毕业设计（论文）-便携式体温检测仪的设计.doc

安徽工程科技学院毕业设计（论文）便携式体温检测仪的设计摘 要 随着科学技术的发展，医疗水平也不断提高，出现了各种医学仪器。医学仪器主要用于对人的疾病进行诊断和治疗。医用监护仪是医学仪器中不可缺少的一大类仪器，在医院中起着越来越重要的作用。医用监护仪的主要作用是连续、实时的测量病人的生理参数。 本课题研究的便携式体温监测仪可以实现体温的实时测量，可以将测得的温度显示在液晶显示屏上，也可以将测得的温度传输给计算机，根据需要可以进步编写软件，由计算机绘制出患者在一定时间内的体温波动曲线，以供医护人员进一步分析患者的病情。配合不同的温度传感器，本系统可以测量患者不同部位的温度。配合不同的温度传感器，本系统可以测量患者不同部位的温度。而且本系统的体积小巧，能耗很低，可以由电池供电，长时间的工作。而且本系统的体积小巧，能耗很低，可以由电池供电，长时间的工作。本系统的核心是ti公司生产的新型低功耗单片机msp430f413。这种单片机特别适合于低功耗的场合，能够使用电池长时间工作。而且msp430f413的价格相对较低。本系统主要由三大部分组成。第一部分是温度采集部分。第二部分是液晶显示部分。第三部分是串行通信部分。 关键词:msp430；体温监测；液晶显示；串行通信 portable temperature detector abstract with the development of technology,medical treatment level improved also,all kinds of medical instruments appeared.medical instruments are mostly used when diagnosing and therapy hominine illness.medical monitor is a sort of medical instruments,and it effects more andmore important function in hospital.the most important function ofmedical monitor is real time measuring patients physiology parameter. portal animal heat monitor in this article,can measure animal heat real time and show the temperature on lcd.it can transmit the temperature to pc.then pc can make the temperature curve to help the doctors to diagnose.by using different temperature sensor,it can measure animal heat at different part.the main part of this system is new type、low power mcu msp430 manufactured by ti company.this mcu is very suitable for ultra-low consumption situation,and it can work long time powered by battery.this msp430f413 has low price.this system consists of there parts.the first part is temperature measure part.the second part of the system is lcd display.the third part of the system is uart.key words:msp430；animal heat monitor；lcd display；uart引 言 体温是临床诊断各种疾病的重要依据。目前，临床上测量体温主要采用护士用水银体温计测量并记录的方法。采用这种方法，医护人员的工作量比较大，实时性差，还会增加医护人员染病的可能性。本课题研究的便携式体温监测仪，以新型的低功耗单片机msp430f413为核心，通过温度传感器测量患者的体温，并可以将测得的体温传输给pc，以供进一步分析和处理。该仪器的温度测量部分，采用a/d转换。通过测量热敏电阻的阻值，将阻值和温度对应，来测得温度。