基于msp430f149开发板平台设计毕业论文(编辑修改稿)

基于msp430f149开发板平台设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

比较数据的时机。 多部比较锁存器组合工作，以达到同步更新和比较数据的目的。 通用异步 /同步收发器采用一个硬件， UART 接口（异步模式）和 SPI 接口（同步模式）。 而且具有强大功能的 430 系列单片机端口很多， P1~P6 有 64或100引脚之多。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 8 （ 4）系统工作稳定 上电复位后，首先由 DCO_CLK 启动 CPU，保证程序从正确的位置开始运行，为晶振和外围器件的正常使用和启动提供充足的时间 [6]。 另外，保证单片机正常 工作的另一重要因素：工作的温度。 430系列单片机的工作环境温度为 40摄氏度到 85 摄氏度。 所以就算在很恶略的环境下 430系列单片机也能正常工作。 这种高度的稳定性，使得 430 系列单片机能够应用在很多不同的领域，为电子设计拓宽应用范围。 （ 5）方便高效的开发环境 目前 MSF430 系列有 OTF 型、 FLASH 型和 ROM 型 3 种类型的器件，国内大量使用的是 FLASH 型。 本设计采用的是 MSP430F149 系列单片机， M25P80 存储器，相比其他的 FLASH 存储器，采集的数据量大，应用方便。 MSP430的程序下载方式支持串行在线编程，系统可编程 JTAG 下载等。 硬件仿真可以采用JTAG 下载线，又因为 IAR 支持 JTAG 下载线在线调试，可设置断点。 现在市面上很多仿真器都是通过 JTAG 仿真调试的。 而且 JTAG 下载线可擦出原 FLASH 存储器的内容，进行重新下载。 FLASH 存储器从 JTAG 下载线读取数据，使得 430系列单片机的开发环境效率非常高 [3]。 MSP430 系列单片机的发展和应用 MSP430 单片机时美国德州仪器公司在九六年推出的 16 位超低功耗混合信号处理器。 它的超低功耗性能可使得电池长时间工 作。 由于它具有 16位的结构体系以及 16位的 CPU 集成寄存器和常数发生器，可使 MSP430 实现代码效率最大化。 [18]。 MSP430 系列单片机应用十分广泛，可用于各种机床控制、电机控制、生产线控制和检测。 在军事方面，可用于导弹控制、智能武器装备。 在智能化仪器仪表方面，它的强大功能和低功耗优势使得它更加的数字化、智能化、微型化。 日常生活中的电器如电子秤、录像机、彩电、洗衣机、电子玩具、冰箱、数码相机等都与 430 单片机有关。 430 系列单片机一直在不断地引入新技术，寻求突破， FLASH 技术也是 430先引用的，美 国德州仪器推出的 FLSAH 存储器和 JTAG 下载技术，使得 MSP430单片机取得重大突破和进展，为用户提供更方便的服务和最理想的开发环境，最大化的服务于用户。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 9 MSP430 系列单片机超低功耗的原理及实现 MSP430 单片机超低功耗的关键是应用其时钟系统，最大化低功耗模式的工作时间，典型的 LMP3 电流消耗少于 2μ A， 32kHz 晶振用于 ACLK 的时钟， DCO用于 CPU 激活后的突发短暂运行。 MSP430 系列单片机的基本时钟系统操作模式如表 21 所示。 运行模式要考虑到三个不同的需求 :低功耗、速度和数据的 吞吐量；单个外围设备电流消耗的最小限度。 在状态寄存器中，用 CPU Off、 OSC Off、 SCG0 和 SCG1 位配置低功耗方式 0～ 4，可以在中断服务程序中将当前工作状态保存在堆栈中。 利用堆栈SR值，程序溢出能返回到不同的工作状态。 模式控制位和堆栈能被任何指令访问。 当设置任一种模式的控制位时，被选择的工作状态立刻响应。 如果时钟未被激活，用任何禁用时钟操作的外围 JTAG 口可以进行嵌入式仿真，不需要附加任何外围电路 [7]。 