單片機(jī)課設(shè)：MSP430+DS18B20+ESP8266+阿里云構(gòu)建實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控平臺(tái)
要實(shí)現(xiàn)的東西
課設(shè)要做溫度監(jiān)視并且通過(guò)串口發(fā)送到PC和阿里云。
材料:
DS18B20溫度傳感器
MSP430f169
esp8266
杜邦線(xiàn)
學(xué)習(xí)一下DS18B20
ds18b20是一個(gè)單總線(xiàn)的傳感器，只通過(guò)一個(gè)引腳DQ便可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
測(cè)溫范圍為-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范圍內(nèi)誤差為±0.4°。
返回16位二進(jìn)制溫度數(shù)值
引腳圖：
內(nèi)部由 64 位ROM，高速暫存器，存儲(chǔ)器 組成。
64位ROM
64 位ROM存儲(chǔ)獨(dú)有的序列號(hào)。
ROM中的64位序列號(hào)是出廠(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20的目的。（但是我們不掛載多個(gè)）
高速暫存器
溫度傳感器
一個(gè)字節(jié)的溫度上限和溫度下限報(bào)警觸發(fā)器(TH和TL)
配置寄存器允許用戶(hù)設(shè)定9位，10位，11位和12位的溫度分辨率，分別對(duì)應(yīng)著溫度的分辨率為：0.5°C，0.25°C，0.125°C，0.0625°C，默認(rèn)為12位分辨率，
存儲(chǔ)器：由一個(gè)高速的RAM和一個(gè)可擦除的EEPROM組成，EEPROM存儲(chǔ)高溫和低溫觸發(fā)器(TH和TL)以及配置寄存器的值，(就是存儲(chǔ)低溫和高溫報(bào)警值以及溫度分辨率)
高速暫存器由9個(gè)字節(jié)組成
字節(jié)0~1 是溫度存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換好的溫度。第0個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)溫度低8位，第一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)溫度高8位
字節(jié)2~3 是用戶(hù)用來(lái)設(shè)置最高報(bào)警和最低報(bào)警值(TH和TL)。
字節(jié)4 是配置寄存器，用來(lái)配置轉(zhuǎn)換精度，可以設(shè)置為9~12 位。
字節(jié)5~7 保留位。芯片內(nèi)部使用
字節(jié)8 CRC校驗(yàn)位。是64位ROM中的前56位編碼的校驗(yàn)碼。由CRC發(fā)生器產(chǎn)生。
溫度存儲(chǔ)機(jī)制
DS18B20的核心功能是直接溫度-數(shù)字測(cè)量。其溫度轉(zhuǎn)換可由用戶(hù)自定義為9、10、11、12位精度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃分辨率。DS18B20采用16位補(bǔ)碼的形式來(lái)存儲(chǔ)溫度數(shù)據(jù)，溫度是攝氏度。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。
高字節(jié)的五個(gè)S為符號(hào)位，溫度為正值時(shí)S=1,溫度為負(fù)值時(shí)S=0
剩下的11位為溫度數(shù)據(jù)位，對(duì)于12位分辨率，所有位全部有效，對(duì)于11位分辨率，位0(bit0)無(wú)定義，對(duì)于10位分辨率，位0和位1無(wú)定義,對(duì)于9位分辨率，位0，位1，和位2無(wú)定義。
配置寄存器
在配置寄存器中，我們可以通過(guò)R0和R1設(shè)置DS18B20的轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20在上電后默認(rèn)R0=1和R1=1(12分辨率)，寄存器中的第7位和第0位到4位保留給設(shè)備內(nèi)部使用。
工作步驟
DS18B20的工作步驟可以分為三步：
1.初始化DS18B20 2.執(zhí)行ROM指令 3.執(zhí)行DS18B20功能指令
其中第二步執(zhí)行ROM指令，也就是訪(fǎng)問(wèn)每個(gè)DS18B20，搜索64位序列號(hào)，讀取匹配的序列號(hào)值，然后匹配對(duì)應(yīng)的DS18B20，如果我們僅僅使用單個(gè)DS18B20，可以直接跳過(guò)ROM指令。而跳過(guò)ROM指令的字節(jié)是0xCC。
1.初始化DS18B20
DQ管腳的常態(tài)是高電平。
根據(jù)時(shí)序圖我們得出初始化的步驟：
