【正文】 X21X系列，該系列是對 MSP430X1XX片內(nèi)外設的進一步精簡，價格低廉，適合做一些簡單的應用。 MSP430系列單片機不僅可以應用于許多傳統(tǒng)的單片機應用領域，如儀 器儀表、自動控制以及消費品領域，更適合用于一些電池供電的低功耗產(chǎn)品，如能量表、手持式設備、智能傳感器等，以及需要較高運算性能的智能儀器設備。 此次設計就是用 MSP430F149單片機設計數(shù)字時鐘， 在硬件電路方面，采用SPX1117低壓差穩(wěn)壓器為單片機提供電源，它將 5V電壓轉(zhuǎn)化為 ；用 4*4矩陣鍵盤進行輸入；在時間的顯示上介紹了兩種方法顯示，即 LED數(shù)碼顯示和 LCD液晶顯示 ；除此以外，在電路板上還留有供擴展電路應用的引腳接口。在軟件設計方面，完成了鍵盤掃描程序 、 顯示 模塊 程序以及系統(tǒng)主程序的設 計。 通過此次設計，可以了解 MSP430F149的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理解 其 工作原理，同時可以掌握一般電子系統(tǒng)的調(diào)試方法。 3 2 課題研究背景與意義 單片機的應用在后 PC時代得到了前所未有的發(fā)展，但對處理器的綜合性能要求也越來越高。綜觀單片機的發(fā)展，以應用需求為目標，市場越來越細化，充分突出以 “單片 ”解決問題，而不像多年前以 MCS51/96等處理器為中心，外擴各種接口構(gòu)成各種應用系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一部分，主要集中在中、低端應用領域 (嵌入式高端應用主要由 DSP、 ARM、 MIPS等高性能處理器構(gòu)成），在這些應用中，目前也出現(xiàn)了一些新的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： ，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用紐扣電池供電，要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持式儀表、玩具等。 ，對處理器的功能和性能要求不斷提高。既要外設豐富、功能靈活，又要有一定的運算能力，能做一些實時算法，而不僅僅做一些簡單的控制。 ，開發(fā)時間短，希望開發(fā)工具簡單、廉價、功能完善。特別是仿真工具要有延續(xù)性，能適應多種 MCU，以免重復，增加開發(fā)費用。 穩(wěn)定，可靠性高，既能加密保護，又能方便升級。 課題研究背景 目前單片機應用于各個領域，其應用于儀器儀表中顯得更為優(yōu)越。以單片機制成的電子時鐘具有計時準確 、 功耗低的優(yōu)點 ， 從而得到了 許多 領域的廣泛應用。單片機正處在微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時，向高速 、強運算能力 、 尋址范圍大以及小型廉價方面發(fā)展。單片機的發(fā)展推動了應用系統(tǒng)的發(fā)展，應用系統(tǒng)的發(fā)展又反過來對單片機提出了更高要求，從而促進單片機的發(fā)展。單片機正向著功能更強 、 速度更快 、 功耗更低 、 輻射更小的方向發(fā)展。隨著集成度的不斷提高，把 眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)已經(jīng)具備了充分的條件 ， 這也是單片機以后發(fā)展的重要趨勢。除了一般必須具有的 ROM、 RAM、定時器 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機檔次的提高，以適應檢測、控制功能更高的要求，片內(nèi)集成的器件通常還有電源監(jiān)控與復位電路、 WDT、 A/D轉(zhuǎn)換器、 DMA控制器、中斷控制器、鎖相器、頻率合成器、字符發(fā)生器、聲音發(fā)生器、 CRT控制器、譯碼驅(qū)動器等。 課題研究意義 數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對 時 、 分 、 秒 進行 數(shù)字顯示的計時裝置 ， 廣泛用于個人家庭 、 車站 、 碼頭 、 辦公室等公共場所 ， 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁?可少的必需品 ，由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用 ， 使得數(shù)字鐘的精度遠遠超過老式鐘表 , 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能 ， 諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備 ， 甚至各種定時電 器 的自動啟用等，所有這些都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。 