基于msp430f149開發(fā)板平臺(tái)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：基于MSP430的嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別：_________________________</p><p>　　班 級(jí)：_________________________</p><p&g

2、t;　　姓　 　名：_________________________</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師：_________________________</p><p><b>　　2013年6月8日</b></p><p>　　基于MSP430的嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘

3、 要</b></p><p>　　本文介紹了德州儀器公司(TI公司)的FLASH型超低功耗16位單片機(jī)MSP430F149的一些特性,并將它應(yīng)用于便攜式智能測(cè)溫儀的設(shè)計(jì),指出它所表現(xiàn)出來的其他單片機(jī)所無法比擬的優(yōu)越性,從中可以看出,TI公司的MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部功能強(qiáng)大,片內(nèi)資源豐富,超低功耗,性能價(jià)格比很高,特別適用于便攜式智能儀器的設(shè)計(jì), MSP430系列單片機(jī)目前在歐洲得到了廣泛的應(yīng)

4、用,MSP430F149單片機(jī)在中國也必定有光明的發(fā)展前景。</p><p>　　我所設(shè)計(jì)的是一個(gè)由MSP430F149單片機(jī)搭建的嵌入式平臺(tái)，包括AD轉(zhuǎn)換，DA轉(zhuǎn)換以及數(shù)碼管，矩陣鍵盤，蜂鳴器等外圍電路。主要是能實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的采集與存儲(chǔ)以及電壓信號(hào)的發(fā)送，數(shù)碼管用于數(shù)據(jù)顯示，蜂鳴器用于過壓報(bào)警等一些基本的功能，搭建了一個(gè)以MSP430F149單片機(jī)為基礎(chǔ)的嵌入式平臺(tái)。</p><p>　

5、　在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，這種430搭建的嵌入式平臺(tái)可以直接作為核心部件應(yīng)用與工程和科研中,具有良好的通用性和可擴(kuò)展性。在這個(gè)平臺(tái)的的基礎(chǔ)上,可以很方便地進(jìn)行二次開發(fā)和功能擴(kuò)展,能夠縮短開發(fā)周期,降低開發(fā)成本。本文實(shí)現(xiàn)了該平臺(tái)各模塊的硬件電路。該平臺(tái)可以經(jīng)過適當(dāng)修改可應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)教學(xué)與科研、工業(yè)控制等領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵詞: MSP430F149、最小系統(tǒng)、平臺(tái)</p><p&

6、gt;　　The experiment terrace based on MSP430F149</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　An Example of Application Based on MSP430F149 Single Chip MicrocomputerQIU Yin-an1,2, ZHOU Yong-me

7、i2, PENG San-cheng2,MAN Jun-feng2(1.Central South University, Changsha 410083, China;2.Department of Computer Science and Technology,Zhuzhou Institute of Technology, Zhuzhou Hunan 412008, China)Abstract:Introduced are so

8、me characteristics of MSP430F149 Single Chip Microcomputer and its data collection subsystem and presented is its application in portable intelligent monitoring system of temperature</p><p>　　The mini-system

9、, mini-application system, is made up of the minimum components. In regard to MSP430 se-ries microcontrollers, the mini-system generally includes MSP430F149, oscillator circuit and reset circuit. In the paper,the charact

10、eristics of MSP430F149 are introduced. Also the schematic diagrams of circuit theory about those modules such as power module, oscillator circuit module, reset circuit module, series module, and memory module are designe

11、d and presented. In addition, the functions o</p><p>　　The application in the industry,the terrace based on MSP430 can be used in engineering and scientific research as the heart section.it is glibal and can

12、 be expanded easily. Basing on this terrace,we can do repetition use and enlarge the function easily.It can shorten the period dnd reduce the cost.In this Mini-System ,we realize the circuit of the modules.If we revise

13、 the terrace properly,it can be used in electronic design ,computer education and research,and industry control.</p><p><b>　　朗讀</b></p><p>　　顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p>　　Key Wo

14、rds : MSP430F149、Mini-System Terrrace</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1．1 課題研究的目的背景1</p><p>　　1．2 430單片機(jī)與51系列單片機(jī)的比較1

15、</p><p>　　1.3 國內(nèi)430單片機(jī)開發(fā)板概況2</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 基本功能介紹4</p><p>　　2.2 IAR編程環(huán)境5</p><p>　　2.3 MSP430系列單片機(jī)6</p><p>　　2.3.1 MS

16、P430系列單片機(jī)概述6</p><p>　　2.3.2 MSP430系列單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用8</p><p>　　2.3.3 MSP430系列單片機(jī)超低功耗的原理及實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　2.4 仿真軟件的介紹12</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1 電源模塊設(shè)計(jì)

17、14</p><p>　　3.2復(fù)位模塊設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.4 FLASH存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.5 ADC模塊設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6 DAC模塊設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.7 蜂鳴器

18、設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.8.1 矩陣式鍵盤介紹21</p><p>　　3.8.2 鍵盤掃描原理22</p><p>　　3.9 數(shù)碼管設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.10 JTAG下載線介紹24</p><p>　　3.11 USB接口設(shè)計(jì)25</p><p>　　4

19、 軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1 LED閃爍程序設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.2 數(shù)碼管循環(huán)顯示27</p><p>　　4.3 ADC12采集并輸出電壓信號(hào)28</p><p>　　5.1 IAR仿真軟件的使用29</p><p>　　5.2 PROTEUS仿真31</p>&

20、lt;p>　　5.2.1 LED實(shí)驗(yàn)仿真32</p><p>　　5．2.2 數(shù)碼管仿真32</p><p>　　5.2.3 ADC12仿真33</p><p>　　5.3 用AD9出PCB圖33</p><p>　　圖 5-18鋪銅后37</p><p><b>　　6 總結(jié)38</

21、b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　附錄42</b></p><p>　　附錄I 系統(tǒng)電路原理圖42</p><p>　　附錄II PCB圖43

22、</p><p>　　附錄III 程序清單44</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1．1 課題研究的目的背景</p><p>　　目前來看，在國內(nèi)的絕大部分大學(xué)教學(xué)都用51系列單片機(jī)，因此各種品牌與不同型號(hào)的51單片機(jī)層出不窮。因此不管是教學(xué)、比賽、課程設(shè)計(jì)還是學(xué)生自己研究都是用51

23、系列單片機(jī)。然而，工業(yè)設(shè)計(jì)和使用中，都是使用430系列的單片機(jī)，因?yàn)?30單片機(jī)功能多，運(yùn)算速度快，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，所以受到工業(yè)開發(fā)的青睞。我們課程上所學(xué)的硬件設(shè)計(jì)和編程都和實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)有很大的差距，因此在學(xué)習(xí)51系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行430單片機(jī)的開發(fā)與研究非常有必要。</p><p>　　430單片機(jī)發(fā)展歷史悠久，種類繁多，在電子領(lǐng)域越來越受到人們的重視，已經(jīng)達(dá)到前所未有的高度。430單片機(jī)在工業(yè)方面的應(yīng)用

