1、 （ 2012届） 本科毕业设计（论文）资料 题 目 名 称： 基于 DSP 的数字温度计的设计 学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 信息工程 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 教授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 2012届 本科毕业设计（论文）资料 第一部分 毕业论文 （ 2012届） 本科毕业设计（论文） 学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业 ： 信息工程 学 生 姓 名 ： 邓仕林 班 级 ： 信工 081 学号 08401400131 指导教师姓名 ： 李圣清 职称 教授 最终评 定成绩 ： 2012 年 6月 湖南工业大学本科毕业设计（论文
2、） I 摘 要 温度是过程检测与控制的重要参量，随着人们对温度进行精确测量和控制要求的提高，传统的温度计已经不能满足人们在高精度方面的要求，设计一款能够精确测量温度的数字温度计成为一件刻不容缓的事情。 本设计综述了数字温度计的设计与制作原理，详细介绍了数字温度计的背景与意义、任务及要求，主控制芯片 TMS320LF2407A 及温度传感器 DS18B20 的工作原理，并绘出了总体设计原理框图。本设计利用 DSP 作为控制内核， 给出了测温电路、电源电路、复位电路、按键电路、液晶显示电路的原理图及相关参数。基于 C语言程序，给出了主程序、初始化程序、测温程序及超限报警系统程序的设计。本论文设计的
3、多功能数字温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报 警。与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温准确及温度 液晶显示等优点。 关键词 ： 数字温度计 ，温度传感器 DS18B20， DSP， 温度测量 湖南工业大学本科毕业设计（论文） II ABSTRACT Temperatures are an important parameters in process measurement and control, Along with people to accurate measure and control requirements of the temperat
4、ure requirements improve, traditional thermometers cannot have satisfied people in the high-precision requirements, design a precise digital thermometer for measuring temperature becomes an urgent thing. This summary of the digital thermometer principles principle in the design and fabrication, deta
5、ils the background and significance, tasks and requirements of the thermometer, main control chip TMS320LF2407A and temperature sensor DS18B20 principle of work, and sketch out the General design principle block diagram. The design using DSP as control kernel, gives the measuring circuit, power supp
6、ly circuits, keypad circuits, liquid crystal display circuit principle diagram and the related parameters about the temperature. The main program, initial program, temperature measurement procedures and overrun alarm system program design are based on the C language program .The thesis design of the
7、rmometer is a multi-functional digital thermometer, it can set the upper and lower alarm temperature, when the temperature is not within the set range, and can call the police .The thesis design of thermometer have many advantages compared with the traditional thermometer, such as easy reading, wide
8、 temperature range, accurate temperature measurement and temperature output liquid crystal display and so on. Keywords: Digital thermometers, Temperature sensors DS18B20, DSP, Temperature measurement 湖南工业大学本科毕业设计（论文） III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT. II 目 录 .III 第 1 章 绪论 . 5 1.1 设计的背景和意义 . 5 1.2 设计任务及要求 . 5
9、 1.3 温度测量方案选择 . 5 1.4 本设计所做的工作 . 6 第 2 章 芯片功能介 绍 . 7 2.1 主控制 DSP 芯片 . 7 2.1.1 DSP 芯片介绍 . 7 2.1.2 主控制 DSP 芯片在本设计中的功能 . 8 2.2 DS18B20 温度传感器简介 . 8 2.2.1 芯片简介 . 8 2.2.2 DS18B20 外形和内部结构 . 9 2.2.3 DS18B20 的工作时序 . 11 第 3 章 系统硬件电路的设计 . 13 3.1 电源电路设计 . 13 3.2 接口电路设计 . 14 3.3 液晶显示模块设计 . 15 3.4 复位电路的设计 . 16 3.
10、5 键盘及报警电路设计 . 17 3.5.1 键盘电路的设计 . 17 3.5.2 报警电路的设计 . 18 3.6 主控制电路和测温控制电路的总体设计 . 19 第 4 章 系统软件程序的设计 . 20 4.1 C 语言简介 . 20 湖南工业大学本科毕业设计（论文） IV 4.2 主程序 . 20 4.3 DS18B2 初始化程序 . 23 4.4 读取温度程序 . 24 4.5 温度超限报警程序 . 26 结 论 . 29 参考文献 . 30 致 谢 . 31 附 录 . 32 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 5 第 1 章 绪论 1.1 设计的背景和意义 在日 常生活及工农业生产中