液晶显示部分通过msp430f413自带的液晶驱动电路，使测得的温度显示在液晶屏上。串行通信部分，采用利用timer_a用软件模拟串行通信的方法。这种方法的传输可靠性较高，对系统资源的占用较少。由于没有采用硬件uart模块，也大幅降低了系统的成本。 该仪器可以准确的测得患者的体温，和pc相连还可以实时远距离的监测患者的体温。通过进一步编写计算机软件还可以记录体温的变化，绘制体温波动曲线等。 目录第1章 绪论.11.1 便携式体温监测的意义11.2 体温监测的发展及现状11.3 系统的整体设计思路 2第2章 便携式体温监测仪的硬件设计 32.1 msp430f413单片机简介32.1.1 msp430f413基本模块简介 32.1.2 fet调试方法简介42.2 体温采集部分 52.2.1 红外传感原理 52.2.2 ztpl35sr的工作原理和性能 52.3 a/d转换部分624 液晶显示部分设计 72.4.1 lcd简介 72.4.2 msp430f413液晶驱动方式72.5 串行通信部分硬件设计 112.6键盘电路的设计12第3章便携式温度监测仪的软件设计143.1 msp430开发环境简介143.2主程序的设计153.3 a/d转换部分软件设计153.4液晶显示部分软件设计153.5串行通信部分软件设计16结论与展望20致谢21参考文献22附录23 第1章 绪论1.1便携式体温监测仪的意义 体温是临床医护人员采集病史和资料过程中最重要的客观指标之一，也是人们比较容易获得的生理参数。体温测量的准确性和及时性直接影响到疾病的诊断和治疗。近年来，有关体温的临床研究也日渐增多，但目前大部分医院对病人体温的测量都是采用人工定时测量的方式，使用的测量工具仍是传统的水银体温计。如每天护士定时到病房去测量每个病人的体温，手工记录并绘制体温变化曲线，供医生分析病人病情时参考。此项常规护理不仅耗费大量的人力，而且对测量结果进行汇总、查询、分析比较繁杂，还有病人在出现特殊情况时由于不能及时反馈，可能会造成治疗时机的延误。另外对于传染病患者，如sars患者，监护人员与患者接触，还会增加感染的几率。可见这种方式具有很大的局限性，因此需要一种既能够监护病人，又无需与其经常接触的测量方式。便携式体温监测仪正是为满足这样的需要而设计的，利用它可以对病人的体温变化情况进行监测而无需与病人经常接触。 近年一些大型医院引进了一些多功能监护系统，能对人体的一些基本参数进行测量，比如测量血压、心率、心电图、血氧饱和度、呼吸、体温等等。但这样的系统体积相对比较大，便携性较差，而且比较昂贵，医院的采购费用和病人的使用费用都很高，一般只适用于危重病人。对于有些患者，不需要对上述指标进行实时的全面监测，可能只需要对体温等一些基本指标进行监测，这时采用上述复杂的系统，无疑增加了大量不必要的开销。本课题研究的便携式体温监测仪以价格低廉、具有超低功耗的msp430系列单片机为核心，充分利用单片机外围模块的特性，通过软件实现大部分功能，省去了专用的硬件模块，大幅降低了仪器的成本。而且该监测仪体积小巧，结构简单，可由电池供电，患者可随身携带，随时监测体温的变化情况。 1.2体温监测的发展及现状 临床上最常用的体温计是水银体温计。温度计的发明是在1593年，发明者是意大利科学家伽里略(galileo)。1616至1636年间，与伽里略有学术交往的意大利科学家桑克托里斯(sanctorius,1561-1636)将温度计的形状做了改进，并首次在临床用于测量病人体温。真正使体温计在临床医学中得到普遍应用的是英国医学家奥尔伯(allbutt,t1c,18361925)，他于1866年自制了一个6英寸长的体温计，该体温计5分钟内可测得最大值。不久他又将体温计的长度缩短到了3英寸，这就是现代体温计的原型。此后的100余年体温计基本没有多大的变化。近年随着电子技术的发展，出现了许多新型体温计，如电子体温计。电子体温计的主要部件为温度传感器。温度传感器式电子体温计较水银体温计更加快速准确。但温传感器式电子体温计和水银体温计一样都要和被测者相接触，这样可能会产生交叉传染，这就要求测量前后要对体温计进行消毒。还有一些非接触式的体温计，比如红外体温计、红外热像仪。红外体温计是通过测量耳朵鼓膜或者额头的辐射亮度,非接触地实现对人体温度的测量。应用红外鼓膜体温计只需将探头对准内耳道,按下测量按钮,仅用几秒钟就可得到测量数据,非常适合急重病患者、老人、婴幼儿等使用。红外鼓膜体温计用的红外传感器只是吸收人体辐射的红外线而不向人体发射任何射线，采用的是被动且非接触的测量方式，因此红外体温计不会对人体产生辐射伤害。另外利用红外热像仪可以进行人群的体温初筛。