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#30340;运行,由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发.这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器,而不需要仿真器和编程器.开发语言有汇编语言和C语言. 4,适应工业级运行环境:MSP430系列器件均为工业级的,运行环境温度为-40℃～+85℃,所设计的产品适合运行于工业环境下.1.3MSP430单片机与51系列单片机的比较 首先,89C51单片机是8位单片机,其指令是采用的被称为"CISC"的复杂指令集,共具有111条指令.而MSP430单片机是16位的单片机,采用了精简指令集(RISC)结构,只有简洁的27条内核指令,大量的指令则是模拟指令,众多的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算.这些内核指令均为单周期指令,功能强,运行的速度快. 其次,89C51单片机本身的电源电压是5伏,有两种低功耗方式:待机方式和掉电方式.正常情况下消耗的电流为24mA,在待机状态下,其耗电电流仍为3mA,即使在掉电方式下,电源电压可以下降到2V,但是为了保存内部RAM中的数据,还需要提供约500uA的电流.而MSP430系列单片机在低功耗方面的优越之处,则是89C51系列不可比拟的.正因为如此,MSP430系列单片机更适合应用于使用电池供电的仪器,仪表类产品中. 再者,89C51系列单片机由于其内部总线是8位的,其内部功能模块基本上都是8位,虽然经过各种努力其内部功能模块有了显着增加,但是受其结构本身的限制很大,尤其模拟功能部件的增加更显困难.MSP430系列其基本架构是16位的,同时在其内部的数据总线经过转换还存在8位的总线,在加上本身就是混合型的结构,因而对它这样的开放型的架构来说,无论扩展8位的功能模块,还是16位的功能模块,即使扩展像模/数转换或数/模转换这类的功能模块也是很方便的.这也就是为什么MSP430系列产品和其中功能部件迅速增加的原因. 最后,就是在开发工具方面.对于89C51来说,由于它是最早进入中国的单片机,人们对它再熟悉不过了,再加上我国各方人士的努力,创造了不少适合我们使用的开发工具.但是如何实现在线编程还是一个很大问题.对于MSP430系列而言,由于引入了FLASH型程序存储器和JTAG技术,不仅使开发工具变得简便,而且价格也相对低廉,并且还可以实现在线编程.
1.4本文的主要工作内容
首先是硬件设计.
硬件是整个设计的基础,每个硬件都有它自身的特点,这些特点决定了它在应用程序上的差异.
熟悉微控制器,了解存储器.要知道存储空间是什么结构的,是冯一纽曼结构(数据,代码的地址数据线是复用的)还是哈佛结构(地址数据线是分开的),数据,代码存放特点,方式等.只有在对基本概念明晰的情况下,用起来才能得心应手.
掌握微控制器的内部外围模块.如与微控制器集成在一个芯片上的Timer_B的工作方式,控制寄存器的作用,如何设置等.对于将要扩展的外围模块,应了解其典型应用电路,以便进行最优设计.
其次是系统软件设计.
在所选硬件确定下来之后,就应了解各芯片的控制时序.其中尤其注意各条指令之间的延时.因为C语言不同于汇编,汇编一条指令的执行时间很容易根据指令周期算出来,对于C语一言还需要测试.
在整个设计过程中,应充分考虑抗干扰性及复位功能.
即使是精心设计好的系统,也摆脱不了除电源波动外的其它一些故障,如错误代码,不正确的时钟信号或响应不良的外设,都会使微控制器脱离正确的操作代码或进入死循环.当处理器脱离正常的指令流程时,无法判断自身所处的工作状态并重新启动.这就需要通过自动或手动复位来实现.
本课题设计主要研究MSP430单片机.具体要做的是:在MSP430单片机上,扩展键盘显示接口,领悟晶振的布局要领,电压转换电路,A/D,D/A转换以及复位电路的设计.通过软硬件的设计最终制成PCB板,丰富实验室的建设和方便学校的教学工作.
在工程设计中,有诸多变量,排量和压力是其两个最重要的参数.为保证工程工作过程安全可靠的运行,必须对排量和压力进行检测.为此,我们设计了一种基于16位单片机的数据采集系统.该系统可在工作现场自动完成排量,压力的采集,分析及数据处理工作,实现实时显示,并对工作过程的运行状态进行连续检测,将采集的数据传送给微机.
2总体设计分析
2.1硬件系统总体设计
2.1.1硬件系统框图(如图2-1)
图2-1硬件系统框图
2.1.2硬件系统框图中各部分描述
1,电源部分
为整个系统模块提供所需电源,和基于89C51单片机系列所设计的系统不一样的是,本系统各个器件所需电压为3.3V.因为MSP430系列单片机的供电电压只有3.3V.
2,显示,键盘模块部分
键盘显示是进行人机交互的重要手段.在按键的同时,显示模块会有相应的数值显示,用户可以读出相关的信息.
3,复位电路部分
用来对系统进行复位,复位电路给系统调试带来方便.
4,串行接口电路部分
随着计算机系统的应用和微机网络的发展,通信功能越来越显的重要.这里所说的通信是指单片机与外界的信息交换.这里设置串口是方便对单片机进行读和写.用的MAX3221EAE串口芯片,能很方便的与微机和外设等进行串口通信.
5,模数转换A/D
本系统内置一块16位的模数转换芯片,在系统中可以直接使用.当然用户也可以自行在外部扩展更高精度的转换芯片.
6,数模转换D/A
本系统还内置了一块16位的数模转换芯片,它可以直接用来输出各种波形信号和音频信号等,也可以作为精密系统的控制电平.
7,仿真电路部分
因本系统使用的MSP430F169单片机是FLASH型.本系统设置仿真电路JTAG接口用于实现ISP(在线编程),对FLASH等器件进行编程.
8,电平转换电路
因本系统使用的单片机的供电电压是3.3V,而很多模拟器件的供电电压都是5V,所以就存在3.3V到5V电路混用的情况.本系统设置电平转换电路解决电路混用造成的问题.
9,晶振电路部分
晶振电路中提供了高速和低速两个晶振电路,可给单片机内部的不同模块输出3种不同频率的时钟.用户可用高速晶体产生频率较高的MCLK供给CPU以满足高速的数据运算的需要,也可以在不需要CPU工作时关闭高速晶体,而对于实时时钟可用低速晶体产生频率较低的ACLK.
2.2软件系统总体设计
MSP430的开发软件较多,本文采用IAR公司的集成开发环境———IAREmbeddedworkbench嵌入式工作台以及调试器C-SPY.本文所设计的程序包括主程序和中断程序两部分.主程序对单片机进行初始化,定义单片机时钟和输入输出端口设置等工作.
主控单元的软件设计主要包括键盘扫描任务,液晶显示模块任务,D/A和A/D转换模块任务,UART通信模块任务等.
3硬件器件的选择
3.1单片机的选择
微处理器是整个电路的核心器件,其性能的优劣直接影响和决定着系统的功能指标.本系统采用MSP430F169单片机.
MSP430F169具有丰富的片内外设,是一款性价比极高的单片机,利用它作系统的控制核心,不仅极大地简化了系统硬件电路,还大大提高了系统的性价比.MSP430单片机集中体现了现代单片机先进的低功耗设计理念,其时钟系统提供了丰富的硬件组合形成.它包括一个片内DCO和两个晶体振荡器,可以产生三种系统适用的时钟信号,支持六种工作方式,有五种低功耗模式,可以通过软件对内部时钟系统进行不同设置来控制芯片,使它处于不同工作方式,从而使整个系统达到最低的功耗并发挥最优的性能.
3.2电源电路器件
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