1.單片機(jī)拉低總線(xiàn)至少480us，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放總線(xiàn)（拉高電平）轉(zhuǎn)為接收模式。
2.這時(shí)DS8B20檢測(cè)到請(qǐng)求之后，會(huì)拉低信號(hào)，大約持續(xù)60~240us表示應(yīng)答。
3.DS8B20拉低電平的60~240us之間，單片機(jī)讀取總線(xiàn)的電平，如果是低電平，那么表示初始化成功
4.DS18B20拉低電平60~240us之后，會(huì)釋放總線(xiàn)。
根據(jù)此我們可以寫(xiě)出MSP430的初始化代碼(我把DQ接到了單片機(jī)的P10端口)：
2.執(zhí)行ROM指令
我們首先需要掌握，如何向DS18B20寫(xiě)數(shù)據(jù)。
總線(xiàn)控制器通過(guò)控制單總線(xiàn)高低電平持續(xù)時(shí)間從而把邏輯1或0寫(xiě)DS18B20中。每次只傳輸1位數(shù)據(jù)
根據(jù)時(shí)序圖我們得出以下結(jié)論
寫(xiě)0:
1.拉低總線(xiàn)持續(xù)60-120us
2.釋放總線(xiàn)(拉高電平)
寫(xiě)1:
拉低總線(xiàn)2-15us
釋放總線(xiàn)
代碼實(shí)現(xiàn):
掌握了寫(xiě)操作，我們還需要知道寫(xiě)什么：
常用的是：
跳過(guò)ROM0xCC
溫度轉(zhuǎn)換 0x44
開(kāi)啟溫度讀取轉(zhuǎn)換，讀取好的溫度會(huì)存儲(chǔ)在高速暫存器的第0個(gè)和第一個(gè)字節(jié)中
讀取溫度 0xBE
讀取高速暫存器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)（共9個(gè)Byte）
對(duì)于本步驟我們選擇直接跳過(guò)ROM指令
3.執(zhí)行DS18B20功能指令
在此之前我們先了解以下怎么讀DS18B20來(lái)自的數(shù)據(jù)
讀操作和寫(xiě)操作一樣，也是按位讀取，從低位向高位
根據(jù)時(shí)序圖，我們總結(jié)如下步驟
拉低總線(xiàn)至少1us，然后釋放總線(xiàn)
開(kāi)始讀取，在一個(gè)讀時(shí)隙內(nèi)，若為1則釋放總線(xiàn)為高電平，若為0則拉低電平。
因此代碼這樣寫(xiě):
實(shí)現(xiàn)了以上函數(shù)我們就可以從DS18B20取出溫度的數(shù)據(jù)了：
一個(gè)疑點(diǎn)：為什么得到的數(shù)值要乘0.625呢？
關(guān)于這個(gè)我思考了很久，一直在想0.625和12位分辨率的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)官方文檔里寫(xiě)了他們的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是說(shuō)這不是算出來(lái)的是規(guī)定的，這也推出了一些結(jié)論：
小數(shù)位是低四位因?yàn)? 也就是說(shuō)，寄存器內(nèi)每步進(jìn)1相當(dāng)于溫度步進(jìn)0.0625。因需要如此處理，而代碼中乘0.625是原來(lái)真實(shí)的值擴(kuò)大了十倍，最后取整相當(dāng)于保留了小數(shù)點(diǎn)后一位。而（float）expression的作用則是使計(jì)算更精確。
學(xué)習(xí)一下串口
司馬自動(dòng)更新操你媽
串口通信: https://baike.baidu.com/item/串口通信/3775296?fromModule=lemma_inlink(Serial Communication)， 是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn): https://baike.baidu.com/item/信號(hào)線(xiàn)/8807477?fromModule=lemma_inlink 、地線(xiàn)、控制線(xiàn)等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。
UART是通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱(chēng)作UART，是一種異步收發(fā)傳輸器,是設(shè)備間進(jìn)行異步通信的關(guān)鍵模塊。UART負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)總線(xiàn)和串行口之間的串/并、并/串轉(zhuǎn)換，并規(guī)定了幀格式；通信雙方只要采用相同的幀格式和波特率，就能在未共享時(shí)鐘信號(hào)的情況下，僅用兩根信號(hào)線(xiàn)（Rx 和Tx）就可以完成通信過(guò)程，因此也稱(chēng)為異步串行通信。
MSP430UART初始化配置步驟:
SWRT復(fù)位(UxCTL)