但其测量的准确程度不高，不能代替水银体温计供临床使用，只适用于机场、车站、交通要道等大量人员进出场所发热病人的筛选。1.3 系统的整体设计思路本系统是便携式、低功耗的温度监测系统。最基本人体的体温，并将测得的体温值显示在液晶屏上。此外的温度传输给pc，以供进一步处理。该系统由msp430温度传感器、液晶显示屏等部分温的测量、显示和传输。系统的总体结构框图如图1-1所示。按键电路显示电路pc机 单片机a/d转换器温度传感器 图1-1总体框图 第2章 便携式体温监测仪的硬件设计2.1 msp430f413单片机简介2.1.1 msp430f413基本模块简介虽然目前在国内市场上应用较多的单片机仍然是8位单片机，但是由美国德州仪器(ti)公司推出的16位msp430系列单片机具有处理能力强、运行速度快、低功耗、指令简单等优点，并采用了jtag技术、flash在线编程技术、bootstrap等诸多先进技术，因此具有很高的性价比，在欧洲市场上已经得到了非常广泛的应用。msp430系列单片机进入国内市场的时间不是很长，但是因其具有以上所述的卓越品质，刚一进入国内市场就被众多电子工程师所青睐。msp430系列单片机是美国德州仪器公司(ti)近几年开发的新一代单片机。该单片机在设计上打破常规，采用了全新的概念，其突出的优点是低电源电压、超低功耗、多种功能。由于其功能远远超过其它系列单片机，因而又称之为混合型单片机。msp430系列单片机是真正单片化的微机，它的大部分外部资源都集成在单片机芯片内部。它整合了a/d转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器(pwm)等功能，是一款高整合度的片上系统(soc，即system on chip)。这样省去了大量的硬件开发调试工作，提高了工作效率，使系统先天的可靠性、抗十扰能力得到了显著改善，而且进一步小型化和便携化。其中的flash系列几乎拥有现代追求个性化的用户所需要的掉电后数据不丢失、快速的数据存取时间、电可擦除、容量大、在线可编程、足够多的擦写次数、价格低廉和高可靠性等所有优点。 msp430系列单片机有多个型号，不同型号由一些基本功能模块按照不同的应用目标组合而成。本系统采用的msp430f413带有8kbflash; 256b ram;有48个i/o口;96段lcd驱动电路;16位看门狗定时器(wdt; 8位基本定时器(basic timerl); 1个16位定时器timeres a(带有3个捕获/比较寄存器);比较器a （comparatores a）;采用64pm封装。 msp430f413内部没有专用的a/d转换芯片，可以通过斜率a/d转换把模拟量转换为数字量，这样可以节约成本。msp430f413具有96段lcd驱动能力，无需额外的液晶驱动电路就可以驱动液晶显示屏，这样可以缩小系统的体积，使其具有更好的便携性。msp430f 413也没有通用串行同步/异步(usart)模块，但可以在定时器模块支持下，由用户软件控制，一位一位的将数据由端口发送出去或者接收进来，实现单片机与pc间的通信。 msp430系列单片机根据型号的不同最多可以使用3个振荡器。使用者可以根据需要选择合适的振荡频率，并可以在不需要时关闭其中一些振荡器，以节省功耗。这3个振荡器分别为: 1. dco数控rc振荡器，位于芯片内部，不用时可以关闭。 2. lfxt 1可以接低频振荡器，典型的如32.768khz的钟表振荡器，此时振荡器不需要接负载电容。lfxt 1也可以接450khz8mhz的标准晶体振荡器，此时振荡器需要接负载电容。 3. xt2接450khz8mhz的标准晶体振荡器，此时振荡器要接负载电容，不用时可以关闭。通常低频振荡器用来降低能量消耗，高频振荡器用来对事件做出快速反应或者供cpu进行大量运算。 上电后基础时钟模块用dco时钟产生系统时钟mclk。不管应用对时钟系统的要求如何，一旦完成全部初始化，软件运行就由片内的dco来保证，用户可以经过软件配置来改用晶振时钟。对于一个高可靠性的系统设计，晶体的选择非常重要，尤其是设计带有睡眠唤醒的系统。本系统的lfxt 1接频率为32.768khz的晶振。在msp430f4xx系列中有增强型锁相环fll+ o fll+可以通过硬件自动调整dco的频率。单片机可以只接一个低频晶振，通过锁相环使dco输出精确的高频时钟信号。本系统的mclk选用dco，通过锁相环设置的频率为2.1 mhz 。2.1.2 fet调试方法简介msp430系列的flash型芯片，由于具有片内的flash型主存储器和经jtag接口实现的各种调试功能，使其开发系统的结构和操作都非常简单。