基于MSP430單片機的低功耗數顯溫度計的設計

何江南

摘 要：溫度采集在各個行業中占有重要地位。介紹了一種由MSP430F149單片機、DS18C20溫度傳感器和SMC1602A液晶顯示器構成的實時溫度顯示的數顯溫度計。該數顯溫度計可以實現低功耗測量，并能保證測量精度。

關鍵詞：數顯溫度計；MSP430F149單片機；電路設計；軟件設計

中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.102

1 MSP430F149單片機簡介

MSP430F系列是美國TI公司生產的一種超低功耗的Flash控制器，該器件有“綠色控制器”之稱，其技術特征代表了單片機的發展方向。MSP430F149單片機片上外圍功能模塊主要有具有捕獲∕比較功能的16位定時器Timer_A和Timer_B、一個14路的12位模數轉換器/一個看門狗、一個DCO內部振蕩器和兩個外部時鐘，支持8 M時鐘、6路P口，其中，P1和P2具有中斷功能。由于MSP430F149單片機為FLASH型，所以可以在線調試單片機。該單片機僅需1.8～3.6 V電壓供電，可在超低功耗模式下工作，測量結果為100 mW左右的功耗（電流為14 mA左右），可靠性能好，加強電干擾運行不受影響。

2 數顯溫度計電路設計

數顯溫度計由MSP430F149單片機、DS18B20溫度傳感器、SMC1602A液晶顯示器和電源幾部分組成。本系統采用MSP430F149單片機作為主控制器，完成溫度信號的準確采集，存儲在內置Flash內，并由SMC1602A液晶顯示器顯示出來。數顯溫度計的電路系統如圖1所示。

圖 1 數顯溫度計電路

DS18B20溫度傳感器將溫度模擬量轉換為12位串行數字值經P1.6引腳輸入單片機。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溫度傳感器的測溫范圍為-55～125 ℃，在10～85 ℃時，精度為±0.5 ℃，工作電源為3～5.5 V/DC。測量結果以9～12位數字方式串行傳送，默認為12位數字量串行傳送，此時的分辨率為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，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85 ℃。

系統供電由MAX604芯片固定輸出的典型應用電路提供，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、DS18C20溫度傳感器和SMC1602A液晶顯示器供電。

溫度值顯示由SMC1602A標準字符型液晶顯示器顯示。SMC1602A顯示器采用點陣型液晶顯示器（LCD），可顯示16個字符×2行西文字符，字符尺寸為2.95 m×4.35 m，內置HD44780和兼容芯片接口型液晶顯示控制器，可與MCU單片機直接連接。新推出的標準測光產品系列背光電流小，整體模塊電流更低，3.3 V低電壓工作產品更方便與低電壓單片機連接。SCM1604A液晶顯示器數據線D1～D8直接與單片機的P4.0～P4.7引腳相連，其片選信號RS、讀寫控制信號R/W、使能信號E分別與單片機的P3.0、P3.1、P3.2引腳相連。

3 軟件設計

數顯溫度計的程序主要包括主程序和中斷服務程序。主程序首先初始化系統，初始化I/O端口，打開XT2高頻晶體振蕩器（8 MHz），MCLK和SMCLK選擇高頻晶振。定時器A，B選擇SMCLK并進行8分頻，定時器B被設置為增計數模式，定時器B計數值為07CFH，定時器B每隔2 ms中斷一次，開定時器B中斷和全局中斷。系統進入低功耗模式，用定時器B喚醒單片機采樣并實時顯示溫度。

接通電源后，單片機開始工作。定時器B定時2 ms中斷一次，中斷程序中，單片機讀取DS18B20溫度傳感器輸出的12位串行溫度數字值，然后存入Flash中轉換成相應的溫度值，并將轉換的溫度值擴大10倍，所得的溫度值個位數值即為實際溫度小數點后的第一位數值。單片機初始化SMC1602A液晶顯示器后，寫入當前采集到的溫度值，SMC1602A液晶顯示器顯示4位溫度值（百位、十位、個位和小數點后一位）。單片機完成數據的讀取、處理和顯示后，進入低功耗模式。

4 實驗結果及結論

數顯溫度計對溫度的實時采集與顯示如圖2所示。

圖2 溫度的實時采集與顯示

通過多次調試和試驗證明，利用MSP430F149單片機、DS18C20溫度傳感器和SMC1602A液晶顯示器構成的數顯溫度計來測量和顯示溫度是十分可靠的，測試結果與實際環境溫度相符合。該數顯溫度計除了具有接口電路簡單、測量精度高、誤差小、可靠性高等特點外，還具有低成本、低功耗的特點，這使其擁有更廣闊的前景。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