24、遠(yuǎn)勝于其他系列的單片機(jī)，因?yàn)樗δ軓?qiáng)大而且功耗低，這是其他單片機(jī)所不能比擬的。廣大電子愛好者及工業(yè)電子研發(fā)人員對(duì)430系列單片機(jī)的高度重視，使得它在市場(chǎng)取得很大突破。針對(duì)對(duì)430單片機(jī)技術(shù)在電子行業(yè)自動(dòng)化方面的重要應(yīng)用，為滿足廣大學(xué)生、愛好者、產(chǎn)品開發(fā)者迅速學(xué)會(huì)掌握單片機(jī)這門技術(shù)，于是產(chǎn)生430單片機(jī)開發(fā)板。實(shí)踐表明，16位的單片機(jī)占據(jù)著市場(chǎng)很大的份量[4]。</p><p>　　MSP430F149單片機(jī)搭建的

25、嵌入式平臺(tái)是一個(gè)學(xué)習(xí)的工具，也是一個(gè)研究深造的工具。它服務(wù)于以下三類人：</p><p>　　一類是在校的電子專業(yè)及儀器儀表專業(yè)的學(xué)生，因?yàn)樗麄冸m然理論學(xué)的很好，但缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。這個(gè)由MSP430F149搭建的嵌入式平臺(tái)能夠?qū)⑺麄冋n本上學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為真正的電子產(chǎn)品。</p><p>　　一類是業(yè)余的電子愛好者，他們的特點(diǎn)是有一定的做實(shí)際電子產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，但是理論不足。他們可以通過這個(gè)平臺(tái)，

26、邊做邊學(xué)，由事物轉(zhuǎn)化到原理圖和程序上來，轉(zhuǎn)到理論上來。</p><p>　　最后一類人就是有一定的理論和較少的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)者。這類人最適合用這種簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從電阻、電容開始畫圖，從最簡(jiǎn)單的代碼編程，理論與實(shí)際相結(jié)合來提升自己的能力。</p><p>　　1．2 430單片機(jī)與51系列單片機(jī)的比較</p><p>　　首先，89C51單片機(jī)是8位單片機(jī)，編程指令非

27、常復(fù)雜，給初學(xué)者及編程人員帶來很大不便。51系列單片機(jī)有111條指令，這樣多的指令在編寫程序時(shí)難以熟練地掌握和應(yīng)用，而且編程產(chǎn)生錯(cuò)誤的概率非常高。430系列單片機(jī)在這方面就有很大優(yōu)勢(shì)，430單片機(jī)僅有27條內(nèi)核指令，功能強(qiáng)大的同時(shí)還簡(jiǎn)化了編程任務(wù)，不得不說430系列單片機(jī)在這方面的實(shí)用性之強(qiáng)大，也以自己突出的單周期內(nèi)核指令以縮短了運(yùn)行周期，加快了在實(shí)際下載仿真以及運(yùn)行過程中的速度。</p><p>　　其次，43

28、0系列單片機(jī)的低功耗性能也是51系列單片機(jī)所不能比擬的。51系列單片機(jī)的工作電壓為5V,而430系列單片機(jī)只要3.3V電壓就可以正常工作。而且功耗低并不影響430系列單片機(jī)的運(yùn)行速度，這也是工業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中絕大多數(shù)都使用430系列而不用51單片機(jī)的主要原因。目前，在儀器儀表方面，尤其是可持性儀器儀表，一般都用蓄電池，便于攜帶，這時(shí)對(duì)單片機(jī)的低功耗要求就顯得尤為重要了，430系列單片機(jī)就是以自己這個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)在儀器儀表行業(yè)中地位越來越重要。

29、</p><p>　　再者，89C51系列單片機(jī)由于其內(nèi)部總線是8位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都8位的，功能相對(duì)簡(jiǎn)單。雖然一些基本的功能，像LED、數(shù)碼管及AD轉(zhuǎn)換等都可以在51系列單片機(jī)上完成，但這只局限在教學(xué)方面，工業(yè)方面特殊功能的要求不是51系列單片機(jī)所能滿足的。MSP430系列其基本架構(gòu)是16位的，而且兼容8位的功能模塊，在擴(kuò)展更多功能的同時(shí)，51系列單片機(jī)的基礎(chǔ)功能430也是具備的，而且運(yùn)行的更快。在工業(yè)

30、電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，430系列單片機(jī)16位高功能更具備研發(fā)的使用價(jià)值。</p><p>　　最后，就是在開發(fā)工具方面。51系列單片機(jī)雖然很據(jù)實(shí)用性，而且歷史比430系列單片機(jī)更加悠久，在一系列電子論壇上，51系列單片機(jī)的開發(fā)實(shí)例也遠(yuǎn)比430多，但是51系列單片機(jī)不能在線編程，這就是它在實(shí)際研發(fā)中的重大缺陷。430系列單片機(jī)由于引入了FLASH型程序存儲(chǔ)器和JTAG技術(shù)，不僅使開發(fā)工具變得簡(jiǎn)便，在線編程以及價(jià)格優(yōu)勢(shì)都是5

31、1系列單片機(jī)所不具備的，這也是實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用非常重視的一個(gè)環(huán)節(jié)[7]。</p><p>　　1.3 國內(nèi)430單片機(jī)開發(fā)板概況</p><p>　　如同所有教學(xué)開發(fā)板一樣，430系列單片機(jī)的開發(fā)板也是照顧到所有的用戶，功能很多而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。對(duì)于個(gè)人使用來說不免帶來不必要的麻煩。而且如果想完成自己需要的設(shè)計(jì)，找出最直接的模塊就顯得相對(duì)繁瑣了。而且一些設(shè)計(jì)對(duì)精度和功能等有一定的要求，開發(fā)板上

32、自己配置的芯片可能滿足不了需求，因此，有一個(gè)單一的、簡(jiǎn)單的，自己設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)很有必要。</p><p>　　對(duì)于教學(xué)來說，導(dǎo)師需要一個(gè)簡(jiǎn)單的最小系統(tǒng)，而且自己對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該很熟悉，這樣才能把最基礎(chǔ)，最詳細(xì)的430開發(fā)電路與編程指令傳輸給學(xué)生。我們做一個(gè)自己的最小系統(tǒng)，做自己的教學(xué)，做自己的開發(fā)試驗(yàn)，就顯得得心應(yīng)手。對(duì)于對(duì)外圍電路的開發(fā)與擴(kuò)展，可以根據(jù)自己的需求和喜好進(jìn)行設(shè)計(jì)，即方便又能鍛煉實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。<

33、;/p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　用MSP430F149向外發(fā)送數(shù)字信號(hào)，通過DA轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，其信號(hào)大小可有矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)。當(dāng)外部模擬信號(hào)進(jìn)來時(shí)，通過AD轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。蜂鳴器可設(shè)計(jì)成報(bào)警功能，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，電壓值不可能無窮大，當(dāng)電壓值達(dá)到一定時(shí)，用單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　這個(gè)

