基于msp430单片机的红外通讯的实现方法-自动化本科生毕业设计

基于msp430单片机的红外通讯的实现方法-自动化本科生毕业设计内容摘要：

大了硬件冗余。 内部以低功耗、低电压的原则设计，这样的系统不仅功能强、性能可靠、成本低，而且便于进一步微型化和便携化。 （ 3）内部电路可选择工作。 超低功耗单片机可以通过特殊功能寄存器，选择使用不同的功能电路，即依靠软件选择其中不同的外围功能模块，对于不使用的模块使其停止工作，以减少无效功耗。 （ 4）具有高速和低速两套时钟。 系统运行频率越高，电源功耗就会相应增大。 为了更好地降低功耗，超低功耗单片机可采用几套独立的时钟源，如高速的主时钟、低频时钟（如 ）和 DCO 片内时钟。 其可在满足功能需要的情况下按一定比例降低 MCU 主时钟频率，以降低电源功耗。 在不需要高速运行的情况下，可选用辅助时钟低速运行，进一步降低功耗。 通过软件相应功能寄存器进行设置，可改变 CPU 的时钟频率，或进行主时钟和辅助时钟切换。 （ 5）具有多种节能工作模式。 超低功耗单片机具有多种节能模式， 基于 MSP430 单片机的红外通讯的实现方法 7 为其功耗管理提供了极好的性能保证。 超低功耗单片机以其卓越的性能和较高的性能价格比，使其在许多领域得到了越来越广泛的应用，如对便携式智能检测控制仪器的开发、各种数据采集系统的开发、各种智能控制仪表的 开发、各种节能装置的开发等。 超低功耗单片机也可应用于产品的内部，取代部分老式机械、电子零件或元器件，以使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化。 MSP430 系列单片机 [2] 1996 年， TI 公司推出的 MSP430 系列单片机，该系列单片机具有非常低的功耗、丰富的片内外设及方便灵活的开发手段，可以方便地构成各种超低功耗的单片机应用系统。 MSP430 系列单片机的发展过程大致可以分为四个阶段。 第一代：这一阶段主要以 1996 年推出的 MSP430 系列和到 2020 年初首先推出的 33X、 32X、 31X 等几个系列为代表，它的主要技术特征是实现了低电源电压供电，有 5 种节电模式，采用了 16 位 RISC 结构，使用外部 晶体集成了 LCD 液晶驱动和 A/D 转换等，这有利于提高系统的集成度。 这个时期的 MSP430 系列单片机已经显露出它的超低功耗等一系列技术特点。 第二代：这一阶段以 2020 年 7 月推出的 F13X/F14X 系列为代表，它的主要技术特征是增加了 Flash 存储器，同时还拓展了 I/O 接口。 自 2020年 7 月到 2020 年 TI 公司又相继推出了 F41X、 F43X、 F44X 单片机。 F41X单片机是目前应用最广泛的单片机之一，它有 48 个 I/O 接口， 96 段 LCD驱动。 而 F43X、 F44X 系列单片机是在 13X、 14X 的基础上，增加了液晶驱动器，将 LCD 的段数增加到 160 段，并且相应的调整了显示存储器在存储区的地址，为以后拓展了发展空间。 这种以 Flash 技术和 FET 开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用的优点，给用户提供了一个比较理想的样机开发方式。 第三代： TI 公司在 2020 年底和 2020 年期间又推出了 F15X 和 F16X系列单片机，它的主要技术特征是 RAM 容量大大增加了，例如 F1611 基于 MSP430 单片机的红外通讯的实现方法 8 的 RAM 容量就增加到了 10KB。 这样可以突破 RAM 的限制，将实施操作系统引入 MSP430 单片机。 第四代：在 2020 年， TI 公司又推出了专门用于电量计量的MSP430FE42X 和用于水表、气表、热表上的具有无磁传感模块的MSP430FW42X 单片机。 在 2020 年， TI 公司又推出了 MSP430X2XX 系列单片机，该系列单片机的片内外设进一步精简，价格低廉，适合做一些简单的应用。 今两年， TI 公司针对一些特殊应用领域，利用 MSP430 的超低功耗的特性，推出了一些专用单片机，用这些单片机设计相应的专业产品可以大大简化 系统设计。 