通過對此次的時鐘電路的設計，一方面可以鞏固已經(jīng)學習過的專業(yè)知識，比如 4 Protel99 SE的使用等；另一方面可以了 解并掌握一些新的知識，比如此次所用的核心芯片 MSP430單片機以及 LCD液晶顯示器等。 通過這次畢業(yè)設計，可以將我的綜合能力提升很多，學習很多東西，為以后的學習生活打下堅實的基礎。 3 MSP430F149 介紹 MSP430系列是一個 16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機 ,具有強大的綜合優(yōu)勢。 在運算能力方面， MSP430系列單片機是一個 16位的單片機，采用了精簡指令集 (RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式 (7種源操作數(shù)尋址、 4種目的操作數(shù)尋址 )、簡潔的 27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器 以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動下指令周期為 125ns 。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。 在運算速度方面， MSP430系列單片機能在 8MHz 晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn) 125ns 的指令周期 。 16位的數(shù)據(jù)寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器 (能實現(xiàn)乘加 )相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法 (如 FFT等 )。 MSP430系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒 只用 6181。ｓ。 超低功耗 MSP430單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。由于系統(tǒng)運行時打開的功能模塊不同，即采用不同 的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共 計 有一種活動模式 (AM)和五種低功耗模式 (LPM0～ LPM4)。在等待方式下，耗電為 ，在節(jié)電方式下，最低可達 。 另外， MSP430系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設。 MSP430系列單片機的這些片內(nèi)外設為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 MSP430F149 是 MSP430X14X 系列的一種， 、兩個 16 位定時器、一個 14 路的 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個看門狗、 6路 P口、兩路 USART 通信端口、一個比較器、一個 DCO 內(nèi)部振蕩器和兩個外部時鐘 ,支持 8M 的時鐘。 MSP430F149 芯片特點 ： ～ 。 ： @ 4KHz,； 280181。A @ 1MHz,。 ： 等待方式 ； RAM保持的節(jié)電方式 。 于 6181。A。 RISC結(jié)構(gòu)， 125ns指令周期。 ： 5 高速晶體 (最高 8MHz)； 低速晶體 (32768Hz)； DCO。 A/D轉(zhuǎn)換器。 200Ksps的 A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持。 。 3個捕獲 /比較寄存器的 16位定時器 Timer_A,Timer_B。 (UART/SPI)模式。 8位并行端口，且 2個 8位端口有中斷能力。 。 60KB FLASH ROM和 2KB RAM。 。 。 MSP430F149 芯片引腳 MSP430F149芯片共有 64個引腳，其中有 48個為 I/O引腳，具體說明如表 31所示 。 