34、最小系統(tǒng)可以說是一個(gè)最基本的開發(fā)平臺(tái)，任何設(shè)計(jì)幾乎都會(huì)設(shè)計(jì)到信號(hào)的采集與存儲(chǔ)，信號(hào)的發(fā)送，鍵盤的操作，數(shù)碼管的顯示及蜂鳴器的報(bào)警這些簡(jiǎn)單的功能。這個(gè)最小系統(tǒng)是直接與工業(yè)實(shí)際應(yīng)用相接軌的。另外，我對(duì)430單片機(jī)應(yīng)用電壓5V和3.3V電壓，復(fù)位電路以及FLASH存儲(chǔ)器的選擇，外部JTAG下載口和USB轉(zhuǎn)換等都進(jìn)行了設(shè)計(jì)，這些都會(huì)在以后的章節(jié)中進(jìn)行詳細(xì)的闡述。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p&g

35、t;<p>　　2.1 基本功能介紹</p><p>　　基于16位430單片機(jī)MSP430F149的嵌入式平臺(tái)設(shè)計(jì)，是集數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電源設(shè)計(jì)、JTAG下載口、USB轉(zhuǎn)換、鍵盤及數(shù)碼管顯示模塊于一體的最小系統(tǒng)。</p><p>　　硬件原理總體框圖如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　

36、　單片機(jī)開發(fā)板是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)提供支持。此開發(fā)板是參考單片機(jī)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)一些測(cè)試實(shí)驗(yàn)。本設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)是實(shí)用，針對(duì)性比較強(qiáng)，為教學(xué)和初學(xué)者自主學(xué)習(xí)提供很好的平臺(tái)。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及C語言程序流程圖的制作。</p><p>　　此開發(fā)板設(shè)計(jì)的功能如下：</p><p>　　(1)12位AD轉(zhuǎn)換。</p><p>

37、;　　(2) 8M Flash存儲(chǔ)器（M25P80）。</p><p>　　(3)TLC5615信號(hào)發(fā)生器。</p><p><b>　　(4)矩陣鍵盤。</b></p><p>　　(5)數(shù)碼管顯示模塊。</p><p>　　2.2 IAR編程環(huán)境</p><p>　　MSP430單片機(jī)還有一個(gè)

38、特點(diǎn)就是支持匯編語言編程和C語言編程兩種編程方式，本設(shè)計(jì)采用的是C語言。由于采用C語言開發(fā)可以在很大的程度上提高開發(fā)人員的效率，同時(shí)縮短研發(fā)時(shí)間，并且C語言的程序方便閱讀，在遇到同樣的模塊和結(jié)構(gòu)時(shí)還可以移植，為電子愛好者也為本次設(shè)計(jì)提供了很大的幫助。本設(shè)計(jì)采用的是IAR軟件進(jìn)行編程，有單片機(jī)自帶的JTAG下載口，下載到FLASH存儲(chǔ)器里，再由IAR軟件通過JTAG接口讀取單片機(jī)內(nèi)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單片機(jī)上運(yùn)行的程序，實(shí)現(xiàn)在線仿真。本設(shè)計(jì)采用

39、proteus仿真，將C語言程序生成.HEX文件進(jìn)行下載仿真。為了方便程序調(diào)度和提高可靠性，IAR采用結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，每個(gè)模塊完成一個(gè)特定功能，主要由初始化程序、主程序、子程序等組成，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、顯示等操作[8]。</p><p>　　IAR 集成的編譯器是現(xiàn)在430單片機(jī)使用者最常用的編程軟件，不管是教學(xué)還是工業(yè)上，都在使用IAR軟件。方便、快捷、通用性強(qiáng)使得IAR在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)

40、優(yōu)勢(shì)很大，這種優(yōu)勢(shì)讓它受到廣大使用者的青睞。尤其是430系列單片機(jī)，當(dāng)人們提到430單片機(jī)時(shí)，IAR幾乎成為人們默認(rèn)的編程軟件。相比較而言，KEIL軟件也是學(xué)生學(xué)習(xí)和老師教學(xué)的編程軟件，但它就幾乎局限于51系列單片機(jī)，對(duì)16位的430系列單片機(jī)的編程只能望塵莫及。</p><p>　　由于IAR公司在微處理器C/C++編譯器設(shè)計(jì)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，目前沒有任何一家公司的產(chǎn)品可以接近IAR公司針對(duì)8 位、16 位、32

41、 位處理器生產(chǎn)的30多種不同C/C++編譯器的水平。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明，IAR 的編程環(huán)境運(yùn)行速度快，應(yīng)用范圍廣，它是針對(duì)具體模塊具體芯片的編程環(huán)境，使得編程環(huán)境規(guī)范化，而且穩(wěn)定性非常好。IAR十分重視指令的精簡(jiǎn)，不斷的優(yōu)化指令集，以提高編程速率。針對(duì)AVR 的IAREmbedded Workbench4.10B版，生成的代碼的尺寸比3.20A 版縮小了10%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他同類編譯器生成的代碼尺寸。IAR 生成的小尺寸代碼可以節(jié)省存儲(chǔ)器空

42、間，而且對(duì)處理器的要求降低，可以應(yīng)用更廉價(jià)的處理器完成高質(zhì)量的任務(wù) [10]。</p><p>　　在使用的過程中，感覺在使用的過程中非常方便。從開始的建一個(gè)工程到程序的編寫，編完之后的執(zhí)行與編譯，以及在加強(qiáng)功能，不斷增加新程序，改動(dòng)程序的過程中都是十分方便的。本次設(shè)計(jì)是用proteus仿真，在仿真軟件加載程序時(shí)也是直接在單片機(jī)里下載.HEX文件就可以了，不用大費(fèi)周章的學(xué)習(xí)和復(fù)雜途徑的下載，為使用者節(jié)約了很多時(shí)間

43、。</p><p>　　IAR 是一套完整的集成開發(fā)工具集合：從開始建立工程，到程序的編寫，最后對(duì)成品程序的編譯，集成了編譯器和調(diào)試器等多種功能。此外，它在事物和仿真下載程序方面也是十分方面的，可生成多種格式文件，便于和事物和其他仿真軟件的連接。本設(shè)計(jì)采用的是.HEX文件，只要在仿真軟件畫完原理圖直接下載程序就可仿真[13]。</p><p>　　2.3 MSP430系列單片機(jī)</p

44、><p>　　2.3.1 MSP430系列單片機(jī)概述</p><p>　　MSP430 系列單片機(jī)是美國德州儀器(TI)1996 年開始推向市場(chǎng)的一種 16 位超低功耗的混合信號(hào)處理器(Mixed Signal Pocessor)。稱之為混合信號(hào)處理器，把多種功能的各種電路全都附加在一個(gè)芯片上，大大的提高了芯片的集成化，減小了占用空間。</p><p>　　MSP430

45、 系列單片機(jī)發(fā)展歷史雖然比較短，但以自己高運(yùn)算速度，低功耗和強(qiáng)大的功能，在電子領(lǐng)域迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，受到廣大電子愛好者及研發(fā)人員的青睞。MSP430 系列單片機(jī)針對(duì)各種不同應(yīng)用，包括一系列不同型號(hào)的器件。主要特點(diǎn)有：</p><p><b>　?。?） 超低功耗</b></p><p>　　MSP430 系列單片機(jī)的工作電壓為1.8~3.3V，RAM 數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅

46、 0.1uA，活動(dòng)模式耗電 250pA／MIPS(MIPS：每秒百萬條指令數(shù))，IO 輸入端口的漏電流最大僅 50nA。430系列單片機(jī)的基礎(chǔ)時(shí)鐘由低頻基礎(chǔ)振蕩器LFXT1、高頻晶體振蕩器LFXT2及數(shù)字控制振蕩器DCO組成。MSP430單片機(jī)的型號(hào)不同，對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘模塊也將有所不同 [5]。雖然不同型號(hào)的時(shí)鐘模塊有所不同，但這些模塊產(chǎn)生出來的結(jié)果是相同的。LFXT1CLK是低頻/高頻時(shí)鐘源，可以外接32768Hz的時(shí)鐘芯片或頻率為450

47、KHz~8MHz的標(biāo)準(zhǔn)晶體或共震器。XT2CLK高頻時(shí)鐘源，需要外接兩個(gè)震蕩電容器。可以外接頻率為450kHz~8MHz的標(biāo)準(zhǔn)晶體，共振器和外部時(shí)鐘輸入。超功耗可以說是430系列單片機(jī)最重要的特點(diǎn)，其他類型的16單片機(jī)在運(yùn)行速度上和功能上也十分強(qiáng)大，但強(qiáng)大的功能和高的運(yùn)行速度使得它們的功耗很大。大功耗的單片機(jī)不僅是耗電比較多，而且產(chǎn)生熱量也大，影響精度。</p><p>　?。?）強(qiáng)大的處理能力</p>

48、;<p>　　MSP430 系列單片機(jī)是 16 位單片機(jī)，采用了目前流行的、頗受學(xué)術(shù)界好評(píng)的精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是縮短運(yùn)行周期。同樣的一條指令，51系列單片機(jī)需要12個(gè)時(shí)鐘周期，而430系列單片機(jī)只需要一個(gè)時(shí)鐘周期就可以完成，使MSP430 在 8MHz 晶振工作時(shí)，指令速度可達(dá) 8MIPS(注意：同樣 8MIPS 的指令速度，在運(yùn)算性能上 16位處理器比 8 位處理器高遠(yuǎn)不止兩倍)。另一主要處

49、理能力體現(xiàn)在多功能硬件乘法器上，這是DSP才有的一項(xiàng)功能。能在硬件上進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，加強(qiáng)了單片機(jī)在數(shù)學(xué)運(yùn)算方面的功能 [8]?？梢?30系列單片機(jī)的處理能力是十分強(qiáng)大的，集百家之所長(zhǎng)，使得它具備各種不同系列單片機(jī)的強(qiáng)大功能。</p><p>　　（3）高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊</p><p>　　MSP430 系列單片機(jī)結(jié)合 TI 的高性能模擬技術(shù)，各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外

50、設(shè)。視型號(hào)不同可能組合有以下功能模塊：看門狗(WDT)，模擬比較器 A，定時(shí)器 A(Timer_A)，定時(shí)器 B(Timer_B)，串口 0、1(USART0、I)，硬件乘法器，液晶驅(qū)動(dòng)器，10 位，12，14 位 ADC，12 位 DAC，12C 總線，直接數(shù)據(jù)存取(DMA)，端口 1-6(P1-P6)，基本定時(shí)器(Basic Timer)等。其中，看門狗可以在程序失控時(shí)迅速復(fù)位，防止程序跑飛，使得代碼比較長(zhǎng)的程序能夠正常的運(yùn)行 [2

51、2]。定時(shí)器A支持多捕捉/比較、PWM輸出、內(nèi)部定時(shí)。而且有強(qiáng)大的中斷功能，當(dāng)計(jì)數(shù)器的溢出條件滿足，或捕捉/比較寄存器條件滿足時(shí)，都可以產(chǎn)生中斷。定時(shí)器B比定時(shí)器A還增加了比較鎖存器，使得用戶可以靈活的控制比較數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)。多部比較鎖存器組合工作，以達(dá)到同步更新和比較數(shù)據(jù)的目的。通用異步/同步收發(fā)器采用一個(gè)硬件，UART接口（異步模式）和SPI接口（同步模式）。而且具有強(qiáng)大功能的430系列單片機(jī)端口很多，P1~P6有64或100引腳之多。

52、</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)工作穩(wěn)定</b></p><p>　　上電復(fù)位后，首先由 DCO_CLK 啟動(dòng) CPU，保證程序從正確的位置開始運(yùn)行，為晶振和外圍器件的正常使用和啟動(dòng)提供充足的時(shí)間[6]。另外，保證單片機(jī)正常工作的另一重要因素：工作的溫度。430系列單片機(jī)的工作環(huán)境溫度為-40攝氏度到85攝氏度。所以就算在很惡略的環(huán)境下430系列單片機(jī)也能正常

53、工作。這種高度的穩(wěn)定性，使得430系列單片機(jī)能夠應(yīng)用在很多不同的領(lǐng)域，為電子設(shè)計(jì)拓寬應(yīng)用范圍。</p><p>　　（5）方便高效的開發(fā)環(huán)境</p><p>　　目前 MSF430 系列有 OTF 型、FLASH 型和 ROM 型 3 種類型的器件，國內(nèi)大量使用的是 FLASH 型。本設(shè)計(jì)采用的是MSP430F149系列單片機(jī)，M25P80存儲(chǔ)器，相比其他的FLASH存儲(chǔ)器，采集的數(shù)據(jù)量大

54、，應(yīng)用方便。MSP430的程序下載方式支持串行在線編程，系統(tǒng)可編程JTAG下載等。硬件仿真可以采用JTAG下載線，又因?yàn)镮AR支持JTAG下載線在線調(diào)試，可設(shè)置斷點(diǎn)?，F(xiàn)在市面上很多仿真器都是通過JTAG仿真調(diào)試的。而且JTAG下載線可擦出原FLASH存儲(chǔ)器的內(nèi)容，進(jìn)行重新下載。FLASH存儲(chǔ)器從JTAG下載線讀取數(shù)據(jù)，使得430系列單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境效率非常高 [3]。</p><p>　　2.3.2 MSP430

55、系列單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用</p><p>　　MSP430單片機(jī)時(shí)美國德州儀器公司在九六年推出的16位超低功耗混合信號(hào)處理器。它的超低功耗性能可使得電池長(zhǎng)時(shí)間工作。由于它具有16位的結(jié)構(gòu)體系以及16位的CPU集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器，可使MSP430實(shí)現(xiàn)代碼效率最大化。[18]。</p><p>　　MSP430系列單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛，可用于各種機(jī)床控制、電機(jī)控制、生產(chǎn)線控制和檢測(cè)。在軍事方面

56、，可用于導(dǎo)彈控制、智能武器裝備。在智能化儀器儀表方面，它的強(qiáng)大功能和低功耗優(yōu)勢(shì)使得它更加的數(shù)字化、智能化、微型化。日常生活中的電器如電子秤、錄像機(jī)、彩電、洗衣機(jī)、電子玩具、冰箱、數(shù)碼相機(jī)等都與430單片機(jī)有關(guān)。</p><p>　　430系列單片機(jī)一直在不斷地引入新技術(shù)，尋求突破，F(xiàn)LASH技術(shù)也是430先引用的，美國德州儀器推出的FLSAH存儲(chǔ)器和JTAG下載技術(shù)，使得MSP430單片機(jī)取得重大突破和進(jìn)展，為用

