MSP430芯片

MSP430芯片（精选8篇）

MSP430芯片 第1篇

受深圳市某保密技术有限公司的委托,本文设计了一套密码锁的电控系统,硬件上是基于MSP430系列单片机的电池供电低功耗系统。与之配套,软件上采用了IAR公司的MSP430开发平台,运用C语言编写了相关的软件。软件采用模块化设计,性能可靠,可读性、可维护性强。

2 要求分析

2.1 功能

(1)开锁方式:为以下七种方式中的一种,在系统上电后人工选择。(1)常码PSW0及备码PSW1。两个密码都可独立开锁;PSW0可改自身;PSW1可改两者。(2)八个密码M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8。八个密码都可独立开锁;M2～M8只可改自身;M1可改所有的八个密码。(3)两个密码M1、M2。只有两个密码组合才能开锁。各自只能改自身。(4)三个密码M1、M2、M3。只有三个密码组合才能开锁。各自只能改自身。(5)四个密码M1、M2、M3、M4。只有四个密码组合才能开锁。各自只能改自身。(6)五个密码M1、M2、M3、M4、M5。只有五个密码组合才能开锁。各自只能改自身。(7)六个密码M1、M2、M3、M4、M5、M6。只有六个密码组合才能开锁。各自只能改自身。

(2)连续四次操作错误,锁按键并鸣叫报警;

(3)在密码锁关闭时,密码箱在振动时报警一段时间。可按解除报警密码解除报警;

(4)按键每按下一次,需有声光指示;

(5)操作时具有出错及正确指示;

(6)具有锁的状态指示;

(7)具有电池电压指示;

(8)操作规程:震动报警的复位:马上停下所有操作,按两次改码键,再输入正确解除报警密码,按确认键。改密码流程:输入旧密码--按改码键--输入新密码--按确认键。单密码开锁流程:输入密码--按确认键。组合密码开琐流程:输入密码A--按确认键--输入密码B--按确认键……。输入的密码正确且个数够就可开锁。

2.2 性能

(1)静态电流:<10u A;

(2)密码位数1～15位,具体要求如下:

首位:PSW0为0;PSW1为1;M1为1;M2为2;M3为3;M4为4;M5为5;M6为6;M7为7;M8为8;报警解除码为9。

初始值:PSW0为0;PSW1为1;M1为1;M2为2;M3为3;M4为4;M5为5;M6为6;M7为7;M8为8;报警解除码为9。

(3)各种信息指示方式如下:

(1)按键:蜂鸣器短促鸣响一下、同时红灯亮。

(2)出错:蜂鸣器1秒(同时红灯亮)、停0.5秒(同时红灯灭)、鸣1秒(同时红灯亮)。

(3)正确:蜂鸣器鸣3秒、同时红灯亮3秒。

(4)开锁状态:开锁灯亮表示锁是开着的。

(5)电池:灯亮表示电池电压低于5V,需更换。

3 软件设计

3.1 软件框图

由于篇幅所限,只给出程序初始化(图1)及方式1(图2)中有关报警码的详细框图。

在程序初始化阶段,最主要的任务有三个,按重要性的先后来进行处理,分别是:1、电池电压的检测;2、密码数据的校验及恢复;3、开锁方式的选择。关键是第2点,本文采用了所有数据都同时有3个存放区域(就是同时有三个同样的数据存放)的方法,在校验过程中比较这三个区域的是否相同,如果有两个相同一个不同,那就采用相同的数据为可信数据,并用它覆盖不同的那一数据区。当三个都不相同时,就指示并使数据区初始化为出厂设置值。

在上述的流程图中,为了达到低功耗的目的,关键点是需要时刻监测操作过程的连续性,如果连续30秒都没有下一个操作按键按下,就会假设操作者已离开,并当做该次操作流程没有发生,马上进入休眠状态,等待下一次激活。

3.2 软件编写

包括有主函数、按键中断函数、振动中断函数、按键扫描函数、I2C芯片读写函数等等。

下面给出按键扫描函数的源程序:

4 结语

本文中介绍的密码锁电控系统软件,由于采用模块化设计,已经被成功的移植到另一款多功能保险柜电控系统上。经过客户的长时间使用,程序运行良好,得到了客户的好评,目前已经小批量的应用到实际产品当中。

参考文献

[1]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京:北京航空航天大学出版社,2002.11:109～118

MSP430芯片 第2篇

【关键词】低功耗；430；蓝牙通讯

引言

随着人民生活水平的不断提高，人们对通讯的要求越来越高，表现在实时性，远程性，抗干扰性，而生活水平的提高让人们更加注重产品环保，节能的指标。本文拟在低功耗处理器MSP4305529硬件平台下，通过蓝牙的通讯协议，实时性的远程采集工厂车间的温度和湿度，用于工人可以远程实时监控室内温度，便利工人的操作，节省设备的功耗。

1.系统方案设计

传统的车间温度检测大多采用水银温度计，或者湿度计，这样的虽然设备准确度高，但是需要工人不断的去车间来回走动，降低了工作效率，而且车间操作的时候，人员的擅自进入会涉及更多的安全性问题，这些都是对一个企业的安全保障致命的考验。

该系统分为控制部分，也就是MSP430 5529芯片，与蓝牙模块相连接，实现数据的处理和传输，通过处理器对数据的筛选和处理获得必要的数据类型，传感器是最底层的硬件接受设备，本设计用DHT11作为温湿度接受设备，该传感器用I2C的传输协议，具有传输简单方便快捷，易于移植，准确度高的优点，而且同时集成了温度与湿度的采集，不需要连接两个传感器，方便连接。

