畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于單片機(jī)的便攜式環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于單片機(jī)的便攜式環(huán)境監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)</p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名：</p><p>　　指導(dǎo)老師： 職 稱(chēng)：</p><p>　　摘要 溫濕度和氣壓是環(huán)境中重要的物理參數(shù)，人類(lèi)的生存和社會(huì)活動(dòng)與溫濕度、氣壓密切相關(guān)。在生產(chǎn)和生活中的許多場(chǎng)合，不論

2、是倉(cāng)庫(kù)管理、圖書(shū)保存，還是工業(yè)生產(chǎn)、居民生活，都對(duì)環(huán)境中的溫濕度、氣壓有一定的要求，在某些行業(yè)中對(duì)溫濕度、氣壓的要求更高。因此，對(duì)環(huán)境中溫濕度、氣壓的檢測(cè)和控制顯得尤為重要，溫濕度、氣壓的檢測(cè)在很多現(xiàn)代科技領(lǐng)域中也成為一項(xiàng)重要技術(shù)。并且隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)自己的生存環(huán)境越來(lái)越關(guān)注，而且溫濕度、氣壓的變化與人體的舒適度和情緒也有直接的影響，所以對(duì)溫度、濕度、氣壓的檢測(cè)就非常有必要了。</p><p>　　

3、便攜式環(huán)境測(cè)試儀的設(shè)計(jì)采用智能化的測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、氣壓的檢測(cè)。該系統(tǒng)以MSP430單片機(jī)作為主控芯片，采用了具有精度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的SHT11溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度與濕度的檢測(cè)，氣壓傳感器MPX4105實(shí)現(xiàn)氣壓的檢測(cè)，采用點(diǎn)陣字符型 LCD顯示溫濕度字母、數(shù)字。</p><p>　　該環(huán)境監(jiān)測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能很好的滿(mǎn)足許多環(huán)境中對(duì)溫濕度及氣壓檢測(cè)范圍和精度的要求。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞：MSP430單片機(jī) 傳感器 溫濕度 氣壓</p><p>　　Portable Environmental Monitor based on Single-Chip Microcomputer</p><p>　　Abstract The humiture and atmospheric pressure are important physics p

5、arameters of environment, human being's survival and public activities go hand in hand with the parameters. many situations that are in the production and the life, not only warehouse management, preservation of book

6、s, but also industrial production, residents life, all have certain request to the humiture and the atmospheric pressure of the environment, some professions have higher requirements. Therefore，it appears very imp</p

7、><p>　　The humiture and atmospheric pressure double parameters of the intelligent design test method for measuring temperature, humidity detection. This system to MSP430 single-chip microcomputer as the main co

8、ntrol chip, have used the high precision, low cost, small volume, simple interface of the advantages of SHT11 temperature ,humidity sensor and MPX4105 realize temperature and humidity test, The dot matrix characters type

9、 LED display temperature and humidity letters, Numbers.</p><p>　　That instrument structure is simple, and can satisfy the request of range and accuracy of the humiture and atmospheric pressure checks in vari

10、ous environments.</p><p>　　Keywords：MSP430 microcontroller Sensor Humiture atmospheric pressure</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p>

11、<p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀發(fā)展過(guò)程2</p><p>　　1.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀發(fā)展前景3</p><p>　　2 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的工作原理及主要器件介紹4</p><p>　　2.1整體設(shè)計(jì)思路4</p><p>　　2.2 單片機(jī)MSP4305</p

12、><p>　　2.2.1 單片機(jī)MSP430簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2.2 單片機(jī)MSP430主要特點(diǎn)5</p><p>　　2.2.3 單片機(jī)MSP430工作模式7</p><p>　　2.2.4 單片機(jī)MSP430端口介紹8</p><p>　　2.3 溫濕度傳感器SHT1110</p>

13、<p>　　2.3.1 溫濕度傳感器SHT11介紹10</p><p>　　2.3.2 溫濕度傳感器SHT11特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域10</p><p>　　2.3.3 溫濕度傳感器SHT11工作原理11</p><p>　　2.4 氣壓傳感器MPX410514</p><p>　　2.5 I2C總線(xiàn)定義15</p>

14、;<p>　　3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.1溫濕度傳感器SHT11電路17</p><p>　　3.2氣壓傳感器MPX410518</p><p>　　3.3 LCD顯示18</p><p>　　3.4復(fù)位電路部分21</p><p>　　3.5時(shí)鐘電路部分22</

15、p><p>　　3.6超限處理電路25</p><p>　　3.7鍵盤(pán)電路26</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1 監(jiān)測(cè)儀所支持的功能27</p><p>　　4.2 監(jiān)測(cè)儀的工作流程27</p><p>　　4.3 C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)30</p&

16、gt;<p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行31</p><p>　　5.1 proteus軟件介紹31</p><p>　　5.2 proteus電路功能仿真33</p><p>　　5.3 proteus對(duì)本設(shè)計(jì)的部分仿真34</p><p><b>　　結(jié)論35</b></p>&l

17、t;p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　附錄38</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景<

18、/b></p><p>　　日常生活中，檔案館、圖書(shū)館、精密儀器室、超凈車(chē)間等諸多場(chǎng)所都對(duì)環(huán)境溫濕度有嚴(yán)格的要求，溫濕度集散控制技術(shù)也是比較常見(jiàn)的應(yīng)用技術(shù)。環(huán)境中的溫濕度直接影響著動(dòng)植物的生長(zhǎng)。以農(nóng)業(yè)為例，溫濕度不僅直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，且農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)藥化肥等在存儲(chǔ)及運(yùn)輸過(guò)程中極易受環(huán)境溫濕度的變化而出現(xiàn)發(fā)霉變質(zhì)等情況；環(huán)境溫濕度對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域也具有重要的意義，藥品、疫苗及其他醫(yī)療用品在生產(chǎn)、加工、存儲(chǔ)及運(yùn)

