2008年C题 超低功耗电子温度计

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本设计制作的是一个低功耗电子温度计，使用低功耗的、带Flash存储器的MSP430单片机，DS18B20数字温度传感器、HT1621D驱动的液晶模块LCD和DS1302时钟芯片。MSP430单片机同温度传感器之间通过单总线连接，mcu读取传感器测量值，换算并将结果通过LCD显示，该系统还具有按键唤醒、温度与时间显示转换以及蜂鸣器自动报警等功能。该方案具有节能耐用、结构简单、外形小巧、价格低廉等优点。按照该方案制作的测温装置不但可以达到测量要求，而且可以在使用3.6V电池供电的情况下能正常工作多年。

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1.方案论证与比较

1.1单片机的比较与选择

    方案一：采用新华龙单片机C8051F020

C8051F020单片机含有64kB片内Flash程序存储器，4352B的RAM、8个I／O端口共64根I／O口线、一个12位A／D转换器和一个8位A／D转换器以及一个双12位D／A转换器、2个比较器、5个16位通用定时器、5个捕捉／比较模块的可编程计数／定时器阵列、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等部分。C8051F020单片机支持双时钟，其工作电压范围为2．7～3．6V（端口I/O,RST和JTAG引脚的耐压为5V）。与以前的51系列单片机相比，C8051F020增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。

    方案二：采用MSP430单片机

MSP430 单片机是一个 16 位的单片机，具有强大的处理能力，采用了精简指令集结构，具有丰富的寻址方式（ 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序，整机静态功耗小于5微安。

由于本设计电路简单， C8051F020单片机的许多功能用不到， MSP430单片机所具有的功能足可满足设计需要，又考虑到整机静态功耗，价格，以及应实现的功能，故选用MSP430单片机比较理想。

1.2数据采集方式的比较与选择

方案一：利用A/D转换器实现数据的采集和转换

   A/D模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。          故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小.因此需要一定的外围电路才能实现其功能。

方案二：利用DS18B20温度传感器实现数据采集和转换

DS18B20的测温范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数学方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、测温类消费电子产品等。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度，采用新型数字温度传感器DS18B20克服上面提到的三个问题。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

本次设计的电子温度计检测温度范围10℃～30℃，分辨率1℃，在此条件下两种方式均可满足，考虑到电路的繁简程度，MSP430的I/O数较少，故选用温度传感器DS18B20。

1.3显示方式比较与选择

方案一：使用液晶显示屏显示

液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。

方案二：使用传统的数码管显示

数码管具有：低能耗、低压、对外界环境要求低，易于维护。 此方案控制简单，但能耗达不到设计要求。

比较二者，因为LCD显示更逼真形象，能耗低，驱动电流小，字码显示柔和，并且驱动芯片HT1621D可外部直接连接蜂鸣器，串口通信，利用I/O口少，故拟选择方案一。

1.4 时间显示比较与选择

方案一：由单片机实现时钟功能

   单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能，但由于系统晶振误差、温漂、中断响应时间的不确定性及定时器重新装载时间常数所带来的误差，决定它不能用来作为时钟的时间基准。

方案二： 专用时钟芯片

        目前市场上已有很多实时时钟芯片，如DS12887、DS1302、PCF8563、X1227、DS1302等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。因此计时功能以选专用时钟芯片为宜。

在系统硬件设计时，串行总线接口较并行总线接口较为方便，系统设计选串行接口总线实时时钟芯片为计时芯片DS1302。

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Jazel

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