该系列芯片可通过jtag控制器实现程序代码的下载、运行控制和对现场进行观察与修改，这种方法被称为fet调试方法。jtag是一种所谓的边界扫描技术标准，即ieee1149.1。这是为了在线测试的需要而发展起来的针对芯片及线路板测试的接口技术。它利用串行移位输入及输出的方式对芯片的输入端加载特定的代码序列，并获得输入端给出的响应序列。 用户可以经过jtag接口实现cpu仿真调试功能。通过jtag接口可以控制msp430的运行、读写内部寄存器的值、刷新flash的内容。因此，将jtag电路集成到cpu内就相当于将仿真器集成到了cpu内部。整个调试过程，外只需要一台能实现jtag接口控制功能的主机即可。一般用一台pc，经过打印机接口就能实现。 jtag编程方式是在线编程，改变了传统生产流程中先对芯片进行预编程再装到板子上的方法，可以先把器件固定到电路板上，再用jtag对它编程，因而简化了开发流程、大大加快了工程进度。通过下面的总结可以看出jtag编程方式的便利和高效率。 程序下载 当用户将源程序(c语言或汇编语言)经语法检查无误并生成代码时，就可以将程序代码在embedded workbench的环境中下载到flash芯片中，而用户的系统可以是在线状态。 设置断点用户可以通过调试环境软件的人机对话界面，在程序中设置断点。视flash型的型号不同，可以同时设置2或者3个断点。这些断点是硬件断点，它是经过jtag接口的传输，由芯片中的几组断点条件寄存器实现的。因此可以调试flash存储器及ram中的程序，也不会改变用户程序的运行条件。 现场观察与修改 用户可以通过调试环境软件的人机会话界面，检查或修改flash芯片内的各种存储器、寄存器的数据。这些检查或修改也是通过jtag接口的传输完成的.仿真器与计算机以及目标板的连接比较简单。将仿真器的并口通过25pin电缆与计算机的并口连接，同时通过14pin的扁平电缆将仿真器的jtag插座与目标板相连。连接示意图如图2-2。pc 并口目标板jtag口 仿真器 图2-2 pc，目标板与jatg仿真器的连接方式 jtag端口的定义如图2-3所示。 根据图2-3所示，将tdo、tdi、tms、tck、reset、vcc、gnd与单片机上的相应引脚连接即可。 图2-3 jtag端口定义示意图2.2体温采集部分本文给出了应用ge公司的ztp135sr型红外温度传感器进行的体温计设计。2.2.1红外传感原理自然界一切温度高于绝对零度(-27315)的物体。由于分子的热运动 都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波。其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合普朗克(plank)定律。红外测温的原理是一样的，都是根据普朗克原理。一般理解红外测量的是物体的温度其实测的是目标物与传感器或者说是物体与环境温度之间的差值。物体辐射能量的大小直接与该物体的温度有关具体地说，是与该物体热力学温度的4次方成正比用公式可表达为：e=(t4-t4o) 式中，e是辐射出射度单位是wm3；是斯蒂芬一波尔兹曼常数，567x10-8w(m2k4)；是物体的辐射率：t是物体的温度(k)；to是物体周围的环境温度(k)。人体主要辐射波长为9 m10 m的红外线通过对人体自身辐射红外能量的测量便能准确地测定人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收，因而也可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度。红外温度传感器利用热电偶原理，测量目标物与传感器或者物体与环境温度之间的差值。热电偶的原理是二种不同的金属a和b构成一个闭合回路，当二个接触端温度不同时(tto)，回路中产生热电势eab，其中t称为热端、工作端或测量端，to称为冷端、自由端或参比端。a和b称为热电极。热电势的大小由接触电势(也叫伯尔贴电势)和温差电势(也叫汤姆逊电势)决定。2.3.2 ztpl35sr的工作原理和性能 芯片尺寸大小：18 mmxl8 mm； 光孔大小：14 mm x 14 mm； 电偶数：60对： 作用面积：o7 mmx07 ram； 内阻：60 kn30； 电阻温度系数：012/； 敏感度：65 vw30； 噪声电压：32 nvrms(典型值)； 探测灵敏度：14e08 emhz(1/2)w(典型值)； 时间系数：25 ms(典型值)； 电热堆作温度补偿：r=100 k，温度为25(r公差为3)，=3960 (公 差为05)； 封装型号：to-46； 工作温度：-20100； 存贮温度：-40120。