2.系统主要功能的实现

2.1 蓝牙模块的收发实现

蓝牙模块与处理器相连接，首先需要确认蓝牙模块的地址，主机和从机通过制定的十六进制数据进行配对，配对完毕以后才能开始发送数据，HC-06蓝牙模块使用方便便捷，无需任何蓝牙协议，内部集成常用uart协议和蓝牙协议的转换，只需基本的uart串口协议即可通过HC-06发送接受数据，RX接口与处理器的TX接口相连，TX接口与RX接口相连接，通过串口发送数据到蓝牙模块，从机蓝牙模块发送给主机。

2.2 MSP430低功耗处理器的

MSP430系列单片机是美国Ti在1996开始在市场推广的16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（信号处理器混合）。

430系列编译中可以选择5种低功耗模式，LMP0，LMP1，LMP2， LMP3，LMP4，这五种低功耗模式，MSP430的3种低功耗模式分别对应了3个时钟（辅助时钟，主时钟，子时钟）的开启和关闭状态，当AM也就是正常工作的时候，三个时钟都正常工作，当低功耗工作模式0的时候 主时钟关闭，其余开启。当低功耗模式1的时候子时钟关闭，其余开启；当低功耗工作模式2的时候，辅助时钟开启，其余的都关闭。当工作模式2的时候功耗最低，根据数据手册功耗模式2的时候，供电的电压为1.8v，是最低功耗。进入低功耗模式选择的主要代码如下所示：

__bis_SR_register（LPM0_bits + GIE）；

GIE开启全局中断，当处理器处于低功耗休眠状态的时候，有中断就能实现唤醒，当没有中断发生，就会进入休眠，从而实现节约节能的目的。

3.数据结论

通过在不同的距离下，查看数据的实时性以及错误率的影响，通过100个数据的样本来查看差错率，分别以5米一个间隔，进行5个样本的分析，得到如下结果，如表1所示：

在5m距离时，数据延时性0.1s，数据错误率0%，10m距离时，数据延时性0.1s，数据错误率0%，在15m距离时，数据延时性0.2s，数据错误率0%，在20m距离时，数据延时性0.4s，数据错误率1%，在5m距离时，数据延时性0.5s，数据错误率5%。

本文通过蓝牙模块进行远程的湿度温度监测，通过数据结论看出，在0～20m以内数据的准确率非常好，在20m以后因为蓝牙协议ClassB的局限性有了较大的偏差，今后可以通过软件去校验与修正，在实时性方面通过系统秒表的实时记录可以得出25m之内的实时性也是非常好的，整体来说本次设计符合要求，在软件的修正校验上可以做更多的算法，让数据更精确更准确。

参考文献：

[1]FX系列微型可编程控制器，用户手册（通信篇）[Z].三菱电机自动化有限公司.

[2]卢海峰，江朝元，阳小光.基于串口通信的在线监测系统关键技术研究[J].仪器仪表学报， 2006， 27（s3）：2043-2044.

[3]艾红，王捷，厉虹，等.基于串行接口的汉字液晶显示模块应用与开发[J].液晶与显示，2006， 21（3）：254-259.

[4]庞军平，田梦君，陈华.基于串口通讯和多线程技术的应用软件开发[J].机械与电子， 2009（2）：46-49.

[5]卢海峰，江朝元，阳小光.基于串口通信的在线监测系统关键技术研究[C].全国信息获取与处理学术会议，2006.

[6]卢伟国，童明俶.基于蓝牙的无线数据采集系统[J].电测与仪表， 2002， 39（9）：26-29.

MSP430芯片 第3篇

陀螺仪作为惯性导航系统的核心元件, 其性能影响了系统的速度、位置及方位精度, 任何引起陀螺漂移的误差都将对系统产生影响。对用于舰船惯性导航系统的陀螺仪, 由于其工作时间长, 对陀螺的精度提出很高的要求。温度影响是光纤陀螺仪研制工作中的一个很重要的问题。光纤陀螺漂移的稳定性与温度之间存在很大关联, 外界环境温度的变动会导致光纤零点位置的漂移和标度因子的不稳定, 从而降低光纤陀螺的检测精度。这是由于构成光纤陀螺的核心部件对温度比较敏感, 因此温度问题己经成为光纤陀螺迈向工程化所面临的难题之一。

本课题研究的目的即设计一种高精度光纤陀螺仪温度控制系统, 使光纤陀螺中的光学器件、硬件电路、壳体等部件工作在恒定的温度环境下, 将光源等核心器件的工作环境温度调整到预定的范围, 达到稳定的工作波长和输出功率, 从而避免由于温度引起的光纤陀螺零点位置漂移和标度因子的不稳定。根据系统任务要求, 控制系统主要分为四大部分, 包括测温模块、数据处理模块、输入及显示模块、电源模块。本文设计并制作完成系统硬件电路和软件程序。

1 温度控制系统硬件设计

1.1 温度采集模块设计

温度采集模块主要由温度敏感元件、温度采集回路以及放大电路构成。通过测温电路的设计, 使系统能够实现高精度的温度测量, 且准确测量范围在0℃~50℃。系统的温度敏感元件选择铂热电阻, 温度采集回路使用双电桥电路实现测温。

(1) 双电桥测温电路分析

通过分析可知, 单电桥虽然灵敏度较高, 但测量结果误差较大, 且存在较大的非线性。双电桥测量小电阻的思想是在不平衡单电桥基础上改进提出的, 为提高电路的准确度, 采用改进电路连接的方式, 去除干扰。

由于电路要敏感铂电阻所在桥臂的低阻值变化信号, 于是降低Rn的阻值, 使得铂电阻和Rn的支路电流提高, 从而使得△Rx信号的电压变大。设计将R1/R2比值放大到100, 根据Rx=R1Rn/R2, 取Rn在10Ω左右, 这样Rn桥臂的接线和接触电阻对其产生的影响同样不可忽略。