57、戶提供更方便的服務(wù)和最理想的開發(fā)環(huán)境，最大化的服務(wù)于用戶。</p><p>　　2.3.3 MSP430系列單片機(jī)超低功耗的原理及實(shí)現(xiàn)</p><p>　　MSP430單片機(jī)超低功耗的關(guān)鍵是應(yīng)用其時(shí)鐘系統(tǒng)，最大化低功耗模式的工作時(shí)間，典型的LMP3電流消耗少于2μA，32kHz晶振用于ACLK的時(shí)鐘，DCO用于CPU激活后的突發(fā)短暫運(yùn)行。</p><p>　　MSP

58、430系列單片機(jī)的基本時(shí)鐘系統(tǒng)操作模式如表2-1所示。運(yùn)行模式要考慮到三個(gè)不同的需求:低功耗、速度和數(shù)據(jù)的吞吐量；單個(gè)外圍設(shè)備電流消耗的最小限度。在狀態(tài)寄存器中，用CPU Off、OSC Off、SCG0 和SCG1位配置低功耗方式0～4，可以在中斷服務(wù)程序中將當(dāng)前工作狀態(tài)保存在堆棧中。利用堆棧SR值，程序溢出能返回到不同的工作狀態(tài)。模式控制位和堆棧能被任何指令訪問。當(dāng)設(shè)置任一種模式的控制位時(shí)，被選擇的工作狀態(tài)立刻響應(yīng)。如果時(shí)鐘未被激活

59、，用任何禁用時(shí)鐘操作的外圍JTAG口可以進(jìn)行嵌入式仿真，不需要附加任何外圍電路[7]。</p><p>　　表2-1基本時(shí)鐘系統(tǒng)操作模式</p><p>　　MSP430系列單片機(jī)的低功耗主要是靠CPU進(jìn)入休眠狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的，能夠?qū)PU從休眠狀態(tài)喚醒的條件只有發(fā)生中斷或復(fù)位。因此低功耗和中斷之間的關(guān)系非常密切。MSP430單片機(jī)的所有的大部分功能模塊均能夠在不需要CPU干預(yù)的情況下獨(dú)立工作

60、且能引發(fā)中斷，所以在對(duì)MSP430進(jìn)行編程時(shí)，軟件的基本結(jié)構(gòu)之一就是先向某工作模塊發(fā)出工作指令，然后CPU休眠，等待模塊操作完畢后產(chǎn)生中斷，喚醒CPU繼續(xù)下面的任務(wù)，從而將CPU運(yùn)行的時(shí)間降到最少，功耗降到最低。不僅如此，單片機(jī)的SR寄存器保存著低功耗休眠標(biāo)志位，如果中斷發(fā)生前是休眠狀態(tài)，那么從中斷返回時(shí)CPU仍將是休眠狀態(tài)。若想返回主程序時(shí)退出休眠，可通過一些軟件手段在退出中斷前修改堆棧內(nèi)的值。針對(duì)這一特殊操作，MSP430系列單片機(jī)

61、提供了一個(gè)修改堆棧內(nèi)SR的函數(shù)：</p><p>　　__low_power_mode_off_on_exit( )</p><p>　　只要執(zhí)行該操作，就可以在退出中斷后喚醒CPU。定義中斷的方式有兩種：一種是：</p><p>　　__interrupt [PORT1_VECTOR] void PORT1(void)</p><p>　　

62、這種方式比較常用；另一種是：</p><p>　　#pragma function=interrupt</p><p>　　void PORT1( )</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　#prama funct

63、ion=default</p><p>　　與前者相比，后者的缺點(diǎn)是編譯命令不能提供矢量選項(xiàng)。</p><p>　　此外，MSP430的中斷管理機(jī)制是把同類的中斷合并成一個(gè)總中斷源，根據(jù)需要由軟件判斷標(biāo)志位來確定。如對(duì)于P1口的任何一個(gè)中斷，程序都會(huì)執(zhí)行P1口的中斷服務(wù)子程序，在該程序中根據(jù)P1IFG標(biāo)志位來判斷具體是哪一個(gè)I/O口發(fā)生了中斷，如本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序中對(duì)于鍵值的判斷[15]。&

64、lt;/p><p>　　MSP430單片機(jī)中有數(shù)百個(gè)寄存器，數(shù)千個(gè)控制位，通過這些寄存器可以配置各個(gè)模塊的工作方式、狀態(tài)、連接參數(shù)等關(guān)系。如：</p><p>　　P1DIR=0xff;//將P1口的I/O性質(zhì)設(shè)置為輸出</p><p>　　不僅如此，還可以對(duì)寄存器的某位進(jìn)行操作，如：</p><p>　　P1DIR|=BIT0； //將P1.0

65、置高電平</p><p>　　P1DIR|=~BIT0；//將P1.0置低電平</p><p>　　P1DIR|=^BIT0；//將P1.0取反</p><p>　　注意：大部分寄存器在上電復(fù)位后會(huì)自動(dòng)清零，初始化后各寄存器標(biāo)志位的值可以用“|=”來賦值，一般不會(huì)影響到其他標(biāo)志位的設(shè)置，但一定要保證被賦值的若干標(biāo)志位在賦值之前為“0”，特別是使用快捷宏定義時(shí)，所以，

66、為保證程序執(zhí)行的正確性，一般在賦值前，先給寄存器送“0”。如圖2-2所示為MSP430F149單片機(jī)的引腳圖。</p><p>　　圖2-2 MSP430F149的引腳圖</p><p>　　下面簡(jiǎn)單的介紹下MSP430F149的工作環(huán)境：</p><p>　　低電壓范圍 1.8v-3.6v超低功耗；</p><p>　　活動(dòng)模式: 225

67、µA at 1 MHz, 2.2 V 待機(jī)模式：0.8uA；</p><p>　　掉電模式 RAM能保持?jǐn)?shù)據(jù)不變；</p><p>　　從待機(jī)到喚醒模式響應(yīng)時(shí)間不超過6µS頻率鎖相環(huán), FLL+；</p><p>　　16位精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)；</p><p>　　帶有三個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器 Timer_A；<

68、;/p><p>　　集成96段LCD驅(qū)動(dòng)器；</p><p><b>　　片內(nèi)比較器；</b></p><p>　　串行在線可編程 無需提供外部編程電壓；</p><p>　　采用保險(xiǎn)熔絲的可編程代碼保護(hù)措施；</p><p>　　閃爍存儲(chǔ)器 器件具有bootstrap程序裝載器[20]。</p

69、><p>　　引腳多、低功耗、運(yùn)行速度快是本設(shè)計(jì)選擇MSP430F149單片機(jī)的主要原因。此外，在工業(yè)上MSP430F149使用非常廣泛，所以用這款單片機(jī)教學(xué)和研究具有很強(qiáng)的實(shí)用性，為以后工作和大型的研發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而且對(duì)本設(shè)計(jì)，MSP430F149在引腳數(shù)量和功能上也都能夠滿足要求，所以本設(shè)計(jì)選擇了這款物美價(jià)廉的430系列單片機(jī)。</p><p>　　2.4 仿真軟件的介紹</p