11、， 经常要用到温度的检测及控制，传统的 数字温度计 大都采用放大、 A/D 转换，转换后的数字信号送入计算机处理，处理电路复杂，可靠性相对较差，占用计算机的资源较多，而且 需要比较多的外部硬件支持 ， 其缺点如下 ： (1)硬件电路复杂 ； (2)软件调试复杂 ； (3)制作成本高 。 为了提高对数字温度计的认识和了解， 尤其是对温度传感器的 深 入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则，很有必要设计本设计的数字温度计。 本 论文设计的数字温度计使用的是 DS18B20 的一线制数字温度传感器 ， 它可将温度信号直接转换成串行数字信号送给微处理器 ， 电路简单 ， 成本低 ， 每一只
12、 DS18B20 内部的 ROM 存储器都有唯一的 64位系列号 ， 在 一 根地址 /信号线上可以挂接多个 DS18B20，易于扩展 ，便于组网和多点测量，更重要 的是用户可定义报警设置 ，设置报警搜索命令，识别并标志超过程序限定温度的 报警条件 ，超过条件 立即发出报警信号 ，有 稳定性高等特点，进而 使用 DSP(Digital Signal Processing)芯片开发产品可使 精度 指标大大提高 ，在测量以及其他相关领域有着不可忽视的美好前景。 1.2 设计任务及要求 设计一个以 DSP 为核心的温度 测量 系统 ，具体设计要求如下 ： （ 1）测量 温度 值 精度为 0.1 。
13、（ 2） 系统可由用户 预设温度值 ， 测温 范围为 55 125 。 （ 3） 超出 预置 值时系统会自动报警 。 （ 4） 系统具有 LCD 液晶 显示功能，能实时显示设定温度值和测得的实际温度值。 1.3 温度测量方案选择 方案一： 采用 热敏电阻 由于本设计是测温电路， 可以使用热敏电 阻之 类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来， 进行 A/D 转换后，就可以用处理器进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来， 这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦，而且 热敏电阻价格高，不线性，需要复杂的恒流源伺服电路 ， 数据处理复杂 ， 热电偶
14、要加上补偿电路且材料价高。 方案二： 采用 温度传感器 DS18B20 在设计中，大多都是使用传感器， DS18B20 只需三根导线和一个电阻 ， 不需要其他任何外围电路即可测得温度数据。 DS18B20保证精度足够，电路简单成本低 。所以可以湖南工业大学本科毕业设计（论文） 6 采用 一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，可以很好的满足设计要求。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 本 论文设计的 数字温度计 采用美国 DALLAS半导体公司继 DS1820之后推出的一种改进智能温度 传感器
15、DS18B20 作为检测元件，测温范围为 55 125 。 DS18B20 可以直接读出被测 量的 温度值，而采用 3线制与 DSP 控制器 相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 按照系统设计功能 的要求，确定系统由 7 个模块组成：主 控制 器 ， 电源电路，复位电路， 温度传感器 DS18B20， 按键电路，报警电路 及 驱动 显示电路。数字温度计总体电路框图如图 1.1 所示。 图 1.1 总体电路框图 1.4 本设计所做的工作 第 1章介绍主要介绍了数字温度计的设计背景与意义，能够达到的任务及要求，并对设计提出了总体设计的原理框图。 第 2章 对主控制芯片 DSP 和
16、重要元件温度传感器 DS18B20 进行详细介绍，给后面的硬件电路设计及软件设计部分做准备。 第 3章是本设计的重要组成部分，即硬件电路的设计。其中包括稳压电源电路的设计，接口电路的设计，液晶显示模块设计，复位电路设计及按键报警电路的设计，并给出了相关的原理连接图。 第 4章是本设计的软件部分的设计，主要包括主程序设计，初始化程序设计等相关程序的设计，让数字温度计有一个很好的程序运行环境。 电源电路 复位电路 温度传感器 按键电路 报警电路 驱动显示电路 主控制器DSP 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 7 第 2 章 芯片功能介绍 2.1 主控制 DSP 芯片 2.1.1 DSP 芯片介绍
17、DSP 即为数字信号处理器 ， 是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。它的工作原理是将现实世界的模拟信号转换成数字信号，再用数学方法处理此信号，得到相应的结果。自从数字信号处理器问世以来， 由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用 。 TMS320LF2407A 为美国德州仪器公司专门针对电机、逆变器、机器人、数控机床等控制而设计的一种单片新型高性能 16 位定点数字信号处理器，集 DSP 的高速信号处
18、理能力及适用于控制的优化外围电路于一体，在数字控制系统中得以广泛应用。它的适用于数字信号处理运算的特点主要有 ： (1) 采用增强的哈佛 (HARVARD)结构，芯片内部具有六条 16 位总线，即程序地址总线 (PAB)、数据读地址总线 (DRAB)、数据写地址总线 (DWAB)、程序读总线 (PRDB)、数据读总线 (DRDB)、数据写总线 (DWEB)，高度并行运算大大提高运算速度。其程序存储器总线和数据存储器总线相互独立，支持并行的程序和操作数寻址。 TMS320LF2407A 时钟输入引脚上接 20MHz 晶振，后经内部锁相环倍频后得 40MHz 时钟频率，这样指 令执行周期可缩为 2
19、5ns，较 C240DSP 速度整整提高了 1倍 ，因此 CPU 的读 /写可在同一周期内进行，这种高速运算能力使自适应控制、神经网络、遗传算法、线形变换 (快速傅立叶变换、希尔伯特变换、余弦变换等 )、数字滤波 (有限冲击响应滤波、无限冲击响应滤波、卡尔曼滤波等 )、卷积运算等复杂控制算法得以实现 。 (2) TMS320LF2407A 地址映象被组织为三个可独立选择的空间：程序存储器 (64K)、数据存储 器 (64K)、输入 /输出 (I/O)空间 (64K)。这些空间提供了共 192K 字的地址范围。其片内存储器资源包括： 544 字 16 位的双端口数据 /程序 DARAM、 2K字
20、 16 位的单端口数据 /程序 SARAM、片内 32K16 位的 Flash 程序存储器、 256 字 16 位片上 Boot ROM、片上 Flash/ROM 具有可编程加密特性 。 (3) 具有两个事件管理器模块 EVA 和 EVB，能够实现：三相反相器控制 、 PWM 对称和 非对称波形 、 外部引脚快速封锁 PWM 通道。可编程的死区控制单元 (DBTCON)用来产生可编程的软件死区，使得受每个全比较单元的两路 CMP / PWM 输 出控制的功率器件的间次开启周期间没有重叠，最大可编程的软件死区时间达 16s 。 (4) 10 位 16通道的 A/D 转换器最小转换时间为 500ns。 (5) 看门狗定时器和实时中断定时器模块 。