不同系列的 MSP430 单片机的性能虽然有所不同，但是总体特性相似，概括如下： （ 1）五种省电模式， 6μs 内从待机模式唤醒； （ 2） 16 位 RISC 结构的 CPU 通过总线连接到存储器和外围模块； （ 3） 三个时钟模块可提供三种时钟信号： ACLK、 MCLK、 SMCLK； （ 4） 多达 64KB 的寻址空间，包括 ROM、 RAM、 Flash； （ 5） 共 7 种寻址模式，可以字或者字节寻址； （ 6） 具有多达 16 个中断源（定时器、串行口、 P P WDT 等），多级优先级，可实现中断嵌套； （ 7） 串行通信接口 USART 可设置为同步（ SPI）、异步（ UART）或是 I^2C 模式，发送和接收有各自的中断入口地址； （ 8） 定时器有基本的定时器、定时器 A、定时器 B 和看门口定时器，可以实现事件定时、计数、 PWM 等功能； （ 9） 集成 LCD 驱动器、硬件乘法器、比较器、 DMA 控制器及 Scan IF 模块。 根据上述的介绍及系统的设计需求采用 MSP430G2553 单片机作为中央处理器。 MSP430G2553 单片机是超低功耗混合信号微控制器，具有内置的 16 位定时器、 20 个支持触摸感测的 I/O 引脚、一个多用途模拟比较器以及采用通用通信接口的内置通信能力。 此外， MSP430G2553 还具 基于 MSP430 单片机的红外通讯的实现方法 9 有一个 10 位模数（ A/D）转换器。 MSP430G2553 单片机的 20 只引脚图，如图 21 所示，其主要引脚功能如表 21 所示。 图 21 MSP430G2553 的引脚图 表 21 MSP430G2553 主要引脚功能表 序号 名称 引脚说明 1 DVCC 电源正 2 TA0CLK ACLK A0 CAO 通用型数字 I/O 引脚 Timer0_A,时钟信号 TACLK 输入 ACLK 信号输出 ADC10 模拟输入 A0 Comparator_A+,CA0 输入 3 UCA0RXD UCA0SOMI A1 CA1 通用 I/O 引脚 Timer0_A,捕捉： CCI0A 输入，比较： Out0 输出 /BSL 发送 UART 模式中 USCI_A0 接收数据输入 SPI 模式中 USCI_A0 受控器数据输出 /主控器输入 ADC10 模拟输入 A1 Comparator_A+， CA1 输入 4 UCA0TXD UCA0SIMO A2 CA2 通用型数字 I/O 引脚 Timer0_A，捕获： CCI1A 输入，比较： Out1 输出 UART 模式中 USCI_A0 发送数据输出 SPI 模式中 USCI_A0 受控器数据输入 /主控器输出 ADC10 模拟输入 A2 Comparator_A+， CA2 输入 5 ADC10CLK A3 通用型数字 I/O 引脚 ADC10，转换时钟输出 ADC10 模拟输入 A3 基于 MSP430 单片机的红外通讯的实现方法 10 VREF/VEREF CA3 CAOUT ADC10 负基准电压 Comparator_A+， CA3 输入 Comparator_A+，输出 6 SMCLK UCB0STE UCA0CLK A4 VREF+/VEREF+ CA4 TCK 通用型数字 I/O 引脚 SMCLK 信号输出 USCI_B0 受控器发送使能 USCI_A0 时钟输入 /输出 ADC10 模拟输入 A4 ADC10 正基准电压 Comparator_A+， CA4 输入 用于器件编程及测试的 JTAG 测试时钟、输入终端 7 UCB0CLK UCA0STE A5 CA5 TMS 通用型数字 I/O 引脚 Timer_A， 比较 ： Out0 输出 /BSL 接收 USCI_B0 时钟输入 /输出 USCI_A0 受控器发送使能 ADC10 模拟输入 A5 Comparator_A+， CA5 输入 用于器件编程及测试的 JTAG 测试时钟、输 入终端 8 通用型数字 I/O 引脚 Timer1_A，捕获： CCI0A 输入，比较： Out0 输出 9 通用型数字 I/O 引脚 Timer1_A，捕获： CCI1A 输入，比较： Out1 输出 10 通用型数字 I/O 引脚 Timer1_A，捕获： CCI1B 输入，比较： Out1 输出 11 