表 21基本时钟系统操作模式 控制位 工作模式 CPU状态、振荡器及时钟 SCG1 SCG0 OSC Off CPU Off 0 0 0 0 活动模式 （ AM） CPU、 MCLK、 SMCLK、 ACLK均处于活动状态 0 0 0 1 低功耗模式 0（ LMP0） CPU、 MCLK禁止 0 1 0 1 低功耗模式 1（ LMP1） CPU、 MCLK禁止，在活动模式，如果DCO为用作 MCLK及 SMCLK，则直接流发生器保持有效； ACLK活动 1 0 0 1 低功耗模式 2（ LMP2） CPU、 MCLK、 SMCLK禁止，如果 DCO为用作 MCLK及 SMCLK，则直接流发生器保持有效； ACLK活动 1 1 0 1 低功耗模式 3（ LMP3） 仅 ACLK有效 1 1 1 1 低功耗模式 4（ LMP4） CPU及所有时钟禁止 MSP430 系列单片机的低功耗主要是靠 CPU 进入休眠状态来实现的，能够将CPU从休眠状态唤醒的条件只有发生中断或复位。 因此低功耗和中断之间的关唐 山 学 院 毕 业 设 计 10 系非常密切。 MSP430 单片机的所有的大部分功能模块均能够在不需要 CPU 干预的情况下独立工作且能引发中断，所以在对 MSP430 进行编程时，软件的基本结构之一就是先向某工作模块发出工作指令，然后 CPU 休眠，等待模块操作完毕后产生中断，唤醒 CPU继续下面的任务，从而将 CPU 运行的时间降到最少，功耗降到最低。 不仅如此，单片机的 SR寄存器保存着低功耗休眠标志位，如果中断发生前是休眠状态，那么从中断返回时 CPU 仍将是休眠状态。 若想返回主程序时退出休眠，可通过一些软件手段在退出中断前修改堆栈内的值。 针对这一特殊操作， MSP430 系列单片机提供了一个修改堆栈内 SR的函数： __low_power_mode_off_on_exit( ) 只要执行该操作，就可以在退出中断后唤醒 CPU。 定义中断的方式有两种：一种是： __interrupt [PORT1_VECTOR] void PORT1(void) 这种方式比较常用；另一种是： pragma function=interrupt void PORT1( ) { } prama function=default 与前者相比，后者的缺点是编译命令不能提供矢量选项。 此外， MSP430 的中断管理机制是把同类的中断合并成一个总中断源，根据需要由软件判断标志位来确定。 如对于 P1口的任何一个中断，程序都会执行P1口的中断服务子程序，在该程序中根据 P1IFG 标志位来判断具体是哪一个I/O口发生了中断，如本次系统设计程序中 对于键值的判断 [15]。 MSP430 单片机中有数百个寄存器，数千个控制位，通过这些寄存器可以配置各个模块的工作方式、状态、连接参数等关系。 如： P1DIR=0xff。 //将 P1 口的 I/O 性质设置为输出 唐 山 学 院 毕 业 设 计 11 不仅如此，还可以对寄存器的某位进行操作，如： P1DIR|=BIT0； //将 置高电平 P1DIR|=~BIT0； //将 置低电平 P1DIR|=^BIT0； //将 取反 注意：大部分寄存器在上电复位后会自动清零，初始化后各寄存器标志位的值可以用“ |=”来赋值，一般不会影响到其他标志位的 设置，但一定要保证被赋值的若干标志位在赋值之前为“ 0”，特别是使用快捷宏定义时，所以，为保证程序执行的正确性，一般在赋值前，先给寄存器送“ 0”。 如图 22 所示为MSP430F149 单片机的引脚图。 图 22 MSP430F149的引脚图 下面简单的介绍下 MSP430F149 的工作环境： 低电压范围 超低功耗； 活动模式 : 225 181。 A at 1 MHz, V 待机模式： ； 掉电模式 RAM 能保持数据不变； 从待机到唤醒模式响应时间不超过 6181。 S 频率锁相环 , FLL+； 16 位精简指令系统 ； 唐 山 学 院 毕 业 设 计 12 带有三个捕获 /比较寄存器的 16位定时器 Timer_A； 集成 96段 LCD 驱动器； 片内比较器； 串行在线可编程 无需提供外部编程电压； 采用保险熔丝的可编程代码保护措施； 闪烁存储器 器件具有 bootstrap 程序装载器 [20]。 引脚多、低功耗、运行速度快是本设计选择 MSP430F149 单片机的主要原因。 此外，在工业上 MSP430F149 使用非常广泛，所以用这款单片机教学和研究具有很强的实用性，为以后工作和大型的研发打下了坚实的基础。 而且对本设计， MSP430F149 在引脚数量和 功能上也都能够满足要求，所以本设计选择了这款物美价廉的 430系列单片机。 