19、輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境溫濕度有著嚴(yán)格的要求，不良的環(huán)境溫濕度會(huì)引起醫(yī)療用品的實(shí)效變質(zhì)，直接威脅到患者的生命安全。環(huán)境溫濕度檢測(cè)可有效地避免上述情況的發(fā)生，并為溫濕度管理提供可靠地實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。溫濕度的測(cè)量可以使用溫濕度監(jiān)測(cè)儀，它是環(huán)境記錄儀中的一項(xiàng)，隨著科技的進(jìn)步，溫濕度的相關(guān)監(jiān)測(cè)儀表也向著智能化、小型化、低功耗的方向發(fā)展。在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中，單片機(jī)發(fā)揮了重要的作用，本文介紹的濕度監(jiān)測(cè)儀就是以單片機(jī)作為核心控制器設(shè)計(jì)的。它具有體積小、操作簡(jiǎn)單、測(cè)

20、量精度高和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能很好的滿(mǎn)足許多環(huán)境中對(duì)溫濕度檢測(cè)范圍和精度的要求。</p><p>　　數(shù)字氣壓計(jì)是利用壓敏元件將待測(cè)氣壓直接變換為容易檢測(cè)、傳輸?shù)碾娏骰螂妷盒盘?hào)，然后再經(jīng)過(guò)后續(xù)電路處理并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的一種設(shè)備。其中的核心元件就是氣壓傳感器，它在監(jiān)視壓力大小、控制壓力變化以及物理參量的測(cè)量等方面起著重要作用。運(yùn)用于氣壓計(jì)的氣壓傳感器基本都是依靠不同高度時(shí)的氣壓變化來(lái)獲取氣壓值的。相對(duì)比于普通的水銀

21、氣壓計(jì)，有準(zhǔn)確易讀，易攜帶的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　氣象學(xué)研究表明，在垂直方向上氣壓隨高度增加而降低。例如在低層，每上升100m氣壓便降低10hPa；在5～6km的高空，高度每增加100m，氣壓便會(huì)降低7hPa；而當(dāng)高度進(jìn)一步增加時(shí)，即到9～10km的高空之后，高度每增加100m，氣壓便會(huì)降低5hPa；同樣，若空氣中有下降氣流時(shí)，氣壓會(huì)增加；若空氣中有上升氣流時(shí)，作用于空氣柱底部的氣壓就會(huì)減小。一般把作用于單

22、位面積上空氣柱的重量稱(chēng)為大氣壓力。</p><p>　　數(shù)字氣壓計(jì)大量應(yīng)用在各種工礦企業(yè)，野外作業(yè)，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品等等的地方。需求極為廣泛。</p><p>　　本設(shè)計(jì)首先根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)生活的需要提出溫濕度、氣壓監(jiān)測(cè)儀的功能要求，然后由這些具體要求設(shè)計(jì)出了硬件原理圖，采用模塊化的方法先將整個(gè)系統(tǒng)分成若干部分，然后逐模塊進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，最后將各部分結(jié)合起來(lái)協(xié)調(diào)工作。它是利用單片機(jī)的在控制方

23、面的突出優(yōu)點(diǎn)，并綜合運(yùn)用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、微控制技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和通信技術(shù)以及LCD顯示技術(shù)而設(shè)計(jì)的?？梢詫?shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量環(huán)境中的溫度、相對(duì)濕度和氣壓。</p><p>　　1.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的現(xiàn)狀</p><p>　　環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境管理的基礎(chǔ)和技術(shù)支持，隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作的發(fā)展，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也取得了較大的進(jìn)步，環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器生產(chǎn)形成了一定的規(guī)模。  </p>

24、<p>　　目前，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的生產(chǎn)企業(yè)有140余家，年產(chǎn)值4.8億元，約占全國(guó)環(huán)保產(chǎn)品產(chǎn)值的2.3%。環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的主要產(chǎn)品是各種水污染和大氣污染監(jiān)測(cè)、噪聲與振動(dòng)監(jiān)測(cè)、放射性和電磁波監(jiān)測(cè)儀器。我國(guó)生產(chǎn)的煙塵采樣器、煙氣采樣器、總懸浮微粒采樣器、油份測(cè)定儀、污水流量計(jì)等環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占有很大比例。國(guó)產(chǎn)大型實(shí)驗(yàn)室用原子吸收、紫外可見(jiàn)分光光度儀、氣相色譜儀等監(jiān)測(cè)儀器自動(dòng)控制技術(shù)采用程度較

25、低，關(guān)鍵零部件尚依賴(lài)進(jìn)口。  </p><p>　　我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器多是中小型企業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品基本集中在中低檔的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器，遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作發(fā)展的需要。主要表現(xiàn)為：  </p><p>　　技術(shù)檔次低，低水平、重復(fù)生產(chǎn)嚴(yán)重，規(guī)模效益差；</p><p>　　產(chǎn)品質(zhì)量不高，性能不穩(wěn)定，一致性較差，使用壽命短，故障率高；

26、 </p><p>　　研究開(kāi)發(fā)能力較低，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器的系統(tǒng)配套生產(chǎn)能力較低，不能適應(yīng)市場(chǎng)要求。</p><p>　　1.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀發(fā)展前景</p><p>　　目前市場(chǎng)上的溫濕度、氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的有線(xiàn)方式，必須在采集現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)大量的線(xiàn)纜用于感應(yīng)器供電，數(shù)據(jù)傳輸機(jī)數(shù)據(jù)采集。信號(hào)線(xiàn)，控制線(xiàn)，電源線(xiàn)混雜在一起，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，容易受到傳輸距離、電電磁干擾

