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为低电平,单片机读取列线的状态就可以判断哪个键被按下.4.7串口通信电路硬件设计
MSP430中的单片机大多数都有串口模块,因此实现单片机与PC机通信一般采用串口实现.由于单片机的电平与PC串口的电平不一致,因此需要进行接口转换.本系统采用SP3220或MAX3221芯片来实现接口转换.如图4-10为系统框图.
图4-10串口通信框图
与单片机的接口相对简单,主要是串口的设计.串口的连接图如图4-11.
图4-11串口电路设计图
从图中可以看出,通过一个上拉电阻将/SHDN管脚拉高,使芯片一直处于工作状态,也可以通过单片机控制来控制该管脚,工作的时候将管脚设置为高电平.需要低功耗的时候将该管脚设置为低电平,这样很容易实现控制.在上面的连接图中,在管脚C1+,C1-,C2+,C2-,V+和V-分别放置0.1uF的电容实现充电作用,满足相应的充电泵的要求.管脚T1OUT,T1IN,R1OUT和R1IN分别是RS232转换的输入/输出管脚,实现单片机的TTL电平与上位机的接口电平转换.考虑到减小电源的干扰,还需要在芯片的电源输入管脚加一个0.1uF的电容来实现滤波,以减小输入端受到的干扰.
4.8A/D转换电路
【方案一】:此方案的设计原理图如图4-12所示为模拟量采集的具体电路.
该电路主要考虑模拟前端为传感器,从传感器送来的是标准信号,即4mA到20mA,只要前端接不同的传感器就可以采集不同的信号源.该采集电路通过一个电阻将电流信号转换为电压信号,这里采用精度为1%的高精度电阻来提高采集精度.电路中二极管作为ESD保护电路,采用电容进行滤波处理,增加采集电路的抗干扰能力.但是该电路的不足之处在于不能对模拟信号进行放大,不能检测微弱信号.
图4-12A/D转换电路方案一电路图
【方案二】:检测外部模拟信号的传感器输出的信号通常是很微弱的,有的是皮安量级.对这些能力过于微弱的信号,既无法直接显示,一般也很难作进一步的分析处理.一般必须把他们放大到数百毫伏级,才能用数字式仪表或传统的指针式仪表显示出来.若对信号进行数字化处理,则须把信号放大到数伏量级才能被一般的模数转换器所接受.
该方案的电路图设计如4-13,该方案具有放大作用弥补了方案一的不足.
图4-13A/D转换电路方案二电路图
本方案所使用的OPA333具有放大作用,将所采集的模拟信号A1经过放大和滤波,输出放大的模拟信号即图中所指的"模拟输入1"传给单片机进行模数转换.电容0.1uF和滑动变阻器组成RC滤波器对信号进行滤波,提高了系统的抗干扰能力.
在进行了D/A转换以后,要输出模拟信号,也可用OPA333进行放大处理,如音频信号.转换以后的信号是很微弱的为了让人耳听到必须进行放大.因此在输出口进行放大是很有必要的.电路图如图4-14:
图4-14D/A转换的放大电路
5系统软件设计
生产MSP430单片机的厂家提供了配套的C编译器和仿真器,用于对整个开发过程进行在线编程和仿真.所要外接的设备通过实际的控制线,数据线和地址线与仿真器的各I/O引脚连接,这样就构成了一个完整的单片机硬件系统(应注意,这个仿真器与8051之类的非在线仿真器不同).所有软件都需要在通用计算机上通过C编译器地编译,以确保没有语法错误.之后就应在仿真器上检查软件所实现的功能是否与预期的一样.等达到要求之后也就完成了软硬件的结合.
5.1键盘功能的实现
5.1.1键盘输入的软件问题
键盘电路的硬件原理图已经在第四章中有了详细介绍,在这里主要说明如何使用MSP43OF169单片机设计软件,实现键盘功能.