該位的狀態(tài)影響著其他一些控制位和狀態(tài)位的狀態(tài)。在串行口的使用過(guò)程中，這一位是比較重要的控制位。一次正確的 USART 模塊初始化應(yīng)該是這樣的順序：先在 SWRST=1 情況下設(shè)置串行口；然后設(shè)置 ?SWRST=0；最后如果需要中斷，則設(shè)置相應(yīng)的中斷使能。
SWRT0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?SWRT1
設(shè)置字符長(zhǎng)度CHAR(UxCTL)
07位 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?18位
設(shè)置串口時(shí)鐘SSEL(UxTCTL )
這兩位確定波特率發(fā)生器的時(shí)鐘源
0外部時(shí)鐘 UCLKI ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1輔助時(shí)鐘 ACLK ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2子系統(tǒng)時(shí)鐘 SMCLK ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3子系統(tǒng)時(shí)鐘 SMCLK
設(shè)置波特率寄存器UxBRx
UxBR0 和 UxBR1 兩個(gè)寄存器用于存放波特率分頻因子的整數(shù)部分。 ?其中 UXBR0 位低字節(jié)，UXBR1 為高字節(jié)。兩字節(jié)和起來(lái)為一個(gè) 16 位字，成為 UBR。在異步通信時(shí)，UBR 的允許值不小于 3。如果 UBR<3，則接收和發(fā)送會(huì)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤
UxBR0低字節(jié) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?UxBR1高字節(jié)
設(shè)置UxMCTL 波特率調(diào)整寄存器
如果波特率發(fā)生器的輸入頻率BRCLK不是所需的波特率的整數(shù)倍，帶有一小數(shù)，則整數(shù)部分寫(xiě)入U(xiǎn)BR ?寄存器，小數(shù)部分由調(diào)整控制寄存器 UxCTL 的內(nèi)容反映。波特率由以下公式計(jì)算： ?波特率 = BRCLK / (UBR+ (M7+M6+..+M0) / 8 ) ?其中 M0,M1,…M6 及 M7 為控制器 UxMCTL 中的各位。調(diào)整寄存器的 8 為分別對(duì)應(yīng) 8 次分頻，如果 ?M＝1，則相應(yīng)次的分頻增加一個(gè)時(shí)鐘周期；如果 Mi＝0，則分頻計(jì)數(shù)器不變
配置串口模塊控制寄存器 MEx
UTXE0串口 0 的發(fā)送允許 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?URXE0串口 0 的接收允許 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?UTXE1串口 1 的發(fā)送允許 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?URXE1串口 1 的接收允許 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0禁止 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1允許
SWRST=0
配置接收中斷控制IE
UTXIE0串口 0 的發(fā)送中斷允許 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?URXIE0串口 0 的接收中斷允許 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?UTXIE1串口 1 的發(fā)送中斷允許 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?URXIE1串口 1 的接收中斷允許 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0禁止 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1允許
設(shè)置IO口為普通I/O模式，設(shè)置IO口方向?yàn)檩敵?/p>
實(shí)例
發(fā)送函數(shù)
IFG1 中斷標(biāo)志寄存器 1 IFG2 中斷標(biāo)志寄存器 2