2.3 a/d转换部分msp430f413内部没有集成a/d转换模块，可以利用a/d转换芯片tlc549完成这一工作。其外部电路非常简单，和单片机连接只需3个i/o口，如图2-8所示。转换过程如下: 图2-4 a/d转换部分利用三个数字i/o接口，msp430f413驱动tlc549 a/d转换采用异步串行接口，在实际应用中，msp430f413的i/o管脚p2.0和p2.1用p2的方向寄存器(p2dir)配置为输出，用p2的输出寄存器(c p20ut提供相应位的输出缓冲信息。p2.0管脚与tlc549的选片管脚cs相连，p2.1管脚与tlc549的输入/输出时钟i/o clk相连。转换数据从tlc549的数据输出管脚do读出，进入msp430f413的p2.3管脚。如上图所示，msp430f413选择了p2.0, p2.1, p2.3三个管脚，实际上任意一个管脚均能够驱动tlc549。当cs为高电平时，do为高阻状态。转换开始之前，cs必须为低电平，以确保完成转换，msp430f413在p2.1管脚上产生总计8个的时钟脉冲应用于tlc549i/o clk管脚的输入。当cs为低电平时，最先出现在do管脚的信号为转换值得最高位。msp430f413通过p2.3管脚，从tlc549的do管脚连续移位读取转换数据进入adcdata寄存器。最初的四个脉冲的下降沿分别移出上一次转换值的第6位、5位、4位、3位，其中第四个时钟下降沿启动采样功能，采样tl549模拟输入信号的当前转换值。后续三个时钟脉冲输送给i/o clk管脚，分别在下降沿把上一次转换值的第2位、1位、0位转换位移出。最终(第八个)时钟脉冲的下降沿芯片，采样/保持功能开始保持操作，保持操作持续到下一个第四时钟的下降沿。转换的周期由tlc549的内部振荡器定时，不受外部时钟的约束。一个转换完成需要17us。在转换过程中，cs给一个高电平，do回到高阻状态。下一次转换序列之前，至少延时17us否则tlc549的转换代码将被破坏。2.4液晶显示部分设计2.4.1 lcd简介 在单片机应用系统中，一般要有人机对话功能。人机对话包括人对系统的状态干预、数据输入以及系统向人报告状态和运行结果等。显示屏是人机对话的输出设备，通过显示屏可以显示系统的运行状态以及运行结果。液晶是介于液体和晶态固体之间的一种各向异性凝聚流体，它既不是液体也不是晶体。液晶既像液体那样具有流动性，又像晶体那样具有光学上的各向异性。从微观结构看，液晶材料的分子形状都是各向异性的，一般总是棒状、板状或圆盘状，并且具有固有电矩，所以有极性。向列型液晶分子可以绕长轴转动，或平移。沿长轴方向液晶是近乎透明的。当受到外电场的作用时，液晶会发生湍流，棒状分子沿长轴方向的有序排列被打乱，而变成混浊状。撤除电场后，分子长轴又重新平行排列起来，沿该方向又恢复透明。我们正是利用液晶的这种效应显示图像和字码的。 lcd（liquid crystal display）液晶显示屏是由不同部分组成的分层结构。显示屏由两块玻璃板构成，其间由包含有液晶材料的均匀间隔隔开。液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板和反光膜。背光板是由荧光物质组成的可以反射光线。它的作用主要是提供均匀的背景光源。当lcd中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。通过对不同部分液晶分子的控制，我们就可以在屏幕上显示出所需的内容。 液晶屏一般分为段式和点阵式。段式液晶屏是由若干液晶段组成的，而点阵式液晶屏是由很多的液晶点所组成的。段式和点阵式的原理是一样的，段式一般用于显示数字或者固定的几种图案。点阵式中的点相当于段式中的段，由于点很多，则可以显示复杂的内容。 2.4.2 msp430f413液晶驱动方式 在msp430系列单片机中,液晶驱动作为一个片内外围模块驱动才能在于msp430f4xx和mspx3xx等类型号的器件中,.msp430的器件上的液晶显示器的控制/驱动将简化液晶显示器的显示.而我所使用的msp430f413是有的. 对于液晶的驱动有4中方法: 1 ,静态; 2, 2mux 或1/2占空比,1/2偏压; 3, 3mux 或1/3占空比,1/3偏压; 4, 4mux 或1/4占空比, 1/4偏压. 液晶本身不发光,其显示是通过反射环境光线实现的,因此液晶本身的功耗是很低的.由于液晶的特性,液晶的器乐动需要交流信号,而直流驱动将损坏液晶.在驱动电路中,液晶可以等效为电容.两个电极分别为公共极与段极.