項(xiàng)指標(biāo)大大提高。以TMS320LF2407A為例，其高效的16位CPU內(nèi)核、優(yōu)異的A/D轉(zhuǎn)換器、豐富的片內(nèi)存儲(chǔ)器以及靈活的指令系統(tǒng)為我們開發(fā)快速、高精度儀器搭建了廣闊的平臺(tái)。在本設(shè)計(jì)中，DSP芯片主要應(yīng)用于儀器儀表方面，一個(gè)典型的DSP系統(tǒng)應(yīng)該包括數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器DSP、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器等。DSP系統(tǒng)處理過程：首先將輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，濾掉高于折疊頻率的分量，以防止信號(hào)的頻譜混疊，然后采樣和A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)處理器的處理得到數(shù)字信號(hào)，在經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，得到模擬信號(hào)，經(jīng)過低通濾波器，得到屁平滑的模擬信號(hào)。該設(shè)計(jì)也是一樣，就是實(shí)現(xiàn)其這個(gè)功能，將采樣來的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析，然后在用液晶顯示出來。2.2DS18B20溫度傳感器簡介2.2.1芯片簡介DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。其特點(diǎn)如下：（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0V～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)控制器與DS18B20的雙向通訊。（3）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（4）測溫范圍－55℃～＋125℃，在-10℃～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。（5）可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。（6）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（7）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給處理器，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（8）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2.2.2DS18B20外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如圖2.2所示，引腳定義如表2.3所示。64位ROM和單線接口高速緩存存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器和控制器8位CRC生成器溫度傳感器低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置寄存器電源檢測圖2.1DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2DS18B20的外型與管腳排列表2.3DS18B20引腳定義序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。下面就對(duì)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要部分進(jìn)行介紹：（1）64位ROMROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣可以在一根總線實(shí)現(xiàn)上。DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。DS18B20溫度值格式如表2.4所示。表2.4DS18B20溫表度格式bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LSByte22222222bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8MSByteSSSSS222這是16位轉(zhuǎn)化后得到的16位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如＋25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，－25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH。（2）高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TLDS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。（3）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下表2.5所示。表2.5配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R0111112.2.3DS18B20的工作時(shí)序DS18B20的工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，分別如圖2.6、圖2.7、圖2.8所示。初始化時(shí)序：主機(jī)控制DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平)，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測到I/O引腳上的上升沿之后，等待15-60us然后發(fā)出存在脈沖(60-240us的低電平)。