基于SPCE061A的超低功耗電子溫度計設(shè)計

該設(shè)計用于參加我們電子的生產(chǎn)競賽。 其設(shè)計的基本要求是制造超低功耗電子溫度計，可以顯示溫度和時間。 要求系統(tǒng)溫度誤差小于0.5℃，靜態(tài)功耗小于5μ；W 1.總體設(shè)計方案可以根據(jù)主題的設(shè)計要求，在硬件選擇和軟件編程方面降低功耗。 該系統(tǒng)可分為控制模塊、溫度測量模塊、時間模塊、驅(qū)動顯示模塊、溫度控制和通信模塊等。整個框圖如圖1所示。各模塊的實現(xiàn)方案如下:1.1控制模塊采用SPCE061A單片機 SPCE061A是一款16位單片機，靜態(tài)功耗為2μ；W 單片機具有一鍵喚醒功能，需要時可以進入睡眠狀態(tài)，有效節(jié)能；并且未使用的端口可以被設(shè)置成輸出狀態(tài)，從而進一步降低功耗 時鐘頻率可以根據(jù)需要修改。 系統(tǒng)的默認時鐘為24.756.MHz，中央處理器時鐘可以選擇為fosc、fosc/2、fosc/4、fosc/8、fosc/16、fosc/32、fosc/64。降低中央處理器時鐘頻率可以有效降低功耗，但會降低系統(tǒng)效率，可以根據(jù)需要選擇。 1.2顯示模塊采用6位液晶數(shù)字顯示玻璃HT1621D，能夠滿足低功耗的要求。 1.3時鐘模塊采用低功耗實時時鐘芯片DS1302實現(xiàn)時鐘。 DS1302芯片可以高精度自動計數(shù)秒、分、小時、天、周、月、年和閏年。數(shù)據(jù)暫存區(qū)采用8字節(jié)暫存隨機存取存儲器，工作電壓在2.5 ~ 5.5V范圍內(nèi)，2.5V時功耗小于300納。 1.4溫度測量模塊采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 這種傳感器是a 數(shù)字型傳感器，只需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸。與單片機連接很容易。它可以省去a/d模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。 另外，DS18B20測溫范圍為-55 ~+125℃，固有測溫分辨率為0.5℃，具有測量范圍寬、測量精度高的優(yōu)點。 1.5通信模塊MAX 232芯片是一種廣泛使用的電平轉(zhuǎn)換裝置，可以為RS232端口提供雙向電平轉(zhuǎn)換 總之，該設(shè)計的具體框圖如圖2所示。 2.系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1單片機系統(tǒng)是整個硬件系統(tǒng)的核心。不僅是控制器協(xié)調(diào)整個機器的工作，而且是數(shù)據(jù)處理器。 凌陽SPCE061A的采用將不再詳細描述。 2.2單片機與液晶顯示器之間的接口為128段(32次；4)內(nèi)置存儲器的多功能液晶驅(qū)動器可以驅(qū)動多段液晶字符，這是它的主要特點。同時，它還包含節(jié)能命令，以有效降低自身功耗 工作電壓為2.4 ~ 5.2V，組態(tài)方式由軟件調(diào)節(jié)。VLCD引腳可以調(diào)節(jié)液晶顯示器的工作電壓。 zui的特點是玻璃面板顯示器功耗低。 具體電路如圖3所示。 2.3溫度傳感器電路DS18B20溫度傳感器是美國達利半導體zui新推出的改進型智能溫度傳感器。它可以直接讀取測量溫度，并可以根據(jù)實際需要通過簡單編程實現(xiàn)9 ~ 12b 數(shù)字值的讀取模式 電路圖如圖4所示。 2.4 DS1302接口使用DS1302作為主計時芯片。為了提高定時精度，更重要的是DS 1302可以在小的備用電源下繼續(xù)定時，并且可以選擇充電電流以編程方式對備用電源充電，這可以確保備用電源基本上不耗電。 具體電路如圖5所示 2.5溫度控制模塊系統(tǒng)通過控制繼電器線圈的通電和斷電來加熱或冷卻相應(yīng)的溫度控制系統(tǒng)，將測量的溫度與設(shè)定值進行比較，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令 如果溫度誤差為0.5℃，大約需要10分鐘才能滿足要求。 