UTXIFG0串口 0 的發(fā)送中斷標(biāo)志 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?URXIFG0串口 0 的接收中斷標(biāo)志 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?UTXIFG1串口 1 的發(fā)送中斷標(biāo)志 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?URXIFG1串口 1 的接收中斷標(biāo)志 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0無(wú)中斷請(qǐng)求標(biāo)志 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1有中斷請(qǐng)求標(biāo)志
相應(yīng)的中斷函數(shù)
一個(gè)問(wèn)題
我的溫度數(shù)據(jù)是short型兩個(gè)字節(jié)，而串口是按字節(jié)逐位發(fā)送如何發(fā)送呢？
我目前只能一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的發(fā)，結(jié)果是整數(shù)十六進(jìn)制的形式
（寫(xiě)完整篇后更新）解決了，可以數(shù)字轉(zhuǎn)換成字符串形式：
學(xué)習(xí)一下ESP8266
ESP8266 是一款由上海樂(lè)鑫信息科技: https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=樂(lè)鑫信息科技&action=edit&redlink=1[1]: https://zh.wikipedia.org/wiki/ESP8266開(kāi)發(fā)板#cite_note-Espressif_ESP8266-1開(kāi)發(fā)的可以作為微控制器: https://zh.wikipedia.org/wiki/微控制器使用的成本極低且具有完整TCP/IP協(xié)議棧: https://zh.wikipedia.org/wiki/TCP/IP協(xié)議棧的Wi-Fi IoT: https://zh.wikipedia.org/wiki/IoT控制芯片。
MQTT：一種通訊協(xié)議
我們只是使用，并不關(guān)注其原理
燒寫(xiě)固件
一般的esp8266芯片需要燒錄MQTT固件才能進(jìn)行連接阿里云的功能
首先在安信可的網(wǎng)站: https://docs.ai-thinker.com/esp8266下載固件，和燒錄相關(guān)程序。
其中esp8266與USB-串口連線(xiàn)如下：
TTLESP8266 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?3V33V3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?GNDGND ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?GNDIO0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?RX/TXTX/RX ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?GNDRST
當(dāng)程序顯示等待上電復(fù)位時(shí)讓RST接地,然后拉高。
這樣就完成了燒錄
完成與阿里云的通訊
相關(guān)參數(shù)由該軟件生成。
成功之后阿里云的云平臺(tái)的相關(guān)設(shè)備會(huì)顯示在線(xiàn)。
與阿里云進(jìn)行數(shù)據(jù)交互
屬性設(shè)置
復(fù)制內(nèi)容
成功則顯示在下圖
調(diào)試
按順序操作
可以看見(jiàn)右方返回參數(shù)，串口助手也返回了相關(guān)信息
上報(bào)數(shù)據(jù)
復(fù)制該內(nèi)容
成功上傳數(shù)據(jù)?。?！
esp8266與MSP430f149的交互
先找到引腳功能表
UART0在MSP430f169有現(xiàn)成的接口，用于和PC通信，UART1的TXD和RXT分別位于P36和P37這兩個(gè)IO接口。
如下初始化設(shè)置：
UART1對(duì)應(yīng)esp8266芯片，向其發(fā)送數(shù)據(jù)，相當(dāng)于對(duì)它發(fā)送命令，其向主控機(jī)返回的信息，可以通過(guò)中斷函數(shù)向UART0發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示在串口調(diào)試助手用于調(diào)試。
定義相關(guān)功能函數(shù):
通過(guò)以上功能就可以完成向阿里云轉(zhuǎn)發(fā)上傳溫度數(shù)據(jù)了！
完整代碼：
通過(guò)阿里云平臺(tái)IoT Sutdio可以開(kāi)發(fā)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)APP來(lái)方便查看溫度
An unforgettable journey?。?！