公共极由comn信号驱动,段极由segn信号驱动.对于液晶的驱动的4种方法.(1) 静态驱动静态驱动将只使用一个引脚作为液晶公共端com0,而每一段需要另一个引脚驱动,则总的液晶引脚数为 引脚数=1+段数(2) 2mux驱动2mux驱动方式将两个引脚作为液晶公共端com0,com1,而每两段需要另一个引脚驱动,则总的液晶引脚数为 引脚数=2+段数/2 (3) 3mux驱动3mux驱动方式将使用3个引脚作为液晶公共端com0,com1,com2,而每3段需要另一个引脚驱动,则总的液晶引脚数为 引脚数=3+段数/3 (4) 4mux驱动4mux驱动方式将使用4个引脚作为液晶公共端com0,com1,com2,com3,而每4段需要另一个引脚驱动,则总的液晶引脚数为 引脚数=4+段数/4 从表上述可以看出，对于确定的段极管脚数，选用4mux的方式可以驱动最多的液晶段。例如：msp430f413的段极管脚数是24个，采用静态驱动方式可以驱动24段液晶段（24段极管脚1公共极=24段）；采用2mux方式可以驱动48段液晶段（24段极管脚2公共极=48段）；采用3mux方式可以驱动72段液晶段（24段极管脚3公共极=72段）；采用4mux方式可以驱动的液晶段数最多，为96段（24段极管脚4公共极=96段）。msp430系列单片机具有液晶驱动能力的型号中，专门开辟了一片存储空间来存放要显示的信息，称为液晶显示缓存，简称显存26。显存（lcdm1lcdm20）一共有20字节单元，地址为0x910xa4。如图2-5所示。 图2-5 显存与msp430管脚对应关系 图2-5所示是显存与公共极管脚和段极管脚的对应关系。液晶显存中每个字节的高4位可以看成是一组，低4位也可以看成是一组。每一组对应一个段极管脚（segment pin），每一组中的每一位又分别对应公共极com0com3。例如地址为0x91的字节的低4位对应段极管脚0（s0），这4位中的最低位到最高位分别对应com0、com1、com2、com3。液晶屏上的每一段都由一个公共信号和一个段信号控制，也就是说液晶屏上的每一段都与msp430的段极管脚和公共极管脚的组合相对应。msp430的段极管脚和公共极管脚的组合又与液晶显存中的某一位对应。对液晶显存中的相应位写入1则对应的液晶段显示；写入0则对应的液晶段消失。 msp430有4种驱动方式，选用哪种驱动方式由需要驱动的液晶段数以及液晶屏的管脚和液晶屏内部电极的排布决定。本系统采用的液晶屏是大连东显电子有限公司生产的eds812液晶显示屏。该显示屏可以显示3位数字，有24个管脚，其中1个公共极管脚，23个段极管脚。由于该液晶屏只有1个公共极，所以只能采用静态驱动方式。静态驱动方式下，com0和所有的液晶段的一端相连，每个液晶另一端和段极管脚相连。段式液晶显示屏通常显示数字“8”，“8”段的定义如图2-6所示，显存与显示段的对应关系如图2-7所示。 图2-6液晶段定义 图2-7 静态模式下显存，液晶段，msp439管脚对应关系从图2-7中可以看出，在静态驱动模式下，只用到显存中每个字节的第0位和第4位。如：地址为0x91的显存的第0位对应着第一个“8”字的“a”段，第4位对应着第一个“8”字的“b”段。向0x91的第0位写入1，则第一个“8”字的“a”段就会显示出来；写入0，则第一个“8字的“a”段就会消失。使用者可以根据图2-7来确定液晶屏上显示的内容和向显存中写入的数据的对应关系。 图2-8 eds812的外形如图本系统采用的eds812的外形如图2-8所示。 eds812的管脚如表2-1所示。 表2-1 eds812的管脚pin123456789101112symcom1e1d1c1dp2e2d2c2dp3e3d3cpin131415161718192021222324sym3b3a3f3g2b2a2f2g1b1a1f1g msp430f413的引脚36（com0）和eds812的引脚1相连，引脚1235（s0s23）按照图2-7和表2-2的对应关系连接。 液晶的偏压设置。由于液晶驱动使用交流电压，所以必须根据msp430的液晶驱动方式进行偏压设置。在静态模式下，r03接地，r13r33开路；2mux方式下，分别在r33、r13以及r13、r03之间接上10k的电阻，r03接地；3mux和4mux方式下，分别在r33、r23之间，r23、r13以及r13、r03之间接上10k的电阻，r03接地。在r03和地之间接上不同阻值的电阻可以改变液晶的对比度，r03直接接地相当于选择了最高的对比度. 液晶驱动频率设置。在msp430f4xx系列中有基本定时器（basictimer1），它的功能之一就是为液晶驱动模块提供时钟信号。