27、的影響而邊的不穩(wěn)定。</p><p>　　隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，溫濕度、氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正往無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)方向發(fā)展，這樣使系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)不需要人工干預(yù)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警、及查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)的功能。溫濕度、氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完成建立在大量研究工作的基礎(chǔ)上，在數(shù)據(jù)的采集、顯示及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)确矫孀隽顺浞謱?shí)驗(yàn)，提出了多種可行的方案，可根據(jù)實(shí)際需要靈活變換。系統(tǒng)是以智能化為宗旨，旨在為工業(yè)級(jí)家庭提供有效、使用的溫濕度、氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這

28、一方面是對(duì)當(dāng)前工業(yè)溫濕度、氣壓監(jiān)測(cè)技術(shù)的更新，另一方面也為人們的家庭生活更加舒適提供了條件。無(wú)線(xiàn)溫濕度、氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)能夠出色地完成基本的溫濕度、監(jiān)測(cè)工作，并且向智能化、自動(dòng)化邁進(jìn)了一大步，但是還有很多需要完善的地方。例如，供電部分可以做相應(yīng)的改進(jìn)，低功耗的同時(shí)采用新型能源，如與太陽(yáng)能電池、熱差電池、壓差電池等，使電池壽命更長(zhǎng)，解決特使領(lǐng)域環(huán)境的供電問(wèn)題。還有應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新，將我們的設(shè)計(jì)應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如電力行業(yè)，用于大型變壓器及高壓

29、開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫、測(cè)壓，避免起火、爆炸等惡性事故的發(fā)生。</p><p>　　常見(jiàn)氣壓計(jì)有液體氣壓計(jì)和盒式氣壓計(jì)。飛機(jī)上使用的高度計(jì)實(shí)際上是用盒式氣壓計(jì)改裝成的。常見(jiàn)的液體氣壓計(jì)有水銀氣壓計(jì)和酒精氣壓計(jì)兩種，這兩種都是老式的氣壓計(jì)，體積大，精度低，不方便攜帶且容易壞，當(dāng)今社會(huì)科技高速發(fā)展，各行各業(yè)不斷出現(xiàn)新技術(shù)新材料，氣壓測(cè)量這塊也是這樣，盒式氣壓計(jì)的出現(xiàn)部分的解決了液體氣壓計(jì)所無(wú)法解決的缺點(diǎn)，比如體積、方便攜帶等等。

30、人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后微電子行業(yè)發(fā)展極為迅速，各種各樣的電子傳感器被發(fā)明且被運(yùn)用到各行各業(yè)，為人們的生產(chǎn)生活創(chuàng)造了極大的便利。數(shù)字氣壓傳感器亦已出現(xiàn)，并大量被運(yùn)用，甚至現(xiàn)在很多手持設(shè)備中都已經(jīng)加入了氣壓計(jì)功能，比如手機(jī)，GPS等，方便了人們的出行旅游。</p><p>　　便攜式環(huán)境監(jiān)測(cè)儀就是一個(gè)輔助人們完成日常生產(chǎn)活動(dòng)中，涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、以及居家生活等各方面中各種指標(biāo)的測(cè)試。將環(huán)境中溫濕度、壓力的測(cè)量

31、功能集于一體，設(shè)計(jì)小巧便于攜帶，大大方便了人們的日常生活。</p><p>　　2 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的總體設(shè)計(jì)及主要器件選型</p><p>　　本環(huán)境監(jiān)測(cè)儀使用模塊法設(shè)計(jì)，主要由單片機(jī)MSP430、溫濕度傳感器SHT11、氣壓傳感器MPX4105電路連接而成。體積小巧，便于攜帶，且能夠長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)。在接通電源后可以比較準(zhǔn)確的測(cè)得周?chē)h(huán)境的溫濕度和氣壓。本環(huán)境監(jiān)測(cè)儀還有一項(xiàng)功能就是可以對(duì)周?chē)h(huán)境

32、的氣壓，溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況，對(duì)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行各種參數(shù)的上下限設(shè)定。當(dāng)周?chē)h(huán)境參數(shù)超過(guò)設(shè)定數(shù)值，環(huán)境監(jiān)測(cè)儀就會(huì)報(bào)警。</p><p>　　2.1 整體設(shè)計(jì)思路</p><p>　　本設(shè)計(jì)核心部件為MSP430，信號(hào)采集及處理部分由SHT11和MPX410構(gòu)成，進(jìn)入單片機(jī)后經(jīng)處理后通過(guò)LCD顯示溫濕度，其他組成部分為實(shí)時(shí)時(shí)鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生同現(xiàn)在相同的時(shí)間和具體日期。</p>

33、;<p>　　在軟件設(shè)計(jì)部分有對(duì)測(cè)量的溫濕度進(jìn)行上下值的設(shè)定，當(dāng)測(cè)量超過(guò)限定值，報(bào)警器會(huì)發(fā)生警報(bào)。</p><p>　　硬件中包括一個(gè)開(kāi)關(guān)，為復(fù)位開(kāi)關(guān)。開(kāi)機(jī)后，所有器件初始化，DS1302產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)間和日期，溫濕度傳感器SHT11開(kāi)始進(jìn)行溫濕度測(cè)量和計(jì)算，最后通過(guò)LCD液晶顯示器顯示結(jié)果。在測(cè)量結(jié)果中有超過(guò)設(shè)定溫濕度上下限的，通過(guò)超限模塊作出反應(yīng)。</p><p>　　其他是