MPS430单片机指令系统具有的散传指令和C403中的switch语句,非常适合对键输入信息的处理,这些指令可以看成是键信息输入的软件接口,按键或键盘通过接口与CPU相连,在相应软件的配合下,CPU可以采用中断或者查询的方式了解有无键信息输入并检查是哪个键按下,然后执行该按键对应的功能程序,最后再回到原始状态.
为了使信息快速可靠地输入计算机,键盘程序有如下的一些实际问题需要解决:
(1)抖动问题目前常用的按键或者键盘均利用机械触点的闭合与关闭来产生输入电信号,由于机械触点的弹性作用,在闭合或者断开瞬间均有一个抖动问题,有时候按键的抖动可能引起误判.比如按了一次键,由于抖动,可能会判断成按了两次键,为了保证CPU对一次键入只作一次处理,必须采取措施去除抖动影响.去抖动的方法很多,一般采用软件方法在判断有键按下时加入延时子程序来避开抖动时间段,抖动时间段的长短取决于触点的机械特性,一般为5-10ms.
(2)按键进行编号以便于识别为使CPU识别出键入的信息,对不同的按键必须有不同的键入值或键盘编码,以便转入相应的处理程序.
(3)键信息的逻辑处理在实际应用设计中,应用系统除对按键能作识别处理外,还要考虑到人在操作时易产生的其他问题逻辑处理.如多个按键同时被按下,在一个键功能正在处理的时候另外按键被误按下,按键时间长短的影响等,所有这些问题一般情况下都能通过软件解决..
5.1.2主程序设计
主程序的流程图如下所示.它由系统初始化,显示刷新子程序,键命令处理子程序,数据通信子程序等构成.
主程序流程图
5.2显示电路程序设计
显示部分的MSP430单片机程序主要包括对单片机的初始化,控制管角电平模拟,液晶模块操作,清屏幕,显示字符,显示汉字,显示图像等程序.下面对各个部分进行简单的介绍.
控制管角电平模拟程序主要是在R/W,RS,E等控制管角上产生高电平或者低电平,使控制指令和数据能够正常写入显示模块.
液晶模块操作程序主要包括发送命令,显示数据,显示初始化等几个部分.如显示起始行列设置,显示内容设置,显示时间等等.
清屏幕程序主要是为了在显示开始时或换页显示时清除上一次的显示内容.
显示程序在显示模块上可相应的显示需要显示的字符,汉字,图像等内容.
液晶显示子程序设计,主要是对MSP403F169内各种寄存器和显示缓存中的信息进行操作.
5.3显示状态计算子程序
系统采用四位LED实时显示,当显示缓冲区的值大于9999时,就有一位溢出.为了保证能直观地,准确地显示采样值,我们采用了保高位,舍低位的方法.当应显示值大于1000,采用XXXX*1000的形式显示.如应显示值19999时,实际显示19.99.当应显示值超越一千万时,系统对数据缓冲区清零,并对PC机发送溢出标志.程序结构图如下,
显示计算子程序框图
先读入当前显示位的初值,并判断显示的数据类型,即脉冲数,压力,计算起始位及小数点位,输出给显示刷新子程序.
5.4A/D和D/A转换程序设计
MSP430F169内部集成的ADC12模块能够实现12位精度的模数转换,具有高精度和通用的特性.其主要特点有:12位转换精度,内置采样与保持电路,有多种时钟源可提供给ADC12模块,且模块本身内置时钟发生器,内置温度传感器,配有8路外部通道与4路内部通道,内置参考电源,且参考电压有6种可编程的组合,数模转换有4种模式,可灵活运用以节省软件量及时间,可以关闭ADC12模块以节省系统能力.
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本设计中的AD转换电路设置为单通道单次转换,下面详述AD转换的过程.
第一步:将ADC12内核打开,及由ADC120N等于0修改成ADC120N等于1.
第二步:指定通道地址,也就是开始存放的地址,由控制寄存器工中的12～15位确定.同时定义选定的
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