通用型数字 I/O 引脚 Timer1_A，捕获： CCI0B 输入，比较： Out0 输出 12 通用型数字 I/O 引脚 Timer1_A，捕获： CCI2A 输入，比较： Out2 输出 14 A6 CA6 UCB0SOMI UCB0SCL TDI/TCLK 通用型数字 I/O 引脚 Timer0_A，比较： Out1 输出 ADC10 模拟输入 A6 Comparator_A+,CA6 输入 SPI 模式中 USCI_B0 受控器输出 /主控器输入 I2C 模式中的 USCI_B0 SCL I2C 时钟 编程及测试期间的 JTAG 测试数据输入或测试时钟输入 通用型数字 I/O 引脚 基于 MSP430 单片机的红外通讯的实现方法 11 15 A7 CA7 CAOUT UCB0SIMO UCB0SDA TDO/TDI ADC10 模拟输入 A7 Comparator_A+， CA7 输入 Comparator_A+，输出 SPI 模式中的 USCI_B0 受控器输入 /主控器输出 I2C 模式中的 USCI_B0 SCL I2C 数据输入 编程及测试期间的 JTAG 测试数据输入或测试时钟输入 16 /RST 复位 20 DVSS 电源地 红外发射头和接收头的介绍及选择 红外发射头也称红外线发射二极管，属于二极管类。 它是可以将电能直接转换成红外光（不可见光）并辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。 红外线发射管的结构和原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。 红外发光二极管通常使用砷化镓（ GaAs）、砷铝化镓（ GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂进行封装。 红外发射二极管由红外辐射效率高的材料制成 PN 结，外加正向偏压向 PN 结注入电流以激发红外光。 光谱的功率分布为中心波长830~950nm，半峰带宽 40nm 左右，它是窄带分布，是普通 CCD 黑白摄像机可感受的范围。 它最大的优点是可以完全无红暴（采用 940~950nm波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有 可见红光）和寿命长。 红外发光二极管的发射功率用辐照度 μ W/m2 来表示。 一般来说，它的红外辐射功率与正向工作电流成正比，但是在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度会因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。 红外发光二极管的电流过小，将影响它的辐射功率的发挥，但是工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外发光二极管烧毁。 当电压超过正向阀值电压（大约 左右）时电流就开始流动，而且是很陡直的曲线，表明它的工作电流对工作电压十分敏感。 因此要求它的工作电压准确、稳定，否则这将影响它的辐射功率的发挥及其可靠 基于 MSP430 单片机的红外通讯的实现方法 12 性。 辐射功率 会随着环境温度的升高（包括其本身的发热所产生的环境温度升高）使其辐射功率下降。 红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并且会随着辐射方向与光轴夹角的增大而减小。 辐射强度为50%的最大值的角度称为半强度辐射角。 实物图如 22 所示 图 22 红外发射二极管实物图 红外接收头是一种特殊的红外接收电路，它将红外接收管与放大电路集成在一体，具有体积小（大小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高等特点，并且价格低廉，市场售价只有几元钱的特点。 它仅仅有三个管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，它的工 作电压在 5V 左右。 只要给它接上电源便是一个完整的红外接收放大器，使用起来十分方便。 它的主要功能包括放大、选频及解调三大部分，要求输入信号。