34、一些附件，比如復(fù)位、晶振電路。整體電路框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 整體電路框圖</p><p>　　2.2 單片機(jī)MSP430</p><p>　　2.2.1 MSP430 簡(jiǎn)介</p><p>　　MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的混合信號(hào)處理

35、器（Mixed Signal Processor）。稱(chēng)之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片機(jī)”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。</p><p>　　2.2.2 MSP430主要特點(diǎn)</p><p><b>　　處理能力強(qiáng)</b></p>

36、<p>　　MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。</p><p><b>　　運(yùn)算速度快</b></p>&l

37、t;p>　　MSP430 系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如FFT等）。</p><p><b>　　超低功耗</b></p><p>　　MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控

38、的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。</p><p>　　首先，MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V 電壓。因而可使其在1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。</p><p>　　其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL 和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和DC

39、O數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（32.768kHz）DT-26 OR DT-38，也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。</p><p>　　由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4）

40、。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá)2.5μA ，在RAM 保持模式下，最低可達(dá)0.1μA 。</p><p><b>　　片內(nèi)資源豐富</b></p><p>　　MSP430 系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門(mén)狗（WDT）、模擬比較器A、定時(shí)器A0（Timer_A0）、定時(shí)器A1（Timer_A1）、定時(shí)器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I

41、2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、16位Σ-Δ ADC、DMA、I/O端口、基本定時(shí)器（Basic Timer）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出A/D 轉(zhuǎn)換器；16 位定時(shí)器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等；有的器件更具有

42、可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪(fǎng)問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps ，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位D/A轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線(xiàn)接口實(shí)</p><p>　　另外，MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可

43、以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需5μs。</p><p><b>　　方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　MSP430系列有OTP型、FLASH型和ROM型三種類(lèi)型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。對(duì)于OTP型和ROM型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后燒寫(xiě)或掩膜芯片；對(duì)于LASH型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有

44、JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě)的FLASH存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這種方式只需要一臺(tái)PC機(jī)和一個(gè)JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。</p><p>　　2.2.3 MSP430工作模式</p><p>　　MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單

45、片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。而且運(yùn)算速度快，超低功耗，片內(nèi)資源豐富。另外，MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需5μs。</p&

46、gt;<p>　　MSP430工作在6V電壓下有正常工作模式AM和4種低功耗工作模式LPM1、LPM2、LPM3、LPM4在電源電壓為3V時(shí)各種模式的工作電流分別為 AM340uA、LPM170uA、LPM217uA、LPM32uA、LPM40.1uA。單片機(jī)可以方便的在各種工作模式之間切換。MSP430的超低功耗使其在電池供電、便攜式設(shè)備的應(yīng)用中表現(xiàn)出非常優(yōu)良的特性。MSP430也具有非常高的集成度單片集成了多通道12b

47、it的A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)精密比較器、多個(gè)具有PWM功能的定時(shí)器、斜邊A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)USART、看門(mén)狗定時(shí)器、片內(nèi)數(shù)控振蕩器DCO、大量的I/O端口以及大容量的片內(nèi)存儲(chǔ)器單片可以滿(mǎn)足絕大多數(shù)的應(yīng)用需要。MSP430的這種高集成度使應(yīng)用人員不必在接口、外接I/O及存儲(chǔ)器上花太多的精力而可以方便的設(shè)計(jì)真正意義上的單片系統(tǒng)。MSP430的片內(nèi)存儲(chǔ)器有ROMC型、OTPP型、EPROME型、Flash MemoryF型4種型號(hào)采用馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)因

48、此RAM、ROM和全部的外圍模塊都位于同一地址空間內(nèi)。</p><p>　　2.2.4 MSP430端口介紹</p><p>　　MSP430的引腳示意圖如2.2所示</p><p>　　圖2.2 MSP430引腳圖</p><p>　　MSP430的端口有P1、P2、P3、P4、P5、P6、S和COM（型號(hào)不同，包含的端口也不僅相同，如MS

49、P430X11X系列只有P1,P2端口，而MSP430X4XX系列則包含全部上述端口），它們都可以直接用于輸入/輸出。MSP430系統(tǒng)中沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的輸入/輸出指令，輸入/輸出操作通過(guò)傳送指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。端口P1`P6的每一位都可以獨(dú)立用于輸入/輸出，即具有位尋址功能。常見(jiàn)的鍵盤(pán)接口可以直接用端口進(jìn)行模擬，用查詢(xún)或者中斷方式控制。由于MSP430的端口只有數(shù)據(jù)口，沒(méi)有狀態(tài)口或控制口，在實(shí)際應(yīng)用中，如在查詢(xún)式輸入/輸出傳送時(shí)，可以用端口的某一位或

50、者幾位來(lái)傳送狀態(tài)信息，通過(guò)查詢(xún)對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)來(lái)確定外設(shè)是否處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)。  </p><p><b>　　端口的功能： </b></p><p>　　（1）P1,P2端口： I/O,中斷功能,其他片內(nèi)外設(shè)功能如定時(shí)器、比較器； </p><p>　?。?）P3,P4P5P6端口：I/O,其他

51、片內(nèi)外設(shè)功能如SPI、UART模式，A/D轉(zhuǎn)換等；</p><p>　?。?）S,COM端口：I/O,驅(qū)動(dòng)液晶。 </p><p>　　MSP430各端口具有豐富的控制寄存器供用戶(hù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。其中P1,P2具有7個(gè)寄存器，P3~P6具有4個(gè)寄存器。 通過(guò)設(shè)置寄存器我們可以實(shí)現(xiàn) 每個(gè)I/O位獨(dú)立編程和任意組合輸入，輸出和中斷； P1,P2所有8個(gè)位

