【正文】 基于MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 I畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 I長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師審查意見 II長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)語 III畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定 IV【摘要】 V【 Abstract 】 VI第一章 緒論 1 研究背景及其目的意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 該課題研究的主要內(nèi)容 3第二章 主控芯片介紹 4 MSP430簡(jiǎn)介 4 MSP430單片機(jī)與51系列單片機(jī)的比較 5第三章 編程環(huán)境介紹 7 IAR開發(fā)軟件 7第四章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 9 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 9 硬件系統(tǒng)框圖中各部分描述 9 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11第五章 硬件器件的選擇 12 單片機(jī)的選擇 12 電源電路器件的選擇 12 顯示電路芯片的選擇 13 D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路濾波放大電路的選擇 14 串口芯片的選擇 15 電平轉(zhuǎn)換電路 15第六章 硬件電路圖分析 17 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 17 電源電路的設(shè)計(jì) 18 電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)方案 22 晶振電路的布局 23 顯示電路設(shè)計(jì) 24 鍵盤電路設(shè)計(jì) 25 串口通信電路硬件設(shè)計(jì) 26 A/D轉(zhuǎn)換電路 27第七章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 30 鍵盤功能的實(shí)現(xiàn) 30 鍵盤輸入的軟件問題 30 主程序設(shè)計(jì) 31 顯示電路程序設(shè)計(jì) 32 顯示狀態(tài)計(jì)算子程序 32 A/D和D/A轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 33 串口通信軟件設(shè)計(jì) 35 溫度采集子程序 37 干擾及其應(yīng)用 38 硬件措施 38 軟件措施 38 與微機(jī)的通信 38第八章 全文總結(jié) 39參考文獻(xiàn) 41致 謝 42附錄一： 43附錄二： 44一、題目來源畢業(yè)設(shè)計(jì)。二、研究的目的和意義近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入。同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的提高和成熟，在各個(gè)工程設(shè)計(jì)中對(duì)單片機(jī)也提出了更高的要求。如運(yùn)算速度，功耗及開發(fā)的成本和手段等方面。然而，MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的、具有精簡(jiǎn)指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，在1996年問世，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機(jī)系統(tǒng)中一顆耀眼的新星，受到國(guó)內(nèi)廣大科技人員的歡迎。本題《基于MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)》就是應(yīng)用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的MSP430F169單片機(jī)。本系統(tǒng)采用的MSP430單片機(jī)設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)制成的PCB板可以運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備建設(shè)，方便開發(fā)人員對(duì)MSP430單片機(jī)的學(xué)習(xí)。意義：在科學(xué)研究及其他各種領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為日益重要的檢測(cè)技術(shù)。在許多工業(yè)測(cè)控機(jī)械、醫(yī)療儀器以及消費(fèi)電子產(chǎn)品中，都對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與功耗提出了更高的要求：即在滿足微功耗、微型化的總體設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，又要能實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的變化。這就對(duì)系統(tǒng)的功耗、采樣速度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸速度等提出了更高的要求。然而，隨著半導(dǎo)體與微控制器技術(shù)的飛速發(fā)展，各種微電子器件性能不斷提升，功耗卻不斷降低。技術(shù)的進(jìn)步使得高速度、低功耗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。IV三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱[1] 沈建華，楊艷琴編著 . [2] 沈建華，楊艷琴編著. MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用 .利達(dá)爾策劃 [3] 秦龍編著. MSP430單片機(jī)長(zhǎng)用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講. 電子工業(yè)出版社[4] 魏小龍. MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例. 北京:北京航空天大學(xué)出版社，2002.[5] 顏永軍. Protel99電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .北京:國(guó)防上業(yè)出版社，2001.[6] 胡大可. :北京航空航天大學(xué)出版社，[7] 胡大可. :北京航空航天大學(xué)出版社，[8] 孫傳友主編 《感測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)》 電子工業(yè)出版社；[9] 譚浩強(qiáng)主編 《C語言程序設(shè)計(jì)》 清華大學(xué)出版社；[10]. 《PROTEL入門與提高》 電子工業(yè)出版社；[11]. 華成英主編 《模擬電子技術(shù)基本教程》 清華大學(xué)出版社；[12]. 