70、><p>　　本次設(shè)計(jì)用的仿真軟件是proteus，對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)仿真，驗(yàn)證自己硬件電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)的正確性。下面簡(jiǎn)單介紹一下proteus的主要功能和應(yīng)用介紹：</p><p>　　Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有近20年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線功

71、能外，應(yīng)用最多的功能是單片機(jī)仿真。從開始的7.0版本的proteus到7.8版本的proteus，從8位的51系列單片機(jī)到16位的430系列單片機(jī)，它的功能越來越強(qiáng)大，越來越實(shí)用，越來越受到電子設(shè)計(jì)人員的青睞。在教學(xué)方面，以零成本，高速仿真、方便快捷等優(yōu)勢(shì)見長(zhǎng)的proteus成為學(xué)生學(xué)習(xí)的主要軟件，不愧為一款非常優(yōu)秀的單片機(jī)仿真軟件[19]。</p><p>　　Proteus另一優(yōu)勢(shì)在于，豐富的庫資源。它是完全

72、和實(shí)踐相連接的，隨著現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，各種新器件的產(chǎn)生，proteus的庫資源也在不斷地更新。從簡(jiǎn)單的LED,各式各樣的數(shù)碼管，矩陣鍵盤與獨(dú)立按鍵，再到LCD顯示屏，各種各樣的單片機(jī)，令設(shè)計(jì)人員不在為缺少元器件無法仿真而感到苦惱。Proteus這些強(qiáng)大的功能主要服務(wù)于兩類人：第一是老師和學(xué)生，為使學(xué)生更快的掌握簡(jiǎn)單的電路和編程技巧，做實(shí)物顯然過于麻煩，而且人員多需要購買器件的費(fèi)用也太高。第二類是電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員，他們需要先在仿真上看自己方案

73、的正確性，檢查完畢后才能投入生產(chǎn)。</p><p>　　Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，其它軟件仿真主要是仿真CPU,看CPU的工作狀態(tài)和運(yùn)行情況，而proteus重視的是外圍電路實(shí)現(xiàn)的效果。仿真軟件中CPU引腳被顯示為不同的顏色來表示電平的高和低，看引腳的顏色就能確定信號(hào)運(yùn)行到的位置。一般來說，我們?cè)O(shè)計(jì)一樣產(chǎn)品，想實(shí)現(xiàn)它的功能，主要是驗(yàn)證它的電路和程序的正確性。例如在本設(shè)計(jì)中，我們想實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤和數(shù)

74、碼管之間的操作和顯示，在proteus里可以清楚地看到單片機(jī)哪個(gè)引腳在工作，該信號(hào)一直傳送到什么位置才停止。這都為我們的設(shè)計(jì)在糾錯(cuò)和添加新功能方面帶來很大方便，所以我們的仿真軟件選擇proteus[16]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是搭建一個(gè)嵌入式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，所以會(huì)涉及到多個(gè)基礎(chǔ)的小實(shí)驗(yàn)，在用proteus仿真時(shí)，從單片機(jī)到一些外圍電路都可能有重復(fù)使用的現(xiàn)象，在proteus可對(duì)重復(fù)使用的對(duì)象進(jìn)行復(fù)制粘貼，

75、使用起來非常方便。而且proteus庫文件非常的強(qiáng)大，本設(shè)計(jì)使用的是proteus7.8，支持430系列的單片機(jī)，不用像原理圖那樣自己畫圖。</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本章會(huì)詳細(xì)的介紹硬件電路各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，并對(duì)各模塊的應(yīng)用做詳細(xì)的介紹。硬件電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)中非常重要，電路的正確性直接影響到仿真的正確性。這一章不僅介紹了各功能模塊，如矩陣鍵盤

76、的原理和使用，數(shù)碼管電路設(shè)計(jì)和AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換的具體電路，以及具體芯片的應(yīng)用和工作環(huán)境，讓讀者對(duì)設(shè)計(jì)的思路和具體細(xì)節(jié)的東西進(jìn)行全面的了解。</p><p>　　3.1 電源模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-1 電源模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　由于整個(gè)系統(tǒng)采用5V和3.3V供電，又考慮到硬件系統(tǒng)要求電源具有穩(wěn)壓功能和波紋小等特點(diǎn)，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗等特

77、點(diǎn)，因此該硬件系統(tǒng)的電源先用LM7805穩(wěn)壓為5V給外圍模塊電路供電，再用SPX1117芯片穩(wěn)壓得到3.3V電壓，給CPU和3.3V設(shè)備供電，如圖3-1所示。</p><p><b>　　3.2復(fù)位模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖3-2 復(fù)位模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　MSP430單片機(jī)復(fù)位模塊有兩個(gè)復(fù)位信號(hào)，一個(gè)是上電復(fù)位信號(hào)POR

78、和上電清除信號(hào)PUC。POR信號(hào)是器件復(fù)位信號(hào)，當(dāng)POR信號(hào)產(chǎn)生時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生PUC信號(hào)；而PUC信號(hào)產(chǎn)生時(shí)不會(huì)產(chǎn)生POR信號(hào)。</p><p>　　系統(tǒng)復(fù)位后RST/NMI管腳功能被設(shè)置為復(fù)位功能，所有I/O口功能被設(shè)置為輸入，外圍模塊被初始化為原始狀態(tài)，狀態(tài)寄存器SR復(fù)位，看門狗激活進(jìn)入工作模式，程序計(jì)數(shù)器PC載入0xFFFE處的地址，微處理器從此地址開始執(zhí)行程序[9]。</p><p>

79、;　　在我的設(shè)計(jì)中采用的就是簡(jiǎn)單的RC復(fù)位，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，系統(tǒng)上電后能很好的復(fù)位，使其處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，如圖3-2所示。</p><p>　　3.3 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-3 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)的工作是以時(shí)鐘為基準(zhǔn)的，時(shí)鐘電路是為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的電路，時(shí)鐘穩(wěn)定是系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。</p><p&g

80、t;　　MSP430系列單片機(jī)時(shí)鐘模塊由高速晶體振蕩器、低速晶體振蕩器、數(shù)字控制振蕩器DCO、鎖頻環(huán)FLL以及鎖頻環(huán)增強(qiáng)版本FLL+等部件構(gòu)成。MSP430所有器件都有時(shí)鐘模塊，都能實(shí)現(xiàn)低功耗的要求。</p><p>　?、俑哳l率，用于對(duì)系統(tǒng)硬件需求和外部事件快速反應(yīng)。</p><p>　?、诘皖l率，用于降低電流消耗。</p><p>　　③穩(wěn)定的頻率，以滿足定時(shí)應(yīng)