仿真软件的介绍 本次设计用的仿真软件是 proteus，对本设计进行系统仿真，验证自己硬件电路设计和程序设计的正确性。 下面简单介绍一下 proteus 的主要功能和应用介绍： Proteus 软件是来自英国 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件，Proteus 软件有近 20 年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、 PCB 自动或人工布线功能外，应用最多的功能是单片机仿真。 从开始的 proteus 到 版本的 proteus，从 8 位的 51系列单片机到 16 位的 430 系列单片机，它的功能越来越强大，越来越实用，越来越受到电子设计人员的青睐。 在教学方面，以零成本，高速仿真、方便快捷等优势见长的 proteus 成为学生学习的主要软件，不愧为一款非常优秀的单片机仿真软件 [19]。 Proteus 另一优势在于，丰富的库资源。 它是完全和实践相连接的，随着现实设计中，各种新器件的产生， proteus 的库资源也在不断地更新。 从简单的 LED,各式各样的数码管，矩阵键盘与独立按键，再到 LCD 显示屏，各 种各样的单片机，令设计人员不在为缺少元器件无法仿真而感到苦恼。 Proteus 这些唐 山 学 院 毕 业 设 计 13 强大的功能主要服务于两类人：第一是老师和学生，为使学生更快的掌握简单的电路和编程技巧，做实物显然过于麻烦，而且人员多需要购买器件的费用也太高。 第二类是电子产品的设计人员，他们需要先在仿真上看自己方案的正确性，检查完毕后才能投入生产。 Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是，其它软件仿真主要是仿真 CPU,看 CPU 的工作状态和运行情况，而 proteus 重视的是外围电路实现的效果。 仿真软件中 CPU引脚被显示为不同的颜色来表示电平的 高和低，看引脚的颜色就能确定信号运行到的位置。 一般来说，我们设计一样产品，想实现它的功能，主要是验证它的电路和程序的正确性。 例如在本设计中，我们想实现矩阵键盘和数码管之间的操作和显示，在 proteus 里可以清楚地看到单片机哪个引脚在工作，该信号一直传送到什么位置才停止。 这都为我们的设计在纠错和添加新功能方面带来很大方便，所以我们的仿真软件选择 proteus[16]。 本设计主要是搭建一个嵌入式的实验平台，所以会涉及到多个基础的小实验，在用 proteus 仿真时，从单片机到一些外围电路都可能有重复使用的现象，在 proteus 可对重复使用的对象进行复制粘贴，使用起来非常方便。 而且proteus 库文件非常的强大，本设计使用的是 ，支持 430 系列的单片机，不用像原理图那样自己画图。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 14 第三章 硬件电路设计 本章会详细的介绍硬件电路各个模块的设计，并对各模块的应用做详细的介绍。 硬件电路设计在本设计的总体设计中非常重要，电路的正确性直接影响到仿真的正确性。 这一章不仅介绍了各功能模块，如矩阵键盘的原理和使用，数码管电路设计和 AD 转换、 DA 转换的具体电路，以及具体芯片的应用和工作环境，让 读者对设计的思路和具体细节的东西进行全面的了解。 电源模块设计 123POWER1POWERVout3Vin1GND2U67805AGNDCE1100uFGNDGNDGNDC17104+5v+9vVout2Vin3GND1U8 +5vGNDGNDC19104VCC 图 31 电源模块设计 由于整个系统采用 5V 和 供电，又考虑到硬件系统要求电源具有稳压功能和波纹小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗等特点，因此该硬件系统的电源先用 LM7805 稳压为 5V 给外围模块电路供电，再用 SPX1117 芯片稳压得到 电压，给 CPU 和 设备供电，如图 31所示。 复位模块设计 唐 山 学 院 毕 业 设 计 15 S1SWPB100pFC16Cap Pol3VCC10KR33GNDRESET 图 32 复位模块设计 MSP430 单片机复位模块有两个复位信号，一个是上电复位信号 POR和上电清除信。