基本定时器的计数器分为两个部分，分别由寄存器btcnt1和btcnt2控制。液晶模块的时钟信号是从btcnt1中引出的，而btcnt1的时钟源只能是aclk。液晶驱动时钟信号的频率flcd可以对aclk进行32、64、128、256分频得到。eds812的标准频率为128hz，本系统的lfxt1接频率为32.768khz的晶振，对aclk进行256分频，可以得到合适的液晶驱动频率flcd。 2.5 串行通信部分硬件设计本系统测得的温度除了可以显示外，还可以发送给pc，pc可以实现对接收到的温度自动记录，绘制出患者一天24小时（或者某一段时间范围内）的体温波动曲线；也可以比较不同日期，同一时间的体温值以供医护人员分析病情。单片机与pc之间可以通过串行口实现通信。pc串行口采用的eia-rs-232c标准的电平和逻辑关系与单片机的ttl电平和逻辑关系是不同的。rs-232c标准的逻辑电平对地是对称的，逻辑“0”电平规定为+3v+15v之间，逻辑“1”电平为-3v15v之间，ttl电平的逻辑“1”和“0”分别为2.4v和0.4v。由于rs232c和ttl各自规定了自己的电气标准，互不兼容，因此rs232c与ttl电路接口时需进行电平转换36。rs-232c是美国电子工业协会eia（electronic industryassociation）制定的一种串行物理接口标准。rs232链路可以将通讯双方在15米以内有效连接。rs-232c总线标准规定了21个信号和25个引脚，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道。完整的rs-232c接口采用标准的25芯插头，对于一般的双工通信，常用9芯插头，仅需几条信号线就可实现，最简单的通讯方式只需3条引线，包括一条发送线、一条接收线和一条地线。 图2-9 rs232转换电路msp430系列单片机的串行通信有两种实现方式：一种方式是利用硬件通用串行同步/异步模块（usart），通过对一系列的寄存器设置后，由硬件自动实现数据的移入和移出；另一种方式是利用定时器模块，由用户软件控制，将数据一位一位的移入和移出。本系统采用的msp430f413没有硬件通用串行同步/异步模块（usart）只能采用第二种方式。 2.6 键盘电路键盘是人机对话的输入设备，通过键盘可以设置系统参数，控制系统运行。在单片机系统中，一般没有现成的通用键盘，需要设计者根据需要自行设计。单片机应用系统的键盘分为非行列式键盘和行列式键盘。非行列式键盘的硬件电路和执行软件都比较简单，消耗cpu资源少。但由于非行列式键盘的一个按键对应着单片机的一个i/o端口，所以只适用于按键较少的情况。本系统的按键较少，只有两个。一个电源开关键，一个温度测量键。所以本系统采用非行列式键盘。key 在单片机应用系统中，键盘中的按键是轻触按键，它是通过开关状态来实现其功能的。它的结构如图2-10所示。ba 图2-10键盘的单元电路 按键的基本结构由两个电极和金属弹簧片构成。当金属弹簧片上的按键key按下时，电极a和b导通。在实际应用中，单片机的运行速度相对于操作者键的速度来说是非常快的，这样就必须考虑按下按键前后的抖动问题。即在金属片和a、b刚刚接触和将要分开的时候，由于机械抖动，系统会认为产生了多次按键过程。抖动的消除方法一种是用硬件电路来实现抖动消除，另外一种是利用软件延时来实现抖动消除。本系统是采用软件延时来实现抖动消除的。利用软件来消除抖动就是当系统检测到有按键按下时，经过20ms再次检测是否该按键被按下。如果检测到该按键被按下，则表明该按键确实被按下，执行该按键对应的功能；如果检测到该按键没有被按下，则表明该按键没有被按下。键盘部分电路图如图2-11所示 图2-11 键盘电路第3章便携式温度监测仪的软件设计 3.1 msp430开发环境简介 本系统的功能主要是在程序的控制下完成的，软件编写是本系统的主要部分。单片机应用系统的软件编写可以使用汇编语言也可以使用c语言。汇编语言编译效率高，占用硬件资源少，实时性强，但也有一些缺点，比如可移植能力差，对于相对复杂的一些程序，应用汇编语言工作量大、调试困难。c语言功能丰富，表达能力强，使用灵活方便，目标程序效率高，可移植性好，并且对硬件的控制能力高。c语言既有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点15，所以c语言在单片机的软件开发中有着广泛的应用。本系统的软件部分就是采用c语言来编写的。 本系统采用的开发环境为iar公司的集成开发环境:iarembedded workbench for msp430（简称为ew430）嵌入式工作平台以及调试器c-spy。