81、用，如實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC。</p><p>　?、艿蚎值振蕩器，用于保證開始及停止操作最小時(shí)間延遲</p><p>　　如圖3-5所示，XIN1和XOUT1連接時(shí)鐘晶體低速晶體32768Hz，XIN2和XOUT2連接8MHz的高速晶體。430單片機(jī)支持低功耗模式，在低頻模式下使用32768Hz的晶體，而且連接在引腳上時(shí)不需外加電容，在低頻模式下內(nèi)部集成了電容。當(dāng)使用高頻振蕩器時(shí)，選用8MHz晶

82、振工作，而且XIN2和XOUT2外接電容，如圖，兩邊各接一個(gè)12pF的電容[14]。</p><p>　　3.4 FLASH存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　很多系統(tǒng)中都需要在本地保存大量的數(shù)據(jù)和一些常數(shù)，然后進(jìn)行本地處理。在實(shí)際應(yīng)用中，很多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量比較大，因此對(duì)系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量有很高的要求，一般普通的EPROM或者FLASH的容量都很難滿足要求，所以我選擇的是大容量的M2

83、5P80，其特點(diǎn)如下：</p><p>　　是意法半導(dǎo)體公司推出的8M大容量串行接口Nand Flash器件；</p><p>　　采用2.7V~3.6V單電源供電，深度休眠只需1uA的電流；</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，器件在上升沿接收數(shù)據(jù)，在下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)，接口時(shí)鐘最高為25MHz；</p><p>　　M25P80共有16個(gè)扇

84、區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有256個(gè)頁，每頁有256字節(jié)；</p><p>　　支持最大256字節(jié)的快速頁面編程操作（典型時(shí)間1.5ms）、快速的塊（512Kb）擦出操作（典型時(shí)間2s）和快速的整體（8Mb）擦出操作（典型時(shí)間8s）；</p><p>　　每扇區(qū)擦除/編程周期超過100 000次，超過20年的存儲(chǔ)時(shí)間，并且具有操作暫停和硬件寫保護(hù)功能[12]。</p><p>　

85、　圖3-4 存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　M25P80與MSP430F149單片機(jī)的硬件連接非常簡(jiǎn)單，主要是片選信號(hào)。串行數(shù)據(jù)輸入、輸出以及時(shí)鐘信號(hào)與F149的連接，如圖3-4所示。</p><p>　　下面簡(jiǎn)單的介紹下M25P80的引腳功能：</p><p>　　表3-1 M25P80引腳功能表</p><p>　　3.5 ADC模塊

86、設(shè)計(jì)</p><p>　　在MSP430F1612單片機(jī)中有ADC12模塊，在該系單片機(jī)中ADC模塊為12位ADC模塊，叫做ADC12。ADC12模塊支持快速的12位AD轉(zhuǎn)換。ADC12應(yīng)用了12位SAR核、采樣選擇控制、參考產(chǎn)生和16位的轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)。轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)可以支持多達(dá)16個(gè)ADC采樣轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)。ADC12的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1)最高的轉(zhuǎn)換速度超過200ksp

87、s；</p><p>　　(2)12位無失碼轉(zhuǎn)換；</p><p>　　(3)可以通過軟件或定時(shí)器來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；</p><p>　　(4)參考電壓源可以選擇外部電壓，也可以選擇內(nèi)部電壓；</p><p>　　(5)內(nèi)部參考電壓可以通過軟件選擇2.5V或1.5V；</p><p>　　(6)8個(gè)可以獨(dú)立配置的外部信號(hào)的輸

88、入通道；</p><p>　　(7)4個(gè)內(nèi)部通道：溫度傳感器、AVCC、VeREF+以及Ref_x；</p><p>　　(8)每個(gè)通道可獨(dú)立選擇正的或負(fù)極的參考電源；</p><p>　　(9)可選擇轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘源；</p><p>　　(10)具有單通道單次轉(zhuǎn)換、單通道多次轉(zhuǎn)換、序列通道單次轉(zhuǎn)換、序列通道多次轉(zhuǎn)換4種轉(zhuǎn)換模式。</p&

89、gt;<p>　　(11)ADC內(nèi)核以及參考電壓源能夠根據(jù)需要分別關(guān)閉；</p><p>　　(12)具有可以快速解碼ADC中斷的中斷向量寄存器；</p><p>　　ADC12由SAR內(nèi)核、采集時(shí)鐘電路、參考電壓發(fā)生器、采樣保持電路以及時(shí)間定時(shí)電路、多路模擬信號(hào)選擇器、轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)器以及轉(zhuǎn)換結(jié)果緩沖器組成。AD 轉(zhuǎn)換首先要選擇ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘、參考電壓和轉(zhuǎn)換模式等，然后打開中

90、斷，啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換，進(jìn)入中斷或查詢轉(zhuǎn)換完標(biāo)志，采樣轉(zhuǎn)換時(shí)序，轉(zhuǎn)換結(jié)果緩存及讀取AD轉(zhuǎn)換值。</p><p>　　3.6 DAC模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　TLC5615是TI公司設(shè)計(jì)的串行10位D/A轉(zhuǎn)換芯片，性能比早期電流型輸出的DAC要好。它只需要通過3根總線就可以完成10位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器（單片機(jī)）接口，適用于電池供電的測(cè)試儀表、移動(dòng)電話，也適用于

91、數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整以及工業(yè)控制場(chǎng)合。其主要特點(diǎn)如下：</p><p><b>　　單5V電源工作；</b></p><p><b>　　3線串行接口；</b></p><p><b>　　高阻抗輸入端；</b></p><p>　　DAC輸出的最大電壓為基準(zhǔn)輸入電壓的2倍；&l

92、t;/p><p>　　上電時(shí)內(nèi)部自動(dòng)復(fù)位；</p><p>　　微功耗：最大為1.75Mw;</p><p>　　轉(zhuǎn)換速率快：更新率為1.21MHz；</p><p>　　建立時(shí)間典型值為12.5us。</p><p>　　圖3-5 DAC模塊</p><p>　　圖3-5為TLC5615的硬件連接

93、圖，輸出電路采用RC低通濾波，濾除DAC本身的高頻干擾。</p><p>　　TLC5615的引腳功能圖如表3-2：</p><p>　　表3-2 TLC5615引腳功能表</p><p>　　TLC5615最大串行時(shí)鐘速率為：</p><p>　　F(sclk)max=1/Tw(ch)+Tw(cl)=14MHz。</p>&l

94、t;p>　　TLC5615內(nèi)部自帶2倍放大電路，輸出電壓為：</p><p>　　Vout=2Vrefin*N/1024。</p><p>　　其中，Vrefin是參考電壓，N為輸入的二進(jìn)制數(shù)[17]。</p><p><b>　　3.7 蜂鳴器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖3-6 蜂鳴器模塊</p&

95、gt;<p>　　圖3-6是一個(gè)簡(jiǎn)單的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，在其兩端加上直流電壓就可以發(fā)聲。三極管起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極的低電平使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　3.8 矩陣鍵盤設(shè)計(jì)</p><p>　　3.8.1 矩陣式鍵盤介紹</p><p>　　矩陣式鍵盤控制系統(tǒng)可以提高效率，是進(jìn)行按鍵操