DS18B20等待DS18B20Tx產(chǎn)生15us—16us脈沖60--240主機(jī)復(fù)位脈沖VCC480us<TX<960us主機(jī)Rxmin480us1-WireBusGND圖2.6初始化時(shí)序?qū)憰r(shí)序：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。在15us之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在15us到60us之間對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平，寫0就發(fā)生。在開始另一個(gè)寫周期前必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。圖2.7寫時(shí)序讀時(shí)序：主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后15us內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為60us,各個(gè)讀周期之間也必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。圖2.8讀時(shí)序第3章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)利用電源電路設(shè)計(jì)提供+5V穩(wěn)壓電源，溫度傳感器電路連接DSP芯片的I/O端口進(jìn)行溫度采集，通過液晶顯示屏來顯示溫度，同時(shí)4×4矩陣按鍵電路的設(shè)計(jì)很方便實(shí)現(xiàn)溫度的預(yù)設(shè)值設(shè)定，超過預(yù)設(shè)的溫度值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)的蜂鳴器和發(fā)光二極管會(huì)起到報(bào)警的作用。3.1電源電路設(shè)計(jì)電源電路負(fù)責(zé)提供給系統(tǒng)+5V的電壓。電源穩(wěn)壓電路如圖3.1所示，如圖所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源電路。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1～D4，濾波電容C1、C3，防止自激電容C2、C4和一只固定式三端穩(wěn)壓器(LM7805)極為簡捷方便地搭成的。電源電路的穩(wěn)壓原理：220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或DSP電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。圖3.1電源穩(wěn)壓電路采用這種電路的+5V電源在輸出前經(jīng)過了電感和電容組合網(wǎng)絡(luò)濾波，實(shí)測紋波小于3mV。3.2接口電路設(shè)計(jì)DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源，如圖3.2所示。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.3所示。DSP端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，總線必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)，VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。圖3.2DS18B20與DSP的接口電路圖3.3DS18B20與DSP的另一種接口電路3.3液晶顯示模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中使用的溫度顯示模塊是具有ST7920控制器的液晶模塊，可顯示漢字及圖形。模塊供電電源為+3.3V～+5V(內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓)，DSP完全滿足其電壓的要求。在液晶模塊的各引腳中，VDD，VSS分別為模塊供電電源的正、負(fù)引腳；V0為模塊驅(qū)動(dòng)電壓輸入引腳。模塊有并行和串行兩種連接方法，當(dāng)PSB=0時(shí)為串行選擇方式，當(dāng)PSB=1時(shí)為并行選擇方式，本文采用8位并行連接的方式實(shí)現(xiàn)液晶模塊與2407A的數(shù)據(jù)通訊。硬件電路中液晶模塊的RS、R/W、E、PSB、REST控制引腳分別與2407A的IOPA3～7引腳相連，液晶模塊的數(shù)據(jù)引腳DB0～7分別與2407A的IOPB0～7引腳相連。液晶顯示原理圖如圖3.4所示。圖3.4液晶顯示原理圖具體液晶顯示具體連接圖如圖3.5所示。圖3.5液晶顯示連接圖3.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。DSP控制系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則VCC的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著VCC對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長的時(shí)間。DSP控制器復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如圖3.6所示。該復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位與上電復(fù)位相結(jié)合的方式。當(dāng)按下按鍵S1時(shí)，VCC通過R1電阻給復(fù)位輸入端口一個(gè)高電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，即手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位就是VCC通過電阻R2和電容C構(gòu)成回路，該回路是一個(gè)對(duì)電容C充電和放電的電路，所以復(fù)位端口得到一個(gè)周期性變化的電壓值，并且有一定時(shí)間的電壓值高于CPU復(fù)位電壓，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能。