对电路进行改进, 在Rx和Rn支路分别串联接入大电阻R3和R4, 如图一 (a) 所示。这样两条支路的接线和接触电阻就可忽略不计, 但同时Rx和Rn的电压也达到了可以忽略的程度。为使Rx和Rn中的电流增大, 将二者之间增加一个小电阻R0 (阻值为0.5Ω) , 如图一 (b) 所示。这样Rx和Rn两端的电压也就提高了, 但支路中接线和接触电阻所占的电压值也会相应的提高。使Rx和Rn均采用四线制的接法, 这样就可以完全消除引线电阻和接触电阻对电路的影响[6]。

受铂电阻限制电流影响, 要求通过铂电阻支路的电流不超过1.1m A, 采用将电源和电压输出端对调的方式, 使铂电阻与大电阻位于电源同侧从而降低其支路电流。最终双电桥测温电路如图二所示。

(2) 放大电路设计

放大电路采用精密低功耗仪表放大器INA118。增益电阻Rg的大小可由下式决定:

Rg=50kΩ/ (G-1) , 式中G为增益。

根据温控系统需求, 设定电路的基本测温范围为0℃~50℃, 则根据双电桥电路参数计算铂电阻最大变化时输出电压为23.6m V, 根据控制芯片中12位A/D转换模块参考电压为2.5V。设计放大电路参数增益为106, 计算得出电阻Rg=476.2Ω。因此, 为了避免在高增益时的接线电阻的影响, 使用一个1K的可调电位器来代替固定电阻。

使用Protel99SE绘制出温度采集模块电路图如图三所示。

1.2 数据处理模块设计

数据处理模块的核心器件为MSP430F449芯片, 主要完成温度信息的接收和处理、控制信号和实时温度值以及控制量的发送。

首先, 温度信息是由温度采集模块中放大器输出的, 是0~2.5V的模拟信号, 使用MSP430内部的12位A/D转换器将这些模拟量信号转换为数字信号进行处理。在设计硬件连接时单片机的A0~A7端口用来接收模拟信号, 由于系统设置六路采温, 因此只连接A0~A5。使用片内的12位A/D转换器, 能够分辨输入电压变化的最小值可达0.73m V, 完全可以满足系统的高精度设计需要。

其次, 控制信号的发出以及实时温度信息和控制量的发送都要用到MSP430的串行通信, 使用USART异步模式, 进行与RS232的通信。MSP430F449包含两个USART模块, 为系统设计提供了很大的方便。在设计时, 使用一个模块连接串口进行控制信号的输出, 使用另一个模块进行温度实时信息和控制信息的传送。

外围模块首先是电源器件, 设计采用低压线性稳压器TPS7333为单片机提供工作电源。另外, 在进行串口通信时需要接口驱动器件, 与上位机的通信接口RS232使用的驱动元件为MAX3232。数据处理模块电路图如图四所示。

1.3 输入及显示模块设计

输入及显示模块为用户提供人机交互界面, 可以从显示屏中实时地看到温度信息和控制信息, 也可以根据需要设置系统控制温度。

根据显示所需, 显示模块设计显示屏上要显示固定汉字、字母和数字, 每个汉字占用16×16点阵, 字母和数字占用16×8点阵。单屏可以显示出每一路的温度信息 (需要5个字符表示) , 因此要求能显示至少4行文字, 每行至少显示14个字母或数字。据此设计要求, 选用128×64点阵显示器。线路连接如图五所示。

1.4 电源模块设计

电源模块采用MORNSUN的DC/DC为系统内各模块供电。其中测温电路中的测温电桥设计电源为24V, 而放大电路INA118的供电电压为±5V;数据处理与显示存储模块由于单片机都设有稳压器, 所以对这两个模块只需要提供5V的电压即可。

设计选用12V直流电源为系统的输入电源, 使用Protel99SE绘制电源模块电路接线图, 如图六所示。

2 温度控制系统软件设计

由于系统将控制和显示模块分装在两片单片机内部执行, 因此系统的软件主要分成数据处理模块、输入及显示模块。

2.1 数据处理模块软件设计

(1) 主程序

模块的主要工作是上电后对系统初始化和构建系统整体软件框架, 其中初始化包括对单片机各功能引脚的初始化、中断初始化、计时器初始化、PWM初始化、A/D模块初始化和串口初始化等。然后等待温度设定, 若温度已经设定好了, 判断系统运行键是否按下, 若系统运行, 则依次调用各个相关模块, 循环控制直到系统停止运行。主程序模块的程序流程图如图七所示。

(2) 六路温度采集及数据处理程序设计

六路温度信号从单片机ADC模块接口A0~A5中采集进入ADC模块寄存器, 程序对六路温度信号分别设置数组, 将寄存器中的内容存入到初始温度值数组result[i]中, 当数据进入相应数组后, 对数组内的数进行求合运算, 将结果存入另一个数组Lasttemp[j]中, 执行后, 再对result[i]中的数据进行滤波, 以去除干扰。

设计采用复合滤波的方法, 去除采样信号中的最大值和最小值, 将剩下的数值求算术平均。具体程序流程为:执行子程序JUDGE1 () , 将result[i]数据中的较大值和较小值进行标定, 存入MAX[k]和MIN[k]中, 判断完毕后返回循环语句, 完成16次数据采集, 完成后, MAX[k]和MIN[k]中分别保留数组中的最大数和最小数, 测温结果求和后全部在Lasttemp[j]数组中。然后执行求平均值程序, 将数组Lasttemp[j]减去其中最大值和最小值, 结果除以14即得到每一路的平均温度值, 结果保存在LLtem[i]中, 完毕后对Lasttemp[j]数组清零, 以待存储下一次循环的数据采集信号。