52、全部可以用作外部中斷處理； 可以使用所以指令對(duì)寄存器操作； 可以按字節(jié)輸入、輸出，也可按位進(jìn)行操作。  </p><p>　　端口P1,P2的功能可以通過(guò)它們的7個(gè)控制寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里，Px代表P1或P2。 </p><p>　?。?）PxDIR：輸入/輸出方向寄存器。 8位相互獨(dú)立，可以分別定義8個(gè)引腳的輸入/輸出方向。8位再

53、PUC后都被復(fù)位。使用輸入/輸出功能時(shí)，應(yīng)該先定義端口的方向 。作為輸入時(shí)只能讀，作為輸出時(shí)，可讀可寫(xiě)。0：輸入模式；1：輸出模式。 </p><p>　　如：P1DIR|=BIT4;   //P1.4輸出 ，P2DIR=0XF0;   //高4位輸出，低4位輸入。 </p><p>　?。?/p>

54、2）PXIN：輸入寄存器，為只讀寄存器。用戶(hù)不能對(duì)它進(jìn)行寫(xiě)入，只能通過(guò)讀取其寄存器的內(nèi)容來(lái)知道I/O口的輸入信號(hào)。所以其引腳的方向要選為輸入。如再鍵盤(pán)鍵盤(pán)掃描程序中經(jīng)常要讀取行線(xiàn)或者列線(xiàn)的端口寄存器值來(lái)判斷案件情況。例如：unsigned char key; P1DIR&=~BIT4;   //P1.4輸入     ke

55、y=P1IN&0X10;   //輸出端口P1.4的值 </p><p>　?。?）PXOUT：輸出寄存器。該寄存器為I/O端口的輸出緩沖寄存器，再讀取時(shí)輸出緩存的內(nèi)容與引腳方向定義無(wú)關(guān)。改變方向寄存器的內(nèi)容，輸出緩存的內(nèi)容不受影響。如：PIOUT|=0X01;   //P1.0輸出1 ， PIOUT&=~0

56、X01;   //P1.0輸出0 。 </p><p>　　（4）PXIFG：中斷標(biāo)志寄存器。他的8個(gè)標(biāo)志位標(biāo)志相應(yīng)引腳是否有中斷請(qǐng)求有待處理。0：無(wú)中斷請(qǐng)求， 1：有中斷請(qǐng)求。其中斷標(biāo)志分別為PXIFG.0~PXIFG.7。應(yīng)該注意的是：PXIFG.0~PXIFG.7共用一個(gè)中斷向量，為多源中斷。當(dāng)任一事件引起的中斷進(jìn)行處理時(shí)，PXIFG.0~PXIF

57、G.7不會(huì)自動(dòng)復(fù)位，必須由軟件來(lái)判斷是對(duì)哪一個(gè)事件，并將相應(yīng)的標(biāo)志復(fù)位。另外，外部中斷事件的時(shí)間必須保持不低于1.5倍的MCLK時(shí)間，以保證中斷請(qǐng)求被接受，且使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位。 </p><p>　?。?）PXIES：中斷觸發(fā)沿選擇寄存器。如果允許PX口的某個(gè)引腳中斷，還需定義該引腳的中斷觸發(fā)方式。0：上升沿觸發(fā)使相應(yīng)標(biāo)志置位，1：下降沿觸發(fā)相應(yīng)標(biāo)志置位。如：MOV.B #07H,

58、0;&P1IES p1低3位下降沿觸發(fā)中斷。 </p><p>　　（6）PXIE：中斷使能寄存器。PX口的每一個(gè)引腳都有一位用以控制該引腳是否允許中斷。0：禁止中斷 ，1：允許中斷。MOV.B #0E0H, &P2IE P2高3位允許中斷。 </p><p>　?。?）PXSEL：功能選擇寄存器。P1,

59、P2兩端口還具有其他片內(nèi)外設(shè)功能，將這些功能與芯片外的聯(lián)系通過(guò)復(fù)用P1,P2引腳的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。PXSEL用來(lái)選擇引腳的I/O端口功能與外圍模塊功能。0：選擇引腳為I/O端口，1：選擇引腳為外圍模塊功能。如：P1SEL|=0X10; //P1.4為外圍模塊功能。 </p><p>　　端口P3、P4、P5、P6沒(méi)有中斷能力，其余功能同PI,P2。除掉端口P1,P2與中斷相關(guān)的3個(gè)寄存器，端口P3

60、,P4,P5,P6的4個(gè)寄存器（用法同P1，P2）分別為PXDIR，PXIN，PXOUT，PXSEL可供用戶(hù)使用。 </p><p>　　端口COM和S，他們實(shí)現(xiàn)與液晶片的直接接口。COM為液晶片的公共端，S為液晶片的段碼端。液晶片輸出端也可經(jīng)軟件配置為數(shù)字輸出端口。</p><p><b>　　2.3 SHT11</b></p><p&

61、gt;　　2.3.1 SHT11簡(jiǎn)介</p><p>　　在這里選擇SHT11作為溫濕度檢測(cè)的主要元器件，SHT11是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的具有二線(xiàn)串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感器，可用來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)融合，從而發(fā)揮出它們強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用，為開(kāi)發(fā)高集成度、高精度、高可靠

62、性的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)提供了解決方案。</p><p>　　2.3.2 SHT11特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 </p><p>　　SHT11具有高度集成，接口簡(jiǎn)單將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個(gè)芯片上；提供二線(xiàn)數(shù)字串行接口SCK和DATA，接口簡(jiǎn)單，支持CRC傳輸校驗(yàn)，傳輸靠性高；測(cè)量精度可編程調(diào)節(jié)，內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換器(分辨率為8～12位，可以通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄

63、存器編程米選擇)； 測(cè)量精確度高，由于同時(shí)集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能； 封裝尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，測(cè)量和通信結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式； 高可靠性，采用CMOSens工藝，測(cè)量時(shí)可將感測(cè)頭完全浸于水中。所以該芯片廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、汽車(chē)、消費(fèi)電子、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。</p><

64、;p>　　2.3.3 SHT11工作原理</p><p>　　SHT11的外形及管腳示意圖如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 SHT11的外形及管腳示意圖</p><p>　　與傳統(tǒng)的溫濕度傳感器不同，SHT11是基于CMOS技術(shù)的新型智能溫濕度傳感器，它將溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、二線(xiàn)串行接口全部集成于一個(gè)芯片內(nèi)。</p>

65、;<p>　　使傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、極高的性?xún)r(jià)比等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　SHT11傳感器默認(rèn)的測(cè)量溫度和相對(duì)濕度的分辨率分別為14位、12位，通過(guò)狀態(tài)寄存器可降至12位、8位。濕度的測(cè)量范圍是0~100%RH，對(duì)于12位的分辨率為0.03%RH；溫度測(cè)量范圍為-40~+123℃，對(duì)于14位的分辨率為0.01℃.每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的溫度室中標(biāo)定，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)以程序形式

66、儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，在測(cè)量過(guò)程中可對(duì)相對(duì)濕度自動(dòng)校準(zhǔn)，使SHT11具有100%的互換性。</p><p>　　其測(cè)量的工作原理：首先利用2只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度、溫度的信號(hào)；然后經(jīng)過(guò)放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)；再通過(guò)二線(xiàn)串行接口將相對(duì)濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器完成非線(xiàn)性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。</p><p>　　微處理器是通過(guò)二線(xiàn)串行數(shù)字接口與SHT11進(jìn)行通信的。通信

67、協(xié)議與通用的I2C總線(xiàn)協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器I/O口模擬該通信時(shí)序。微處理器對(duì)SHT11的控制是通過(guò)5個(gè)5位命令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，命令代碼的含義如表2.1所示。</p><p><b>　　表2.1</b></p><p>　　微處理器采用二線(xiàn)串行數(shù)字接口和溫濕度傳感器芯片SHT11進(jìn)行通信，所以硬件接口設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單；然而，通信協(xié)議是芯片廠(chǎng)家自己定義的，所

68、以在軟件設(shè)計(jì)中，需要用微處理器通用I/O口模擬通信協(xié)議。</p><p>　　SHT11的供電電壓為3－5.5V。傳感器上電后，要等待1s 以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF 的電容，用以去耦濾波。</p><p>　　DATA 用于微處理器與SHT11之間的通訊和同步，采用單總線(xiàn)數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整

69、數(shù)部分,具體格式在下面說(shuō)明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和用戶(hù)MCU發(fā)送一次開(kāi)始信號(hào)后,SHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，SHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶(hù)可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，SHT11接收到開(kāi)

70、始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，SHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。</p><p>　　(1)總線(xiàn)空閑狀態(tài)為高電平,主機(jī)把總線(xiàn)拉低等待SHT11響應(yīng)，主機(jī)把總線(xiàn)拉低必須大于18毫秒，保證SHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。SHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后,延時(shí)等待20-40us后，讀取SHT1

71、1的響應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線(xiàn)由上拉電阻拉高。</p><p>　　(2) 總線(xiàn)為低電平，說(shuō)明SHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，SHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后，再把總線(xiàn)拉高80us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一字節(jié)數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開(kāi)始,高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是0還是1。如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平，則SHT11沒(méi)有響應(yīng)，請(qǐng)檢查線(xiàn)路是否連接正常。當(dāng)最后一字節(jié)數(shù)據(jù)傳送完畢后，SHT11拉低

72、總線(xiàn)50us，隨后總線(xiàn)由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。</p><p>　　SHT11通過(guò)二線(xiàn)數(shù)字串行接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線(xiàn)需要外接上拉電阻，時(shí)鐘線(xiàn)SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì)SCK最低頻率沒(méi)有要求；當(dāng)工作電壓高于4.5V時(shí)，SCK頻率最高為10MHz，而當(dāng)工作電壓低于4.5V時(shí)，SCK最高頻率則為1MHZ。</p><p&g

73、t;　　2. 4 MPX4105</p><p>　　MPX4105作為氣壓傳感器。MPX4105可以產(chǎn)生于所加氣壓呈線(xiàn)性關(guān)系的高精度模擬輸出電壓，它具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　供電范圍：4.85~5.35V，典型值為5.1V。</p><p>　　測(cè)量范圍：15~105kPa。</p><p>　　工作溫度范圍：0~85℃。<

74、/p><p>　　溫度補(bǔ)償范圍：-40~+125℃。</p><p>　　測(cè)量精度為±1.7%VFSS。</p><p>　　最低氣壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓VOFF為0.184~0.428V，典型值為0.306V；最高氣壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓VOFF為4.804~4.988V，典型值為4.896V；滿(mǎn)刻度輸出電壓間距VFSS的典型值為4.590V。</p>&

75、lt;p>　　氣壓傳感器選用摩托羅拉公司生產(chǎn)地集成壓力傳感芯片MPX4105，其引腳分布如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 MPX4105引腳分布</p><p>　　各引腳功能說(shuō)明如下：</p><p>　　VOUT(1腳)：電壓輸出腳。</p><p>　　GND（2腳）：接地端。</p><p>

76、;　　NC（4、5、6腳）：空引腳，用于芯片內(nèi)部連接，懸空不適用。</p><p>　　2.5 I2C總線(xiàn)定義  </p><p>　　I2C(Inter－Integrated Circuit)總線(xiàn)是一種由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線(xiàn)產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開(kāi)發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中