圖3.6DSP復(fù)位電路3.5鍵盤及報(bào)警電路設(shè)計(jì)3.5.1鍵盤電路的設(shè)計(jì)4×4掃描鍵盤用8位數(shù)據(jù)線，可以提供16個(gè)不同的按鍵信號(hào)。這樣做的好處是：(1)節(jié)省FPGA管腳資源；(2)系統(tǒng)簡單化減小電路規(guī)模；特別是在資源比較緊張，對(duì)成本要求嚴(yán)格的系統(tǒng)中這是一種非常流行的設(shè)計(jì)方法。由于用手把鍵按下的時(shí)間長度等問題，如果不去抖動(dòng)可以把時(shí)鐘加快。實(shí)際中操作與理論分析是有差別的因?yàn)橐话愕拈_關(guān)在大約20ms內(nèi)信號(hào)不穩(wěn)定，存在所謂的“開關(guān)抖動(dòng)”，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)脈沖影響電路正常工作。所以含開關(guān)輸入的設(shè)計(jì)需要做防抖動(dòng)處理，在本設(shè)計(jì)可以用20Hz的時(shí)鐘采樣實(shí)現(xiàn)防抖。為實(shí)現(xiàn)溫度上、下限的設(shè)定功能，同時(shí)為盡量減少因鍵盤的輸入而引起的抖動(dòng)，系統(tǒng)設(shè)有鍵盤，并通過掃描的方式進(jìn)行工作。鍵盤電路設(shè)計(jì)圖如圖3.7所示。圖3.7鍵盤電路設(shè)計(jì)圖3.5.2報(bào)警電路的設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)當(dāng)溫度超過設(shè)定的限定值時(shí)聲光報(bào)警的功能，在2407A芯片外圍的設(shè)有報(bào)警電路。當(dāng)溫度超限時(shí)，IOPE0口輸出高電平，三極管NPN導(dǎo)通，二極管和蜂鳴器同時(shí)工作；當(dāng)溫度正常時(shí)，IOPE0口輸出低電平，三極管截止，二極管和蜂鳴器不工作。報(bào)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖如圖3.8所示。圖3.8報(bào)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖3.6主控制電路和測溫控制電路的總體設(shè)計(jì)主控制電路由TMS320LF2407A及外圍元件構(gòu)成，測溫電路由DS18B20、預(yù)置數(shù)電路和報(bào)警電路組成。TMS320LF2407A是此硬件電路設(shè)計(jì)的核心，通過TMS320LF2407A的管腳與DS18B20相連，控制溫度的讀出和顯示。預(yù)置數(shù)電路由兩個(gè)按鍵和兩個(gè)數(shù)碼管組成，兩個(gè)按鍵分別與TMS320LF2407A的管腳相連。報(bào)警電路很簡單，由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)報(bào)警蜂鳴器組成，與TMS320LF2407A的管腳相連，若實(shí)際測量的溫度值大于預(yù)置溫度值，則發(fā)光二極管亮，即為報(bào)警標(biāo)志。硬件電路的功能都是與軟件編程相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。具體硬件原理圖如3.9所示。圖3.9硬件原理圖第4章系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)4.1C語言簡介1978年，BrianW.Kernighian和DennisM.Ritchie出版了名著《TheCProgrammingLanguage》，從而使C語言成為目前世界上流行最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。隨著微型計(jì)算機(jī)的日益普及，出現(xiàn)了許多C語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得這些C語言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況，美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所(ANSI)為C語言制定了一套ANSI標(biāo)準(zhǔn)，成為現(xiàn)行的C語言標(biāo)準(zhǔn)。C語言發(fā)展迅速，而且成為最受歡迎的語言之一，主要因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的功能。C語言是目前世界上流行、使用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。C語言對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場合，用C語言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語言，許多大型應(yīng)用軟件都是用C語言編寫的。C語言的特點(diǎn)：1.簡潔緊湊、靈活方便，C語言一共只有32個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語句，程序書寫自由。2.運(yùn)算符豐富，C的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有種34個(gè)運(yùn)算符。C語言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富，C的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等，能用來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算。4.C是結(jié)構(gòu)式語言，結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦阌谑褂?、維護(hù)以及調(diào)試。