表 31 MSP430F149 芯片引腳說明表 引 腳 I/O 說 明 名 稱 序 號 ， TACLK 時鐘信號輸入 ，捕獲： CCI0A輸入 ， 比較： OUT0 輸出 ，捕獲： CCI1A輸入， 比較： OUT1 輸出 ，捕獲： CCI2A輸入， 比較： OUT2 輸出 ，比較： OUT0 輸出 ，比較： OUT1 輸出 ，比較： OUT2 輸出 ， INCLK 時鐘信號 ，捕獲： CCI0B 輸入， 比較： OUT0 輸出 ，捕獲： CCI0B 輸入， 比較： OUT0 輸出 ，比較： OUT2 輸出 頻率 6 續(xù)表 31： 引 腳 I/O 說 明 名 稱 序 號 ，比較： OUT0輸出 ： USART0/SPI模式 出 入 — USART0/UART或SPI模式，時鐘輸出 —— USART0/SPI模式 — — USART0/UART模式 —— USART0/UART模式 —— USART1/UART模式 —— USART1/UART模式 —— 定時器 B_7CCR0 —— 定時器 B_7CCR1 —— 定時器 B_7CCR2 —— 定時器 B_7CCR3 —— 定時器 B_7CCR4 —— 定時器 B_7CCR5 —— 定時器 B_7CCR6 —— USART1/SPI 模式 7 續(xù)表 31： 引 腳 I/O 說 明 名 稱 序 號 、主輸出或 SPI模式 、主輸入或 SPI模式 —— USART1/UART或 SPI模式，時鐘輸出—— USART1/SPI模式 阻抗定時器 B_3 TB0～ TB2 RST/NMI 58 I 復位輸入 /不可屏蔽中斷輸入口，或自動加載程序啟動 (FLASH版本器件有此功能） TCK 57 I 測試時鐘， TCK是用于器件測試與自動加載程序啟動的時鐘輸入接口 (FLASH版本器件有此功能 ) TMS 56 I 測試方式選擇，器件編程與測試的輸入口 TDI 55 I 測試數(shù)據(jù)輸入口，器件的保護熔絲被連接到 TDI TDO/TDI 54 I/O 測試數(shù)據(jù)輸出口 /編程數(shù)據(jù)輸入口 VeREF+ 10 I/O 送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的外部基準電壓 VREF+ 7 O 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的內(nèi)部基準電壓的正輸入端 VREF/ VeREF 11 O 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的內(nèi)部基準電壓或外部加的基準電壓負端 XIN 8 I 晶體震蕩器 XT1的輸入口 XOUT/TCLK 9 I/O 晶體震蕩器 XT1的輸出口或測試時鐘的輸入口 8 續(xù)表 31： 引 腳 I/O 說 明 名 稱 序 號 XT2IN 53 I 晶體震蕩器 XT2的輸入口， 只能接標準晶體 XT2OUT 52 O 晶體震蕩器 XT2的輸出口 AVcc 64 模擬電源的正輸入端，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的模擬部分 AVss 62 模擬電源的負輸入端，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12的模擬部分 DVcc 1 數(shù)字電源的正輸入端 DVss 63 數(shù)字電源的負輸入端 MSP430F149 芯片處理單元 處理單元基于一種一致的正交設計的 CPU和指令集 ， 這種設計結(jié)構(gòu)形成了一種對應用開發(fā)高度透明，并以編程簡單著稱的類 RISC體系。除了程序流指令以外的所有操作，都是作為寄存器操 作 連同 7種源尋址方式和 4種目的操作數(shù)尋址方式來執(zhí)行的。 MSP430F149芯片 CPU有 16個寄存器提供精簡指令執(zhí)行時間。存儲器到寄存器操作執(zhí)行時間被減少到處理器頻率的一個周期， 4個寄存器被保留，專門用作程序計數(shù)器、堆棧計數(shù)器、狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器。其余的寄存器可用作通用寄存器。外設利用一個數(shù)據(jù)地址和控制總線連接到 CPU，并能容易利用內(nèi)存處理指令操作。 MSP430F149 芯片運行模式 MSP430F149具有一種活動模式和五種軟件可選的低功耗運行模式。一個中斷事件可以將芯片從五種低功耗模式中的任 何一種喚醒為請求服務并在從中斷程序返回時恢復低功耗模式。 下列六種運行模式由軟件配置： AM －所有時鐘活動 0(LPM0) － CPU關閉 ACLK和 SMCLK保持活動， MCLK關閉 1(LPM1) － CPU關閉 ACLK和 SMCLK保持活動， MCLK關閉 如果 DCO在活動模式中沒有使用， DCO的直流發(fā)生器將關閉 2(LPM2) 9 － CPU關閉 ； ACLK保持活動 MCLK、 FLL+， DCOCLK關閉 DCO的直流發(fā)生器保持活動 3(LPM3) － CPU關閉 ； ACLK保持活動 MCLK、 FLL+， DCOCLK關閉 4(LPM4) － CPU關閉 ； ACLK關閉 MCLK、 FLL+、 DCOCLK關閉 DCO的直流發(fā)生器關閉 ； 晶體振蕩器停止 MSP430F149 芯片 I/O 端口 MSP430F149有 6個 8位的 I/O端口 P1～ P6，端口 P1和 P2用 7個控制寄存器，端口P P P P6僅使用 4個寄存器，為應用提供數(shù)字輸入 /輸出的最大靈活性： I/O口可獨立編程； ； P