77、包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢(xún)，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。  </p><p>　　I2C總線(xiàn)特點(diǎn)    </p><p>　　I2C總線(xiàn)最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此

78、I2C總線(xiàn)占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€(xiàn)的長(zhǎng)度可高達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個(gè)組件。I2C總線(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線(xiàn)。一個(gè)主控能夠控制信號(hào)的傳輸和時(shí)鐘頻率。當(dāng)然，在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控。  </p><p>　　I2

79、C總線(xiàn)工作原理 </p><p>　　I2C總線(xiàn)是由數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線(xiàn)，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線(xiàn)上，但就像電話(huà)機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中，I2C總線(xiàn)上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決

80、于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠?，地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類(lèi)；控制量決定該調(diào)整的類(lèi)別（如對(duì)比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線(xiàn)上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。  </p><p>　　I2C總線(xiàn)在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種類(lèi)型信號(hào)， 它們分別是：開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。  開(kāi)始信號(hào)：

81、SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。    結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。  應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)

82、答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。  </p><p>　　這些信號(hào)中，起始信號(hào)是必需的，結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)，都可以不要。   目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機(jī)有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲(chǔ)器、監(jiān)控芯片等

83、也提供I2C接口 </p><p>　　I2C 總線(xiàn)是一種用于IC器件之間連接的雙向二線(xiàn)制總線(xiàn)，所謂總線(xiàn)它上面可以?huà)於鄠€(gè)器件，并且通過(guò)兩根線(xiàn)連接，占用空間非常的小，總線(xiàn)的長(zhǎng)度可長(zhǎng)達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持4個(gè)組件。它的另一優(yōu)點(diǎn)是多主控，只要能夠進(jìn)行接收和發(fā)送的設(shè)備都可以成為主控制器，當(dāng)然多個(gè)主控不能同一時(shí)間 工作。   I2C總

84、線(xiàn)有兩根信號(hào)線(xiàn)，一根為SDA（數(shù)據(jù)線(xiàn)），一根為SCL（時(shí)鐘線(xiàn)）。任何時(shí)候時(shí)鐘信號(hào)都是由主控器件產(chǎn)生。  </p><p>　　I2C總線(xiàn)操作    </p><p>　　I2C規(guī)程運(yùn)用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線(xiàn)上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。 總線(xiàn)必須由主

85、器件（通常為微控制器）控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘（SCL）控制總線(xiàn)的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。SDA線(xiàn)上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來(lái)表示起始和停止條件。    控制字節(jié)  </p><p>　　在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類(lèi)型識(shí)別符（不同的芯片類(lèi)型有不同的定義，EE

86、PROM一般應(yīng)為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫(xiě)位，當(dāng)為1時(shí)為讀操作，為0時(shí)為寫(xiě)操作。    寫(xiě)操作 分為字節(jié)寫(xiě)和頁(yè)面寫(xiě)兩種操作，對(duì)于頁(yè)面寫(xiě)根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。  讀操作有三種基本操作：當(dāng)前地址讀、隨機(jī)讀和順序讀。應(yīng)當(dāng)注意的是：最后一個(gè)讀操作的第9個(gè)時(shí)鐘周期不是“不關(guān)心”。為了結(jié)束讀操作，主機(jī)必須在第9個(gè)周期間發(fā)出停止條件或者在第9個(gè)時(shí)鐘周

87、期內(nèi)保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。</p><p>　　3 便攜式環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本環(huán)境監(jiān)測(cè)儀使用模塊法設(shè)計(jì)，主要由單片機(jī)MSP430、溫濕度傳感器SHT11、氣壓傳感器MPX4105電路連接而成。體積小巧，便于攜帶，且能夠長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)。在接通電源后可以比較準(zhǔn)確的測(cè)得周?chē)h(huán)境的溫濕度和氣壓。本環(huán)境監(jiān)測(cè)儀還有一項(xiàng)功能就是可以對(duì)周?chē)h(huán)境的氣壓，溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

88、可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行各種參數(shù)的上下限設(shè)定。當(dāng)周?chē)h(huán)境參數(shù)超過(guò)設(shè)定數(shù)值，環(huán)境監(jiān)測(cè)儀就會(huì)報(bào)警。</p><p>　　3.1 溫濕度傳感器SHT11電路</p><p>　　此模塊是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的信號(hào)采集及初步處理的模塊，由溫濕度傳感器芯片SHT11構(gòu)成。溫濕度傳感器SHT11的SCK、DATA口分別與單片機(jī)MSP430的P1.0、P1.1口相連接。電路圖如圖3.1所示。</p&

89、gt;<p>　　圖3.1溫濕度傳感器SHT11電路連接圖</p><p>　　3.2 氣壓傳感器MPX4105電路</p><p>　　此模塊是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的信號(hào)采集及初步處理的模塊，由氣壓傳感器芯片MXP4105構(gòu)成，電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　氣壓傳感器MXP4105的1、2腳分別接電源和地，3腳與單片機(jī)MSP430的P2.0接口

90、相連。</p><p>　　圖3.2氣壓傳感器MPX4105電路圖</p><p><b>　　3.3 LCD顯示</b></p><p>　　LCD是一種利用液晶的扭曲/向列效應(yīng)制成的新型顯示器，它具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在單片機(jī)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用LCD160

91、2，LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。 </p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：VO為液晶顯示屏對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。</p&g

92、t;<p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器，</p><p>　　第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成

93、低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。</p><p>　　第15~16腳：空腳。</p><p>　　LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。它的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 LCD1602液晶模塊控制指