5.C語法限制不太嚴(yán)格、程序設(shè)計(jì)自由度大，一般的高級(jí)語言語法檢查比較嚴(yán)，能夠檢查出幾乎所有的語法錯(cuò)誤。而C語言允許程序編寫者有較大的自由度。6.C語言允許直接訪問物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作。7.C語言程序生成代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高，一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低10～20%。8.C語言適用范圍大，可移植性好，C語言有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng)，如DOS、UNIX，也適用于多種機(jī)型。4.2主程序本設(shè)計(jì)利用2407A作為控制器，主要對(duì)其進(jìn)行軟件編程，解決好溫度測量過程中時(shí)序控制問題，軟件采用C語言進(jìn)行編譯。程序主要包括DS18B20的初始化、溫度采集、溫度讀取等幾部分。整個(gè)程序采用軟件定時(shí)的方法，實(shí)現(xiàn)每隔30秒循環(huán)一次，從而完成對(duì)溫度每隔30秒行一次采集與顯示。主程序流程圖如圖4.1所示。程序初始化程序初始化數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示DS18B20是否正常否是圖4.1主程序流程圖下面是程序中的一些相關(guān)說明：（1）按鍵功能說明：實(shí)時(shí)測量溫度，超過上下限報(bào)警，報(bào)警溫度可手動(dòng)調(diào)整。K1是用來進(jìn)入上下限調(diào)節(jié)模式的，當(dāng)按一下K1進(jìn)入上限調(diào)節(jié)模式，再按一下進(jìn)入下限調(diào)節(jié)模式。在正常模式下，按一下K2進(jìn)入查看上限溫度模式，顯示1s左右自動(dòng)退出；按一下K3進(jìn)入查看下限溫度模式，顯示1s左右自動(dòng)退出；在調(diào)節(jié)上下限溫度模式下，K2是實(shí)現(xiàn)加1功能，K1是實(shí)現(xiàn)減1功能，K3是用來設(shè)定上下限溫度正負(fù)的。（2）用到的全局變量：無符號(hào)字符型變量temp(測得的溫度整數(shù)部分)，temp_d(測得的溫度小數(shù)部分)，標(biāo)志位f（測量溫度的標(biāo)志位‘0’表示“正溫度”、‘1’表示“負(fù)溫度”），標(biāo)志位f_max（上限溫度的標(biāo)志位‘0’表示“正溫度”、‘1’表示“負(fù)溫度”），標(biāo)志位f_min（下限溫度的標(biāo)志位‘0’表示“正溫度”、‘1’表示“負(fù)溫度”），標(biāo)志位w(報(bào)警標(biāo)志位‘1’啟動(dòng)報(bào)警、‘0’關(guān)閉報(bào)警)。#include<TMS320LF2407A.h>#include<intrins.h>#defineuintunsignedint #defineucharunsignedcharucharmax_int=0x00,max_dot=0x00,min_int=0x00,min_dot=0x00;bits=0,s1=0;#include"ds18b20.h"#include"keyscan.h"#include"display.h"voidmain(){ beer=0; led=1; IT1=1; EX1=0; EA=1; timer1_init(0); get_temperature(1); while(1) { keyscan(); get_temperature(0); keyscan(); display(temp,temp_d*0.625); alarm(); keyscan(); }}#ifndef__ds18b20_h__#define__ds18b20_h__#defineuintunsignedint #defineucharunsignedcharsbitDQ=P2^3;sbitbeer=P3^0; sbitled=P3^1;uchartemp=0; //溫度的整數(shù)部分uchartemp_d=0; //溫度的小數(shù)部分ucharn;bitf=0,f_max=0,f_min=0;w=0;/***********************延時(shí)子函數(shù)************************/voidds18b20_delayus(uintt){while(t--);}voidds18b20_delayms(uintt){ uinti,j; for(i=t;i>0;i--) for(j=120;j>0;j--);}4.3DS18B20初始化程序初始化就是將程序中即將要用的寄存器設(shè)置一個(gè)初始值。給DS18B20設(shè)計(jì)一個(gè)初始化程序，能夠讓DSP在斷電或者通電時(shí)，能夠從初設(shè)值進(jìn)行操作，有數(shù)據(jù)保存功能。voidds18b20_init() //DS18B20初始化{ DQ=1; DQ=0; //控制器向DS18B20發(fā)低電平脈沖 ds18b20_delayus(30); //延時(shí)480μs DQ=1; //控制器拉高總線 while(DQ); //等待DS18B20拉低總線，在60-240μs之間 ds18b20_delayus(20); //延時(shí)，等待上拉電阻拉高總線 DQ=1; //提升數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)傳輸}/***********************DS18B20字節(jié)讀函數(shù)************************/uchards18b20_read() //DS18B20字節(jié)讀取{ uchari; uchard=0; DQ=1; //準(zhǔn)備讀 for(i=8;i>0;i--) { d>>=1;//低位先發(fā) DQ=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); DQ=1; //必須寫1，否則讀出來的將是不預(yù)期的數(shù)據(jù)； if(DQ) //在12us處讀取數(shù)據(jù)； d|=0x80; ds18b20_delayus(10); } returnd; }/************************DS18B20字節(jié)寫函數(shù)***********************/voidds18b20_write(uchard) //ds18b20字節(jié)寫{uchari;for(i=8;i>0;i--){ DQ=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); DQ=d&0x01; ds18b20_delayus(5); DQ=1; d>>=1;}}4.4讀取溫度程序溫度數(shù)據(jù)從溫度傳感器DS18B20采集到，通過DSP的溫度讀取程序控制，將溫度的數(shù)值顯示在液晶顯示屏上。