基于MSP430单片机的低功耗数显温度计的设计

何江南

摘 要：温度采集在各个行业中占有重要地位。介绍了一种由MSP430F149单片机、DS18C20温度传感器和SMC1602A液晶显示器构成的实时温度显示的数显温度计。该数显温度计可以实现低功耗测量，并能保证测量精度。

关键词：数显温度计；MSP430F149单片机；电路设计；软件设计

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.102

1 MSP430F149单片机简介

MSP430F系列是美国TI公司生产的一种超低功耗的Flash控制器，该器件有“绿色控制器”之称，其技术特征代表了单片机的发展方向。MSP430F149单片机片上外围功能模块主要有具有捕获∕比较功能的16位定时器Timer_A和Timer_B、一个14路的12位模数转换器/一个看门狗、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，支持8 M时钟、6路P口，其中，P1和P2具有中断功能。由于MSP430F149单片机为FLASH型，所以可以在线调试单片机。该单片机仅需1.8～3.6 V电压供电，可在超低功耗模式下工作，测量结果为100 mW左右的功耗（电流为14 mA左右），可靠性能好，加强电干扰运行不受影响。

2 数显温度计电路设计

数显温度计由MSP430F149单片机、DS18B20温度传感器、SMC1602A液晶显示器和电源几部分组成。本系统采用MSP430F149单片机作为主控制器，完成温度信号的准确采集，存储在内置Flash内，并由SMC1602A液晶显示器显示出来。数显温度计的电路系统如图1所示。

图 1 数显温度计电路

DS18B20温度传感器将温度模拟量转换为12位串行数字值经P1.6引脚输入单片机。DS18B20温度传感器与微处理器连接仅需要一条线即可双向通讯。DS18B20温度传感器的测温范围为-55～125 ℃，在10～85 ℃时，精度为±0.5 ℃，工作电源为3～5.5 V/DC。测量结果以9～12位数字方式串行传送，默认为12位数字量串行传送，此时的分辨率为0.062 5 ℃。DS18B20采用外部电源供电方式，工作电源由VDD引脚接入，为了增加输出的稳定性，在输出线上接5.1 K上拉电阻。需要注意的是，在外部供电方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85 ℃。

系统供电由MAX604芯片固定输出的典型应用电路提供，电路的输入电压范围为2.7～11.5 V，固定输出为3.3 V。锂电池的电压范围为3.8～4.0 V，可选择锂电池作为该芯片的输入电源。接通电源后，电源电路输出3.3 V电压给MSP430F149单片机、DS18C20温度传感器和SMC1602A液晶显示器供电。

温度值显示由SMC1602A标准字符型液晶显示器显示。SMC1602A显示器采用点阵型液晶显示器（LCD），可显示16个字符×2行西文字符，字符尺寸为2.95 m×4.35 m，内置HD44780和兼容芯片接口型液晶显示控制器，可与MCU单片机直接连接。新推出的标准测光产品系列背光电流小，整体模块电流更低，3.3 V低电压工作产品更方便与低电压单片机连接。SCM1604A液晶显示器数据线D1～D8直接与单片机的P4.0～P4.7引脚相连，其片选信号RS、读写控制信号R/W、使能信号E分别与单片机的P3.0、P3.1、P3.2引脚相连。

3 软件设计

数显温度计的程序主要包括主程序和中断服务程序。主程序首先初始化系统，初始化I/O端口，打开XT2高频晶体振荡器（8 MHz），MCLK和SMCLK选择高频晶振。定时器A，B选择SMCLK并进行8分频，定时器B被设置为增计数模式，定时器B计数值为07CFH，定时器B每隔2 ms中断一次，开定时器B中断和全局中断。系统进入低功耗模式，用定时器B唤醒单片机采样并实时显示温度。

接通电源后，单片机开始工作。定时器B定时2 ms中断一次，中断程序中，单片机读取DS18B20温度传感器输出的12位串行温度数字值，然后存入Flash中转换成相应的温度值，并将转换的温度值扩大10倍，所得的温度值个位数值即为实际温度小数点后的第一位数值。单片机初始化SMC1602A液晶显示器后，写入当前采集到的温度值，SMC1602A液晶显示器显示4位温度值（百位、十位、个位和小数点后一位）。单片机完成数据的读取、处理和显示后，进入低功耗模式。

4 实验结果及结论

数显温度计对温度的实时采集与显示如图2所示。

图2 温度的实时采集与显示

通过多次调试和试验证明，利用MSP430F149单片机、DS18C20温度传感器和SMC1602A液晶显示器构成的数显温度计来测量和显示温度是十分可靠的，测试结果与实际环境温度相符合。该数显温度计除了具有接口电路简单、测量精度高、误差小、可靠性高等特点外，还具有低成本、低功耗的特点，这使其拥有更广阔的前景。

参考文献

[1]沈建华，杨艳琴，翟骁曙.MSP430系列超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]王玉彩，王福增，王渝，等，MSP430F1101单片机在数据采集中的应用[J].现代电子技术，2005（28）.

[3]周云波.由DS1820单线数字温度计构成的单线多点温度测量系统[J].电子技术应用，1996（10）.

[4]曹磊.MSP430单片机C语言设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

〔编辑：王霞〕