94、令表</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。</p><p>　　指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)反回到地址00H。</p><p>　　指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S：屏幕上所有文字是否左移或者右移，高電平表示有效，低電平則無(wú)效。</p><p>　　指令4：顯示開(kāi)關(guān)控

95、制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)4位總線(xiàn)，低電平時(shí)為8位總線(xiàn) N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平

96、時(shí)雙行顯示 F：低電平時(shí)顯示5*7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5*10的點(diǎn)陣字符。</p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果是低電平表示不忙。</p><p><

97、b>　　指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。</b></p><p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　圖3.3 LCD連接電路圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中VSS接地、VDD接電源，RS、RW、E分別與單片機(jī)P6.0、P6.1、P6.2連接，如圖3.3所示。</p><p>　　3.4 復(fù)位

98、電路部分</p><p>　　這種復(fù)位電路的工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開(kāi)始電容是沒(méi)有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過(guò)電阻給電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會(huì)由0V慢慢的升到4V左右（此時(shí)間很短一般小于0.3秒），RC構(gòu)成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，其寬度大于兩個(gè)機(jī)器周期，MSP430將復(fù)位。正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，RST端電壓慢慢下降，

99、降到一定電壓值以后，即為低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作（這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位）；當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作（這是手動(dòng)復(fù)位原理）。電路圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 復(fù)位電路連接圖</p><p>　　3.5 時(shí)鐘電路部分</p><p>　　DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)

100、鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分時(shí)日、日期月年的信息。每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24或者12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線(xiàn)：RES復(fù)位、I/O數(shù)據(jù)線(xiàn)、SCLK串行時(shí)鐘。時(shí)鐘/RAM的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信，DS1302工作時(shí)功耗

101、很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。采用雙電源供電（主電源和備用電源）,可設(shè)置備用電源充電方式。</p><p>　　DS1302外部引腳排列及描述如圖3.5所示，DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中。</p><p>　　圖3.5 DS1302外部引腳圖</p><p&

102、gt;<b>　　管腳描述</b></p><p>　　X1,X2------------32.768KHz晶振管腳</p><p>　　GND--------------地</p><p>　　RST----------------復(fù)位腳</p><p>　　I/O-----------------數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳&

103、lt;/p><p>　　SCLK--------------串行時(shí)鐘</p><p>　　VCC1,VCC2------電源供電管腳</p><p>　　DS1302內(nèi)部寄存器</p><p>　　CH:時(shí)鐘停止位 寄存器2的第7位 12/24小時(shí)標(biāo)志</p><p>　　CH=0 振蕩器工作允許 bit7

104、=1, 12小時(shí)模式</p><p>　　CH=1 振蕩器停止 bit7=0, 24小時(shí)模式</p><p>　　WP：寫(xiě)保護(hù)位 寄存器2的第5位：AM/PM定義</p><p>　　WP=0寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?AP=1 下午模式</p><p>　　WP=1寄存器數(shù)據(jù)不能寫(xiě)入 AP=0 上午模式&

105、lt;/p><p>　　TCS: 涓流充電選擇 DS:二極管選擇位</p><p>　　TCS=1010 能使涓流充電 DS=01 選擇一個(gè)二極管</p><p>　　TCS=其他 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個(gè)二極管</p><p>　　DS=00或11，即使TCS=1010， 充電功能也被禁止。</p

106、><p>　　DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.6所示，主要組成部分為：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及RAM。雖然數(shù)據(jù)分為兩種，但是對(duì)單片機(jī)的程序而言，其實(shí)是一樣的，就是對(duì)特定的地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作。</p><p>　　圖3.6 DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　DS1302的工作原理是：DS1302工作時(shí)為了對(duì)任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳（RST

107、）置為高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時(shí)鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8位指定訪(fǎng)問(wèn)地址，命令字裝入以為寄存器后，在之后的時(shí)鐘周期，讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，寫(xiě)操作輸入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8(8位地址+8位數(shù)據(jù))，在多字節(jié)方式下為8加最多可達(dá)248的數(shù)據(jù)。</p><p>　　此模塊是系統(tǒng)時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示而設(shè)計(jì)的，主要由芯片DS1302構(gòu)成，其中引腳RST、CLK、I/O分別接單片機(jī)

108、P4.0、P4.1、P4.2口，屬于控制引腳。此模塊是產(chǎn)生實(shí)時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間和日歷，能對(duì)某個(gè)確定環(huán)境的實(shí)時(shí)溫濕度控制起到一定的作用。芯片連接簡(jiǎn)單，時(shí)間日期準(zhǔn)確。其電路原理圖如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 時(shí)鐘電路連接圖</p><p>　　3.6 超限處理電路</p><p>　　此部分電路比較簡(jiǎn)單，主要由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器構(gòu)成，蜂鳴器接單片機(jī)的

109、P5.0口，一旦傳感器測(cè)定的溫濕度超過(guò)設(shè)定的限額，蜂鳴器就會(huì)連續(xù)發(fā)出“滴”的聲音，二極管發(fā)光提醒。電路原理如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 超限處理電路原理圖</p><p><b>　　3.7 鍵盤(pán)電路</b></p><p>　　此部分電路簡(jiǎn)單，主要由兩個(gè)按鈕和兩個(gè)電阻構(gòu)成，電路原理如圖3.9所示。此電路的功能是調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)儀所測(cè)

110、溫濕度、氣壓的上下限，通過(guò)按鈕增減。X1、X2分別對(duì)應(yīng)的是單片機(jī)MSP430的P3.0、P3.1接口</p><p>　　圖3.9 鍵盤(pán)電路連接圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 監(jiān)測(cè)儀所支持的功能</p><p>　　監(jiān)測(cè)儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)包括：主程序模塊、溫度檢測(cè)模塊