为了发挥msp430的优点，ew430在iso/ansi标准语言规范上进行了扩展，用户可以利用扩展部分编写出效率更高、功能更强的程序，并且可以大大减小开发的工作量。ew430功能非常强大，它有如下基本特性。 （1）支持ansi c并包含对embedded c+的支持； （2）内建msp430特性扩展优化； （3）代码长度和速度有多级优化； （4）支持32位和64位浮点数； （5）支持硬件乘法器； （6）内部函数支持低功耗模式； （7）支持c和汇编语言混合编程。 双击随仿真器附带的安装文件既可以在windows系统下安装iarembedded workbench，安装之后双击iar embedded workbench图标可以进入iar embedded workbench工作环境。要开发一个完整的软件，其源文件通常会有多个，而且文件类型也有多种。为了便于使用和管理，将这些文件的集合称为project。开发软件的时候，首先要创建一个project，设置工程参数（主要是选择和实际系统对应的单片机型号），然后才可以编译和链接。高版本的iar embedded workbench除了创建project，还需要创建一个workspace。一个workspace包含若干个project，每个project又包含若干源文件。在iar embedded workbench中完成源程序的编辑后，点击make进行文件编译，如出现错误信息提示，用鼠标单击任意一个错误信息提示，系统会自动指示有错误的语句行，方便使用者修改17。源文件通过编译后，单击debug按钮可以进入c-spy调试环境。c-spy调试器可以工作在软件模拟（simulation）方式下，也可以通过jtag接口与目标系统相连工作在仿真（emulation）方式下。通过jtag接口在线调试程序是msp430系列单片机的一大优点，所以本课题采用仿真方式调试程序。在仿真方式下源文件通过编译后，单击debug按钮就可以生成目标代码并下载程序到目标系统的单片机中，如果下载正常就可以进入程序调试界面。在c-spy调试环境中，可以打开调试程序所需的若干窗口，如源程序窗口、寄存器窗口、观察窗口、存储器窗口、特殊功能寄存器窗口等；也可以设置程序执行的不同模式，如单步模式、连续模式、断点模式、执行到光标处等运行模式。本系统的软件设计采用模块化的设计思想。按照硬件设计的各个模块，将软件按照不同的功能分成多个程序模块。各个模块分别设计、编程、调试，再通过主程序和中断处理程序将各程序模块连接起来.3.2主程序的设计将系统初始化，然后按下按键，判断按键是否按下，判断按下的是哪个按键。 开始 初始化 按下按键判断按键是否被按下？ 否是判断按下的是哪个按键?跳转到各个子程序 图3-1主程序流程图3.3a/d转换部分软件设计a/d转换的模块,整个例程需要60个字节，功能包括:关闭看门狗，设置堆栈指针，系统复位以后vo的初始化，子程序lvas 549被调用驱动8位转换代码顺序进入adcdata寄存器，一个寄存器(r12)临时用来计算字节的位数。3.4液晶显示部分软件设计液晶显示程序的功能就是将要显示的内容转化成对应的字模后写入显存，从而在液晶屏上显示出需要的内容。程序的结构图如图3-2所示。将显存内容显存初始化定时器，液晶驱动模块 开始 3-2 液晶显示程序流程图3.5串行通信部分软件设计串行通信是将数据的各个位一位一位地通过单一位宽的传输线按顺序分时传送，即通信双方一次传输一个二进制位39。进行异步串行通信的双方必须使用相同的通信格式。点对点的异步串行通信格式通常为：起始位+数据位+奇偶校验位+停止位。起始为1位，数据位可以选择7位或8位，一般选择8位。奇偶校验位为1位可以省略。停止位可以为1位或者2位。本系统采用的通信格式为：位起始位+8位数据位+1位停止位。起始位为低电平，停止位为高电平在通信过程中，通信双方必须确定一定的通信速率。通信速率用波特率来表示。波特率是指单位时间内传送的二进制数据的位数，以位/秒（bit/s）表示。本系统的波特率是用定时器定时产生中断来实现的。根据定时器时钟源的频率和系统要求的波特率可以计算出每个数据位发送/接收所需要的时间间隔。计算公式如下： bittime为数据传输过程中每个数据位发送/接收所需的时间间隔；tclk为定时器的计数时钟频率；baud rate为系统所需的波特率。本系统定时器的计数时钟频率为32，768hz，波特率为1200bit/s。本系统的bittime为32768/1200=27.3发送/接收每个相邻数据位的时钟周期是27.3，发