96、作管理的有效方法，它可以提高系統(tǒng)準(zhǔn)確性，有利于資源的節(jié)約，降低對(duì)操作者本身的要求。并能正確、實(shí)時(shí)、高效地顯示按鍵信息，以提高工作效率和資源利用率。</p><p>　　矩陣式鍵盤是當(dāng)今使用最為廣泛的鍵盤模式，該系統(tǒng)以N個(gè)端口連接控制N*N個(gè)按鍵，并通過單片機(jī)，顯示在LED數(shù)碼管上。單片機(jī)控制鍵盤顯示系統(tǒng)，可以對(duì)不同的按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，其核心是單片機(jī)、鍵盤矩陣電路和數(shù)碼管顯示電路。4*4矩陣式鍵盤以AT89C51單

97、片機(jī)為核心，主要由矩陣式鍵盤電路、顯示電路等組成，軟件選用C語言編程。單片機(jī)將檢測(cè)到的按鍵信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示于LED顯示器上。該系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，易于操作，可靠性高，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。</p><p>　　矩陣式鍵盤（或者叫行列式鍵盤）常應(yīng)用在按鍵數(shù)量比較多的系統(tǒng)之中。這種鍵盤由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行、列結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)上，行、列線分別接在按鍵開關(guān)的兩端。行列式鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩大類。編碼鍵盤內(nèi)

98、部設(shè)有鍵盤編碼器，被按下鍵的鍵號(hào)由鍵盤編碼器直接給出，同時(shí)具有防抖和解決重鍵的功能。非編碼鍵盤通常采用軟件的方法，逐行逐列檢查鍵盤狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，通過計(jì)算或查表的方法獲取該鍵的鍵值，通常，計(jì)算機(jī)通過程序控制對(duì)鍵盤掃描，從而獲取鍵值，根據(jù)計(jì)算機(jī)掃描的方法可以分為定時(shí)掃描法和中斷掃描法兩種[2]。</p><p>　　本系統(tǒng)中的4*4矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，按鍵數(shù)較少，采用非編碼式鍵盤，當(dāng)有鍵按下時(shí)，由單片機(jī)通過程序

99、掃描確定鍵值，并將獲得的鍵值通過LED數(shù)碼管顯示出來，4*4矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)及鍵值分布如圖3-7：</p><p>　　圖3-7 矩陣鍵盤模塊</p><p>　　3.8.2 鍵盤掃描原理</p><p>　　為了更加貼近實(shí)際應(yīng)用，本系統(tǒng)采用中斷式掃描法，這樣可以節(jié)約單片機(jī)開銷，提高單片機(jī)工作效率，使得單片機(jī)在沒有鍵盤輸入時(shí)可以處理其他工作，其具體工作過程為：<

100、/p><p>　　在沒有鍵按下時(shí)矩陣鍵盤行線接高電平，列線接低電平，當(dāng)某個(gè)鍵被按下時(shí)，該按鍵所在行線電位被拉低，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷INT0，進(jìn)入中斷子程序，在中斷程序中，單片機(jī)對(duì)矩陣鍵盤進(jìn)行掃描以確定按下的鍵值，掃描過程如下：</p><p>　　檢測(cè)行線電平，確定是否有按鍵被按下；</p><p><b>　　延時(shí)去抖動(dòng)；</b></p&

101、gt;<p>　　重新確認(rèn)是否有按鍵被按下，若有，掃描鍵值，若沒有，返回主程序；</p><p>　　掃描鍵值，首先行線接高電平，列線接低電平，對(duì)行線電平進(jìn)行檢測(cè)，以確定按下的鍵所在的行；</p><p>　　行線接低電平，列線接高點(diǎn)平，對(duì)列線電平進(jìn)行檢測(cè)，確定按下的鍵所在的列；</p><p>　　將掃描所得的按鍵值送入功能模塊。</p>

102、<p>　　3.9 數(shù)碼管設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)碼管是顯示模塊最常用的一種器件，由來已久，種類樣式繁多。在硬件電路</p><p>　　圖3-8 數(shù)碼管模塊</p><p>　　設(shè)計(jì)方面早已成熟，圖3-8是一種典型的電路設(shè)計(jì)，74HC573是一種鎖存器，在這里負(fù)責(zé)編程時(shí)的段鎖存和位鎖存。主要體現(xiàn)在功能方面，讓哪個(gè)數(shù)碼管亮，該數(shù)碼管顯示什么數(shù)值，

103、都必須體現(xiàn)在程序編寫當(dāng)中，程序與硬件電路對(duì)應(yīng)，才能設(shè)計(jì)出自己想要的產(chǎn)品。</p><p>　　如圖3-8所示，數(shù)碼管用74HC573進(jìn)行段鎖存和位鎖存，它是八個(gè)鎖存器都是透明的D 型鎖存器。當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。特

104、別適用于緩沖寄存器，I/O 通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器。</p><p>　　3.10 JTAG下載線介紹</p><p>　　圖3-9JTAG下載口</p><p>　　硬件仿真采用JTAG下載線，因?yàn)镮AR軟件支持JTAG下載線在線調(diào)試，本設(shè)計(jì)是仿真器通過PC機(jī)的并口仿真。如圖3-9所示，JTAG接口是一個(gè)十四引腳的雙排插座。</p>&l

105、t;p>　　3.11 USB接口設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-10 USB模塊</p><p>　　如圖3-10，F(xiàn)T245芯片主要功能是進(jìn)行USB和并行I/O口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。一方面它可從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為并行I/O口的數(shù)據(jù)流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面外設(shè)可通過并行I/O口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳回主機(jī)。中間的轉(zhuǎn)換工作全部由芯片自動(dòng)完成。</p>&

106、lt;p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本章主要介紹具體程序的流程圖，一些具體程序模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。這主要是設(shè)計(jì)思路的一個(gè)體現(xiàn)，在程序編寫前這是一個(gè)必要的環(huán)節(jié)，研究各個(gè)器件的用法，編程的具體方法和引腳定義等。</p><p>　　4.1 LED閃爍程序設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4-1 LED閃爍程序框圖<

107、/p><p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　P1OUT=0x00; 使P3.0輸出低電平，發(fā)光二極管亮，（低電平使發(fā)光二極管亮）</p><p>　　for (i=0;i<20000;i++) //再次循環(huán)延時(shí)</p><p>　　P1OUT=0x01; 使P3.0輸出高電平，發(fā)光二極管滅，（高電

108、平使發(fā)光二極管滅）</p><p>　　這是一個(gè)最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)給單片機(jī)的引腳置高低電平來實(shí)現(xiàn)LED的亮和滅，用for循環(huán)來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。LED在實(shí)驗(yàn)和工業(yè)研發(fā)中有很頻繁的使用，可以起到指示和顯示作用。</p><p>　　這個(gè)設(shè)計(jì)可擴(kuò)展，在教學(xué)的過程中，可以根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)成不同頻率閃爍，不同顏色的流水燈，花樣燈等。</p><p>　　4.2 數(shù)碼管循環(huán)顯示&

109、lt;/p><p>　　圖4-2 數(shù)碼管程序框圖</p><p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　unsigned char seg[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};</p><p>　　因?yàn)樵O(shè)計(jì)與仿真的過程中，用的是共陰級(jí)數(shù)碼管