voidget_temperature(bitf) //得到整數(shù)的溫度值{ uchara=0,b=0,c=0,d=0;uinti; ds18b20_init(); //DS18B20初始化 ds18b20_write(0xcc); //向DS18B20發(fā)SKIPROM命令 ds18b20_write(0x44); //啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入內(nèi)部RAM ds18b20_delayms(1); ds18b20_init(); //DS18B20初始化 ds18b20_write(0xcc); //向DS18B20發(fā)SKIPROM命令 ds18b20_write(0xbe); //讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容命令 a=ds18b20_read(); //讀內(nèi)部RAM（LSB） b=ds18b20_read(); //讀內(nèi)部RAM（MSB） if(f==1) { max_int=ds18b20_read(); //讀內(nèi)部RAM（LSB） min_int=ds18b20_read(); } if((max_int&0x80)==0x80) {f_max=1;max_int=(max_int-0x80);} if((min_int&0x80)==0x80) {f_min=1;min_int=(min_int-0x80);} i=b; i>>=4; if(i==0) {f=0; //i為0，正溫度,設(shè)立正溫度標(biāo)記temp=((a>>4)|(b<<4)); //整數(shù)部分 a=(a&0x0f); temp_d=a; //小數(shù)部分 } else { f=1; //i為1，負(fù)溫度,設(shè)立負(fù)溫度標(biāo)記 a=~a+1; b=~b; temp=((a>>4)|(b<<4)); //整數(shù)部分 a=(a&0x0f); //小數(shù)部分 temp_d=a; }}voidstore_t(){ if(f_max==1) max_int=max_int+0x80; if(f_min==1) min_int=min_int+0x80; ds18b20_init(); //DS18B20初始化 ds18b20_write(0xcc); //向DS18B20發(fā)SKIPROM命令 ds18b20_write(0x4e); ds18b20_write(max_int); ds18b20_write(min_int); ds18b20_write(0xff); ds18b20_init(); //DS18B20初始化 ds18b20_write(0xcc); //向DS18B20發(fā)SKIPROM命令 ds18b20_write(0x48);}4.5溫度超限報(bào)警程序本設(shè)計(jì)由用戶預(yù)設(shè)報(bào)警溫度，通過與DS18B20讀取當(dāng)前溫度值的比較，自定義的兩個(gè)位變量得到對(duì)應(yīng)值,再通過對(duì)該值判斷,從而控制發(fā)光二極管和蜂鳴器的狀態(tài)。voidalarm(){ if(f_max==0) { if(f_min==0) { if(f==0) {if((temp+temp_d*0.0625)<=min_int||(temp+temp_d*0.0625)>=max_int) {w=1;TR1=1;} if((temp+temp_d*0.0625)<max_int&&(temp+temp_d*0.0625)>min_int) {w=0;} } if(f==1){w=1;TR1=1;} } if(f_min==1) { if(f==0) { if((temp+temp_d*0.0625)>=max_int) {w=1;TR1=1;} if((temp+temp_d*0.0625)<max_int) {w=0;} } if(f==1) { if((temp+temp_d*0.0625)>=min_int) {w=1;TR1=1;} if((temp+temp_d*0.0625)<min_int) {w=0;} } } } if(f_max==1) { if(f_min==1) { if(f==1) { if((temp+temp_d*0.0625)<=max_int||(temp+temp_d*0.0625)>=min_int) {w=1;TR1=1;} if((temp+temp_d*0.0625)<min_int&&(temp+temp_d*0.0625)>max_int) {w=0;} } if(f==0){w=1;TR1=1;} } } }#endif/***********************鍵盤設(shè)定設(shè)定上下限報(bào)警溫度************************/#ifndef__keyscan_H__#define__keyscan_H__sbitkey1=P2^2; sbitkey2=P2^1; sbitkey3=P2^0;sbitkey4=P3^3;uchara=0,i=0;bit k4=0,v=0,v1=0,v2=0;結(jié)論本論文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)是一款多功能數(shù)字溫度計(jì)，能測量－55℃～＋125℃的溫度值，由DSP控制整個(gè)系統(tǒng)，包括其中的電源電路、接口電路、復(fù)位電路、復(fù)位電路、驅(qū)動(dòng)顯示電路等主要電路，而且具有用按鍵設(shè)定溫度值和超過限定溫度報(bào)警