控制電路如圖6所示 加熱和冷卻之間的切換是通過繼電器的觸點實現(xiàn)的。 2.6通信模塊系統(tǒng)可以與PC機的RS232端口通信。RS232電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX232，與SPCE061A的連接如圖7所示。 計算機可以存儲和調(diào)用測量的溫度值，PC機的通訊可視界面可以顯示特定時間的溫度值，溫度隨時間的變化可以用曲線顯示。 通信接口如圖8所示 3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1如果主要程序是為了降低系統(tǒng)的功耗，軟件也起著重要的作用。 總線上幾乎每個芯片的訪問和每個信號的轉(zhuǎn)換幾乎都是由軟件控制的。如果軟件能夠減少外部存儲器的訪問時間并及時響應(yīng)中斷，它將大大降低功耗。 系統(tǒng)主程序首先初始化系統(tǒng)，包括設(shè)置定時器、中斷和端口 圖9是系統(tǒng)的主要流程圖 3.2讀取溫度子程序讀取溫度子程序的主要功能是讀取RAM中的9個字節(jié)。讀取過程中需要進行循環(huán)冗余校驗，當校驗出現(xiàn)錯誤時，不會重寫溫度數(shù)據(jù)。 程序流程圖如圖10所示。 3.3時間調(diào)整程序使用三個調(diào)整按鈕來調(diào)整時間，一個用于換檔控制，另兩個用于加法和減法。分別定義了控制按鈕、加法按鈕和減法按鈕。 在調(diào)整時間的過程中，要調(diào)整的位應(yīng)該不同于其他位，所以增加了閃爍功能，即要調(diào)整的位閃爍，直到下一位被調(diào)整。 閃爍原理是每隔一定時間，比如50毫秒，關(guān)閉一個要調(diào)節(jié)的開關(guān)。 計時器是用來計時的。當溢出達到50ms時，它將向該位發(fā)送消隱符號。下次溢出時，它會一次又一次發(fā)送正常顯示的值，直到該位的調(diào)整完成。此時，它將向該位發(fā)送正常顯示的值，并進入下一個調(diào)整閃爍程序。時間調(diào)整程序的流程圖如圖11所示 4.測試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析4.1測試儀器室溫計(1℃)，61系列模擬器，HP34401A數(shù)字萬用表 4.2硬件調(diào)試(1)硬件調(diào)試時，首先檢查焊接質(zhì)量是否符合要求，導線之間是否有虛焊點和短路或開路。 然后用萬用表測試或通電測試。測試正確后，通電檢查液晶顯示器的亮度。一般情況下，采用4 ~ 5.5v的背光電壓可以獲得滿意的效果 (2) DS1302只有3根導線連接到單片機，易于檢查。它主要檢查DS 1302引腳是否連接到晶體振蕩器和電源 (3) DS18B20在溫度測量程序設(shè)計中，將溫度指令發(fā)送給DS18B20進行轉(zhuǎn)換后，程序必須等待DS18B20的返回信號，一旦線路壞了或斷了，就會陷入死循環(huán)，所以線路必須檢查清楚。 4.3軟件調(diào)試軟件調(diào)試以子程序為單位逐一進行，zui后實時調(diào)試與硬件相結(jié)合 子程序調(diào)試包括:DS1302定時、讀寫程序和顯示程序；SPCE061A讀寫程序；DS18B20讀取溫度子程序和溫度轉(zhuǎn)換命令子程序；計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù) 4.4試驗結(jié)果分析和試驗結(jié)果見表1和表2 由于DS1302用作計時器，因此其計時精度相對較高。 與萬年歷相比，用這種方法制成的成品幾乎沒有誤差。 DS18B20的誤差指數(shù)在0.5℃以內(nèi)，完全適用于一般場合。 功耗測試結(jié)果表明，靜態(tài)功耗滿足設(shè)計要求。 5.結(jié)論系統(tǒng)采用凌陽SPCE061A單片機和DS18B20等低功耗設(shè)備。經(jīng)過測試，系統(tǒng)靜態(tài)功耗低于給定的zui小值，實現(xiàn)了溫度值的顯示和處理，實現(xiàn)了溫度控制，時間顯示準確。 該系統(tǒng)性價比較高，具有很好的推廣應(yīng)用價值。

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