(3) PID控制程序

离散化的PID表达式为:

式 (1) 中, k为采样序号;u (k) 为第k次采样时刻计算机输出值;e (k) 为第k次采样时刻输入的偏差值;e (k-1) 为第 (k-1) 次采样时刻输入的偏差值;kI为积分系数;kD为微分系数。

通常称上式为位置式PID控制算法。当执行机构需要的为控制量的增量时, 可以导出增量的PID控制算式。根据递推原理, 可得:

式 (2) 减去式 (1) 得:

由于一般计算机控制系统采用恒定的采样周期T, 一旦确定了kP, kI和kD, 只要使用前后3次测量值的偏差, 即可由上述公式求出控制量。

PID程序流程如图八所示。

2.2 输入及显示模块软件设计

系统用于显示实时温度信号及控制量信息、温度控制方式自动/手动选择、参数设置等。针对显示要求把整个系统设计成多级屏幕 (窗口) , 又设计成多级主菜单, 类似的功能放在一个主菜单下构成子菜单目录。通过分级, 使操作人员能很直观快速地找到自己当前需要的菜单项。液晶显示屏菜单界面设置如图九所示。

3 系统测试与数据分析

3.1 系统测试

在实验中, 使用一个活动端口接入可变电阻来带替铂电阻。系统调试主要完成对测温电桥的调整, 以验证其可用性。连接一路采温电路后, 使用数字式万用表对放大器输出信号进行测量。

实验时, 在活动端固定接入一个1K欧姆的精密电阻, 串联接入一个可调电阻, 改变输入电阻阻值, 每变化10欧姆, 对输出信号进行一次测量, 测试结果与Proteus仿真结果对比。

3.2 数据分析

将实验测试结果与仿真结果绘制曲线, 如图十所示。

从图中数据计算误差量得到, 平均误差为-0.00279V, 即测试结果可以精确到0.003V, 而温度变化1摄氏度引起的电压变化应该为0.048V。因此, 实验测试结果表明系统测温精度能够达到。

4 结束语

本文通过对光纤陀螺仪温度控制系统的软硬件设计分析, 根据设计指标完成系统精密测温的设计。在分析双电桥测量微小电阻值原理的基础上, 从线性度、准确度和灵敏度角度考虑, 通过研究改进, 完成了基于双电桥的精密测温电路的设计。并采用MSP430为系统主控制芯片, 实现系统的模块化设计, 使系统具有较强的数据处理能力和人机交互能力。最终通过实验证明, 系统可以实现高精度测温。

摘要：光纤陀螺漂移的稳定性与温度之间存在很大关联, 温度场的不均匀将影响光源稳定性等参数, 从而引起陀螺漂移;同时由于环境温度不均匀也会造成陀螺参数标定测试结果不准确。因此设计精密温控系统来保障光纤陀螺等精密惯性元件的工作环境, 对于提高陀螺精度具有重要的实际意义。本文以实际工程为背景, 设计光纤陀螺仪温度控制系统, 以模块化的设计实现工作环境温度的精密控制。本系统具有较强的通用性, 模块化的设计可使系统便于安装和调试, 最终能够使系统测温精度达到要求。

关键词：MSP430芯片,模块化,精密测温,PID控制

参考文献

[1]沈建华, 杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

[2]钱能.C++程序设计教程[M].北京:清华大学出版社, 2003.

[3]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003.

[4]方彦军, 程继红.检测技术与系统设计[M].北京:中国水利水电出版社, 2007.

MSP430芯片 第4篇

本系统主要由核心控制电路 (单片机) 模块、功率控制模块、电压, 电流采样模块、运放比较模块, LCD显示电路, 电源模块组成。

2 设计原理

系统原理图如下:

放大电路放大倍数的计算:

其中R13=R14=10K RV1=R13R14则U0=2Ui

3系统分析计算

3.1模拟负载模块:

通过单片机, 先经DAC5571输出电流量, 然后通过运放放大电流信号。通过三极管集级电流控制直流负载电流。通过采样电阻将电流量转化为电压量然后将电压输入给单片机, 单片机采集电压信号然后按比例显示电流量。通过采样的电压量控制DA输出, 保持负载电流恒定。

3.2 模数转化部分:

在电压电流采样电路中我们采用DAC5571作为D/A转换器。DAC5571是一个低功耗, 单通道, 8位缓冲输出电压DAC。地址支持两个DAC5571。

3.3 电压与电流采集模块

电流采样通过采样电阻与三极管串联, 将电流量转化为电压量。将电压输入给单片机, 单片机经内置AD, 将采集的电压按比例转化为电流量显示。在直流负载两端并接分压电阻网络, 然后分压量接入单片机AD, 将采集的电压量按比例显示为负载两端电压。

3.4 过压保护模块

负载两端并上两个电阻, 分压之后连接到同相比较器正端。比较器负端为稳压二极管, 当负载电压超过18V时, 分压电压与负端电压比较后产生高电平, 引发单片机中断, 单片机控制保护负载。

4 软件程序设计

4.1 程序功能描述

1) 键盘实现功能:设置电流值及步进大小。

2) 显示部分:显示电压值, 电流值, 步进值。

3) CPU:控制AD转换

4.2 主程序流程图

5 结束语

本系统选用MSP430单片机。整个系统硬件简单、可靠, 体积较小, 成本较低。本系统为制作简易直流负载提供了一种方法, 具有较好的应用价值。

参考文献

[1]《MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用》沈建华, 杨艳琴, 翟晓

[2]胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社, 2002

基于MSP430的频率计设计 第5篇

硬件部分:核心处理芯片为MSP430G2231, 电源由LM1117_3.3稳压芯片提供, 显示部分由12864液晶对频率值进行实时显示。

软件部分:单片机的I/O中断和定时中断, 液晶的驱动和显示。

整体方案可概括为:被测信号经过调理电路整形, 变成合适的脉冲信号输入单片机, 单片机通过I/O中断和定时器检测信号的频率, 最后通过液晶屏显示出来。

2 硬件设计

2.1 最小系统板

采用TI公司出品的MSP430G2系列Launchpad, 其基于USB的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xx器件开发应用所必需的所有软、硬件。具体来说:LaunchPad具有以下特性:

(1) USB调试与编程接口无需驱动即可安装使用, 且具备高达9600波特的UART串行通信速度。

(2) 支持所有采用PDIP14或PDIP20封装的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件。

(3) 分别连接至绿光和红光LED的两个通用数字I/O引脚可提供视觉反馈。

(4) 两个按钮可实现用户反馈和芯片复位。

(5) 器件引脚可通过插座引出, 既可以方便地用于调试, 也可用来添加定制的扩展板。

(6) 高质量的20引脚DIP插座, 可轻松简便地插入目标器件或将其移除。

2.2 电源部分

通过LM1117-3.3稳压芯片将外部电路5V电压转化为3.3V, 给MSP430提供电源。

2.3 信号调理部分

用迟滞比较的方法, 将输入信号转化为脉冲信号, 同时将正弦波通过波形变换整形电路样转换成可被单片机识别的TTL信号, 让单片机进行频率测量。迟滞比较器具有迟滞回环传输特性。只要在反相输入单门限电压比较器的基础上加入正反馈网络, 就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。由于反馈的作用, 这种比较器的门限电压随输出电压的变化而变化, 所以它的灵敏度较低, 但其抗干扰能力却大大提高。迟滞比较也是一种单限比较器。对于这种比较器, 如果输入信号在门限值处有微小的波动, 则输出电压也会出现波动, 加入正反馈就可以克服这个缺点。

2.4 显示部分

采用12864液晶屏显示检测信息, 它可以显示8×4行16×16点阵的汉字。相比于其他液晶模块, 它的硬件电路和软件设计相对都更为就简单, 价格也更加低廉。因为单片机的输出电压为3.3V, 而12864液晶需要5V的电压驱动, 所以还需设计电压转化电路。最后将5V输出与12864液晶的控制脚相连, 通过单片机控制液晶屏的显示。

3 软件设计

3.1 方案论证

在单片机应用系统中, 经常要对一个连续的脉冲波频率进行测量, 使用单片机测量频率通常是利用它的定时/计数器来完成的, 测量的基本方法和原理有以下两种。

(1) 测频法:在限定的时间内 (如1s) 检测脉冲的个数。

(2) 测周法:测试限定的脉冲个数之间的时间。

这两种方法尽管原理相同, 但在实际使用时, 需要根据待测频率的范围、系统的时钟周期、计数器长度, 以及所要求的测量精度等因素进行全面、具体的考虑, 寻找和设计出适合具体要求的测量方法。

在具体频率的测量中, 需要考虑和注意的因素有以下几点:

(1) 系统的时钟。首先测量频率的系统时钟本身精度要高, 因为不管是限定测量时间, 还是测量限定脉冲个数的周期, 其基本的时间基准是系统本身时钟产生的。其次是系统时钟的频率值, 因为系统时钟频率越高, 能够实现频率测量的精度也越高。因此, 本设计测频使用的是外部晶体组成的系统振荡电路。

(2) 所使用的定时/计数器的位数。测量频率要使用定时/计数器, 定时/计数器的位数越多, 可以产生的限定时间越长, 或在限定时间里记录的脉冲个数越多, 故也提高了频率测量的精度。因此, 本设计采用的是MSP430G2231内部的16位定时/计数器。

(3) 被测频率的范围。频率测量需要根据被测频率的范围选择测量方式。当被测频率的范围比较低时, 最好采用测周期的方法测量频率。而被测频率比较高时, 使用测频法比较合适。由于该频率计受外部信号调理电路一些器件的限制, 只能测低频信号, 所以采用测周法。

该频率计最终可以实现对低频信号的精确测量, 并把测量值显示出来。

3.2 初始化模块

需要初始化的内容包括初始化时钟、看门狗的关闭、定义端口和显示屏的初始化。

3.3 中断检测模块

开定时溢出中断和I/O中断, 然后使能中断, 计数器开始计数, 进入溢出中断后, 让溢出次数加1。当检测到上升沿时, 进入I/O中断, 通过两次中断之间的计数值之差计算频率值。如果频率较大时, 数值之差较小, 所以产生的误差较大, 因此需统计多个周期的计数值, 最后求和再算平均数, 这样计算出的频率就更加精确。本方案中统计了100个周期的计数值。

3.4 液晶显示模块

首先由12864液晶屏的原理编写出驱动程序, 然后在主循环中调用显示屏的驱动程序, 将需要文本和数据安排在合适的位置, 即可实现重复刷新显示。

4 结语

基于MSP430的个人追踪定位器 第6篇

GPS个人定位器是将G PS全球卫星定位系统和GSM全球移动通讯系统短信服务相结合的一套综合的定位、监控解决方案, 可实现对移动目标全天候的监控功能。它接收卫星发来的定位数据, 通过免费的Google earth地图就能对远程目标进行定位或监控;利用GSM系统的短消息功能来进行数据传输, 响应。

1 系统设计

如图1所示, SIM卡及G PS模块通过UART串口连接到MSP430处理器。SIM卡可接收来自GSM公网的短信, 经过MSP430处理器处理解析完成相应的操作。GPS模块接收来自卫星的数据, 经过数据提取和处理后通过SIM卡以短信的形式将定位器所处位置的定位信息发送到指定的手机。下面对该系统所使用的主要模块做一个简介。

1.1 MCU微控制模块

采用美国TI公司的16位精简指令集超低功耗的混合型单片机MSP430。该型单片机具有高达16MHz工作频率、32KB FLASH存储、休眠状态0.3μA的超低功耗、2个16位的定时器、各种丰富的片上资源, 以及支持在线编程。

1.2 GPS模块

采用美国SiRF star III高灵敏度芯片。该型芯片可以同时接受20颗卫星信号, 定位精度可达10m以内, 具有超高灵敏度高达159dbm。内建锂电池, 帮助第二次快速定位, 內建被动式天线和放大器、滤波器。

1.3 SIM模块

采用SIMCOM的SIM300C模组, 该型号支持三频GSM/GPRS 900/1800/1900MHz;工业级标准, 内嵌强大的TCP/IP协议栈;支持符合GSM07.07/07.05规范的和增强A T命令。

2 软件设计

2.1 开发环境

使用IAR公司的集成开发环境IAR Embedded Workbench嵌入式工作台及调试器C-SPY。IAR Embedded Workbench提供一个嵌入式开发的完整集成环境, 包括编辑、编译、连接、调试软件, 主要支持8到16位处理器。支持对标准C兼容;内建对应芯片的程序速度和大小优化器;版本控制和扩展工具支持良好;便捷的中断处理和模拟。可以生成节省空间并且稳定可靠的可执行代码。

2.2 个人定位器固件

实现接收用户短信指令并解析, 从GPS数据中提取有效的坐标数据和坐标数据的短信发送等主要功能。

程序上电即对GPS模块, SIM卡模块进行初始化, 初始化成功后进入低功耗的LPM3模式。该模式下时钟系统中只有低频晶振的振荡器保持活动, 故MCLK、SMCLK都被停止, 仅留ACLK保持活动。此时功耗仅为1μA, 是最常用的低功耗模式。若接到用户的短信操作指令, 即UCA1发生接收中断, 就可唤醒系统再根据指令执行相应的操作。处理完毕后, 继续进入低功耗LPM3模式以省电。

3.3 GPS数据格式

该个人追踪定位系统定位所采用的数据, 提取自GPS全球定位系统卫星输出。SIRF III所输出的GPS数据采用NMEA-0183标准格式, 其标准格式为:

$GPGGA:起始引导符及语句格式说明 (本句为GPS定位数据) 。

<1>U T C时间, 格式为h h m m s s.s s s;<2>纬度, 格式为ddmm.mmmm (第一位是零也将传送) 。

<3>纬度半球, N或S (北纬或南纬) <4>经度, 格式为dddmm.mmmm (第一位零也将传送) 。

<5>经度半球, E或W (东经或西经) <6>定位质量指示, 0=定位无效, 1=定位有效。

<7>使用卫星数量, 从00到12 (第一个零也将传送) <8>水平精确度, 0.5到99.9。

<9>天线离海平面的高度, -999 9.9到9999.9米M指单位米。

<1 0>大地水准面高度, -9 9 9 9.9到9999.9米M指单位米。

<11>差分G PS数据期限 (R TC M SC-104) , 最后设立RTC M传送的秒数量。

<12>差分参考基站标号, 从0000到1023 (首位0也将传送) 。*语句结束标志符。

xx从$开始到*之间的所有A SC II码的异或校验和回车换行。

在每一帧GPS输出数据中按此格式标准提取指定的字符串就可以得到有效的坐标数据, 例如本系统定位过程中所收到的GPS定位信息如下所示:

其中第2、3、4、5段字符串就包含了当前坐标:北纬30度46.9050分, 东经103度55.1427分, 该定位位于四川成都。

3结语

使用MSP430系列单片机可以使得上述系统很容易的以低功耗实现, 从来具备实际使用价值。

参考文献

[1]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京航空航天大学出版社.

[2]胡大可.MSP430系列单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社.

[3]谢楷, 赵建.MSP430系列单片机系统工程设计与实践[M].机械工业出版社.

[4]SIM300C_ATC_V1.03.数据手册.

[5]MSP430x2xx.系列中文资料.

浅析MSP430单片机及外围模块 第7篇

MSP430系列单片机可以分为以下几个系列:X1XX, X2XX, X3XX, X4XX等等而且还在不断发展, 从存储器角度又可分为ROM (C型) 、OTP (P型) 、EPROM (E型) 、Flash Memory (F型) 。系列的全部成员均为软件兼容可以方便地在系列各型号间移植。MSP430系列单片机的M C U设计成适合各种应用的16位结构。它采用“冯-纽曼”结构, 因此R A M、R O M和全部外围模块都位于同一个地址空间内。

2 外围电源电路、时钟模块、接口电路

2.1 电源电路

由于MSP430系列单片机的工作电压一般是1.8V~3.6V, 并且功耗极低, 因此选用TI公司的TPS76033作为电源芯片。该电源芯片输出电压为3.3V, 电流为50mA, 完全能满足大多数低功耗应用场合的要求, 也能满足本系统的功耗要求。

TPS76033特性参数:

(1) 50mA的低压差稳压器。

(2) 提供1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V的可调电压。

(3) -40°C至125°C的工作结温度范围。

(4) 关机时小于1μA的静态电流。

(5) 在50mA是典型的压差是120mV。

(6) 输出短路保护。

2.2 MSP430F449时钟模块

MSP430系列单片机提供了几种不同的时钟信号和时钟系统, 以适应不同的应用场合。用户可以根据需要, 选择合适的系统时钟频率。同时系统也提供了1种活动模式和5种低功耗工作模式, 以供用户选择使用。

时钟模块:MSP430的时钟模块由低速晶体振荡器LFXT1、高速晶体振荡器XT2、数字控制振荡器D C O、锁相环F L L和增强型锁相环FLL+等部件组成。

MSP430F4XX系列的时钟模块中使用了增强型锁频环技术FLL+, 时钟模块同样有DCO、LFXT1振荡器和LFXT2振荡器, 硬件可自动调整DCO频率, 支持时钟配置的超低功耗应用, 可以在低频振荡器的驱动下得到较高的稳定频率。

2.3 MSP430系列单片机JTAG接口电路

MSP430F449是FLASH型器件, 内建多达64KB容量的FLASH存储器。调试者可以通过JTAG接口将编辑好的程序从PC机上直接下载到FLASH内, 然后再通过PC机上的软件由JTAG接口读取单片机片内信息, 实时监测单片机上运行的程序, 甚至可以设置断点进行在线调试。

3 外围ADC12模/数转换模块

3.1 模拟多路器

MSP430ADCl2配置有8路外部通道与4路内部通道。通道A0~A7实现外部8路模拟信号输入, 4路内部通道可以将Ve R E F+、VREF-/VeREF-、 (AVcc-AVss) /2以及片内温度传感器的输出作为待转换模拟信号输入。12路通道共用一个转换内核, 当需要对多个模拟信号进行采样转换时, 模拟多路器分时地将多个模拟信号接通, 每次接通一个信号进行采样转换, 这样就能实现对12路模拟信号进行测量和控制。MSP430很多系列的ADCl2内嵌温度传感器, 片内温度传感器的输出送到ADCl2的通道10, 对其进行模/数转换, 进而可以测量芯片内的温度。将VeREF+、VREF-/VeREF-、 (AVcc—AVss) /2作为ADCl2的输入信号, 可以用于ADCl2的自检、校验和诊断。

3.2 参考电压发生器

MSP430ADCl2内置参考电源, 可通过编程选择6种参考电压, 分别为VR+与VR-的组合。其中, VR+有三种选择:AVcc (模拟电压正端) 、VREF+ (A/D转换器内部参考电源的输出正端) 和VeREF+ (外部参考源的正输入端) ;VR-有两种选择:AVss (模拟电压负端) 和VREF-/VeREF- (A/D转换器参考电压负端——内部或外部) 。ADCl2可以通过控制寄存器ADCl2CTL0、ADCl2MCTLx来设置参考电压发生器的工作方式。

3.3 具有采样与保持功能的1 2位转换器

ADCl2内核是一个12位的模/数转换器, 该内核使用两个可编程的参考电压 (V+和V-) 定义转换的最大值和最小值。当R输入模R拟电压等于或高于VR+时, ADCl2输出满量程值0FFFH, 当输入电压等于或小于RV-, ADCl2输出0。输入模拟电压的最终转换结果满足公式:

其中, VIN等于输入模拟电压, RV+为参考电压的正电压, V-为参考电压的负电压 (一般为0V) 。为了保证转换精度, ADCl2内核具有采样和保持功能, 即使现场模拟信号变化比较快, 也不会影响ADCl2的转换。

3.4 采样及转换所需的时序控制电路

采样及转换所需的时序控制电路用来提供采样及转换所需要的各种时钟信号。在时序控制电路的指挥下, ADCl2的各部分才能够协调工作。

3.5 转换结果缓冲器等功能模块的构成

ADCl2共有12个转换通道和16个用于暂存转换结果的转换存储器, 通过控制位C S S T A R T A D D定义转换存储的首地址, ADCl2硬件会自动将转换结果存储到相应的A D C 1 2 M E M存储器中。每个转换存储器A D C l 2 M E M X都有自己对应的控制寄存器ADC12MCTLX, 以控制各个转换存储器选择基本的转换条件。

3.6 ADC12部分包括了4类寄存器:

(1) 转换控制寄存器; (2) 转换存储控制寄存器; (3) 中断控制寄存器; (4) 转换存储寄存器。

4 MSP430系列单片机的通用串行通信模块

4.1 串行通信模块概述

通信是系统与外界联系的重要手段, MSP430系列的每种型号均具有串行通信功能, 片内具有USART模块的MSP430单片机同时还能实现两种通信协议, 即UART异步通信协议和SPI同步通信协议。这两种通信协议的硬件是通用的, 经适当的软件设计, 这两种通信方式可以交替使用。

4.2 串口通信接口电路设计

大多数MSP430系列单片机可通过USART硬件直接实现串行通信功能, 该硬件模块包括波特率、接收、发送、接口等四部分, 分别完成控制串行通信数据接收和发送速度、接收数据、发送数据和完成并/串、串/并转换等功能。由于系统电平之间不同的关系, 因此, 在线路中加入MAX232驱动器, 以完成串行通信。M A X 2 3 2芯片是由德州仪器公司 (Texas Instruments) 推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口RS232电平是-10v~+10v, 而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0~+5v, MAX232就是用来进行电平转换的, 该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。通信框图如图1所示。

参考文献

基于MSP430的低功耗流量计 第8篇

低功耗系统的关键在于对器件的选择和电路的设计。在选择器件时,应尽可能地实现全CMOS化的硬件设计,CMOS器件的功耗由静态和动态功耗组成

从式(1)可知,对系统功耗影响最大的是电源电

压,其次是工作频率,再次是负载电容。因负载电容一般是不可控的,故在不影响系统性能的前提下,设计一个低功耗的单片机系统主要有两种途径:(1)尽可能降低工作电压。(2) 降低时钟频率。在电路设计方面,主要是进行单片机低功耗方式的唤醒电路,外围功耗控制接口及电源管理电路的设计[2]。

1 硬件设计

系统主要实现了对脉冲信号及温度与压力信号的检测、处理、存储、显示和输出等功能。系统硬件组成框图如图1 所示。

1. 1 MCU的选择

经比较,MCU采用了美国TI公司推出的一种16位超低功耗混合信号处理器MSP430F149。其将许多模拟电路外设和常用数字模块集成在芯片内部[3]。通常对于一般实际应用单芯片便完全满足要求,这样可降低外围控制电路的复杂性,节约PCB空间,同时也降低了设计成本及系统功耗,且提高了系统的可靠性。

1. 2 电源电路

系统电源由一枚标称电压为3. 6 V的锂电池提供,为提高电源转换效率,降低模拟部分功耗,系统设计了两级电压转换。图2 为第一级电压转换电路[4]。

第一级电压转换通过增强型LBI步降DC/DC转换器或LDO,将电池电压转为2. 7 V,并提供给单片机等数字电路部分。其中,DC/DC转换器与LDO之间的切换通过DC_on信号实现,并且设置DC/DC转换器的输出电压略高于LDO的转换输出电压。图3 所示为DC_on信号的生成电路。

图3 中,U1为电压检测芯片,当电池电压>3. 3 V时,其复位输出引脚为高电平,反之则为低电平;Run为单片机工作状态的通知信号,当单片机正常工作时,该信号为高电平;当单片机处于休眠状态时,该信号为低电平。Run信号与U1的复位输出信号分别连接至由BAT54C搭建的简单“或门”的两输入端。“或门”的输出信号即为DC_on信号。于是,在电源电压> 3. 3 V或单片机正常工作时,DC_on信号为高电平,选通DC/DC转换器,LDO则因DC / DC转换器的输出电压高于其输出电压设定值,其内部自动停止转换。反之,当电源电压<3. 3 V或单片机休眠时,DC_on信号为低电平,DC/DC转换器停止转换,LDO输出转换电压。

图4 所示为第二级电压转换电路,通过LDO将第一级输出电压转换为2. 5 V,提供给信号调理等模拟电路部分。通过二级电压转换,降低了模拟部分的供电电压,在一定程度上节省了系统功耗。

1. 3 温压补偿电路

在实际的工作环境中,温度与压力的变化范围和变化速率均有限,因此可用间歇采样取代实时采样,以节省系统功耗。在采样间歇,利用单刀双掷(Single -Pole Double - Throw,SPDT) 从电压上位端切断恒流源供给,如图5 所示。

图5 所示即为温压补偿模块中使用的可控恒流源。U10为SPDT,单片机的温压补偿使能信号Temp EN连接至其数据输入IN端,当Temp EN为低电平时,其常闭端NC与公共端COM导通,切断温压补偿模块的电压供给;当Temp EN为高电平时,其常开端NO与公共端COM导通,提供温压补偿模块的电压供给。恒流源电流设计为400 μA,且初步设计为10 min补偿一次,这样恒流源的平均功耗约为1 μA。选用在电压上位端断开电压供给主要是因为SPDT始终存在内阻,若将其连接至电压下位端,则必然抬升该部分的低电平,引入干扰;而将其连接至电压上位端,只需上位端电平复合稳压芯片的工作条件,便不会对电路造成影响。

2 软件设计

在一个完整的低功耗系统中整个系统的低功耗实现上,软件设计也起着关键作用[5]。

在单片机测量系统中,CPU的运行时间是决定系统功耗大小的关键因素之一,因此需尽可能缩短CPU的工作时间,合理设计MSP430 的工作模式是降低系统功耗的关键。为了充分利用MSP430F149 的低功耗性能,可让CPU工作于突发工作状态,即在系统完成初始化以及读取完历史数据后使单片机进入低功耗模式3,在此模式下单片机的外围功能可进行正常工作,当有外部中断产生时,单片机由低功耗模式转入活动模式,并在较短时间内完成对信息或数据的处理,然后再进入低功耗模式3[6,7]。图6 为系统的主程序流程图。

3 测试与实验

为方便测试,模拟随着电池电量衰减而逐步降低的电池电压,选用安捷伦E3631 线性电源,其输出电压值可精确到1 mV。测试系统功耗,选用恒河CA100 小型校验仪,其测量电流可精确到1 μA。

针对系统进行整体测试,当输入电压>3. 3 V,单片机完全运行时,消耗电流约为4. 75 mA;单片机休眠时,消耗电流约为370 μA。当输入电压<3. 3 V,单片机完全运行时,消耗电流约为390 μA。通过以上数据,计算得系统消耗的平均功耗约为470 μA。

4 结束语

为满足设计要求,系统从硬件设计到软件实现均进行了多方面的处理。在硬件设计中,根据降压型DC / DC与LDO在不同工况下的转换效率各有优劣,在电源转换模块中设计了切换电路,保证了第一级电压转换效率优于80%。同时根据温度与压力补偿的实际变化情况,在温压补偿模块设计了开关可控的恒流源,进一步降低了系统的功耗。软件实现中,采用模块化设计,提高了单片机的运算速度,大幅降低了功耗。而单片机根据自身的工作状态和温压补偿的实际需求,向硬件电路发送控制信号,使硬件设计中的各种节能措施得以实现。通过以上措施,系统的平均功耗降低了470 μA,适用于电池应用场合。

摘要：针对某些应用场合由于没有外部电源供电或使用导线引用电源费用较高的问题,文中设计了基于MSP430F149的低功耗流量计,主要完成了流量计的硬、软件的低功耗设计。系统电源设计为两级转换,第一级转换过程,根据压降型DC/DC与LDO在不同情况下转换效率各有优劣,故设计了逻辑判断选择电路。第二级转换过程,利用LDO降低模拟部分供电电压,节省了功耗;此外,系统的温度和压力补偿模块,则采用间歇采样模式。在采样间隙,利用单刀双掷从电压上位端切断恒流源供给,从而降低了系统功耗。通过上述措施,使得系统平均电流为470μA,符合电池供电的设计要求。