康華光主編 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分（第5版）》 高等教育出版社；[13] .長(zhǎng)江大學(xué)維普網(wǎng)站、萬方數(shù)據(jù)庫中有關(guān)MSP430F169的16位單片機(jī)方面的資料；[14].TI公司（德州儀器）有關(guān)MSP430F169方面的有關(guān)資料；[15].網(wǎng)絡(luò)上其他相關(guān)資料四、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)：我國(guó)開始使用單片機(jī)是在1982 年，短短五年時(shí)間里 發(fā)展極為迅速。1986 年在上海召開了全國(guó)首屆單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用交流會(huì)，有的地區(qū)還成立了單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用 協(xié)會(huì)，那是全國(guó)形成的第一次高潮。截止今日，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展，我們上因特網(wǎng)輸入一個(gè)“單片機(jī)”的搜 索，將會(huì)看到上萬個(gè)介紹單片機(jī)的網(wǎng)站，這還不包括國(guó)外的。與它相應(yīng)的專業(yè)雜志現(xiàn)在也有很多，比如由單片機(jī)界 的權(quán)威何立民主編的《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》雜志現(xiàn)以風(fēng)靡電子界，在2003年7月，（91獵頭網(wǎng)）在上海、廣州、北京等大城市所做的一次專業(yè)人才需求V報(bào)告中，單片機(jī)人才的需求量位居第一。一塊小小的片子，為何有這樣的魔力？我們首先從它的構(gòu)成說起：?jiǎn)纹瑱C(jī)，亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出端口 （I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢 竟體積大。微計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）在這種情況下誕生了，它為我們改變了什么？縱觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù) 處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時(shí)，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長(zhǎng)期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C(jī)外圍接一點(diǎn)簡(jiǎn)單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長(zhǎng)期使用也不會(huì)擔(dān)心精度達(dá)不到了。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會(huì)有更多的人來接受它、使用它。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的單片機(jī)年容量已達(dá)13 億片，且每年以大約16%的速度增長(zhǎng)，但相對(duì)于 世界市場(chǎng)我國(guó)的占有率還不到1%。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品多數(shù)用到單片機(jī)，并不斷地輻射向內(nèi)地。 所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我國(guó)是有著廣闊的前景。 由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中，MSP430系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。目前，可用于MSP430系列單片機(jī)開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)是在以MSP430單片機(jī)為基礎(chǔ)上擴(kuò)展，使其能更方便地運(yùn)用于各種系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高系統(tǒng)的性能技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。MSP430系列單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為在實(shí)時(shí)檢測(cè)VI和自動(dòng)控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。主攻方向：本課題設(shè)計(jì)主要在MSP430單片機(jī)上，擴(kuò)展鍵盤顯示接口，晶振的布局，電壓轉(zhuǎn)換電路，A/D，D/A轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換電路以及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。通過軟硬件的設(shè)計(jì)最終制成PCB板，豐富實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，方便學(xué)校學(xué)生對(duì)該單片機(jī)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。五、主要研究?jī)?nèi)容需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)框圖如下圖一：MSP430F169D/A轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換鍵盤顯示電平轉(zhuǎn)換電路（）JTAG仿真器復(fù)位電路晶振（32768和8M）供電電路串口圖一、 16位單片機(jī)MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（一）具有上電復(fù)位功能 由于MSP430具有極低的功耗，如果系統(tǒng)斷電后立即上電，系統(tǒng)中電容所存儲(chǔ)的電荷來不及釋放，此時(shí)系統(tǒng)電壓不會(huì)下降到最低復(fù)位電壓，因而MSP430不會(huì)產(chǎn)生上電復(fù)位，同時(shí)RET/NMI管腳也沒有足夠的電平使MSP430復(fù)位，這樣系統(tǒng)斷電后VII立即上電，MSP430并沒有被復(fù)位。為解決這個(gè)問題，可在本系統(tǒng)中增加一個(gè)二極管，這樣斷電后存儲(chǔ)在復(fù)位電容中的電荷就可以通過二極管釋放，從而加速電容放電，二極管的型號(hào)可取IN4008。（二）MSP430 3V到5V的接口電路MSP430的供給電壓是3V，本系統(tǒng)中有5V的邏輯器件和數(shù)字器件在使用，即本系統(tǒng)中存在不同電源電壓邏輯器件的接口問題，具體存在如下三個(gè)問題：第一是加到輸入和輸出引腳上的最大允許電壓的限制問題。第二是兩個(gè)電源間電流的互串問題。第三是必須滿足的輸入轉(zhuǎn)換門限電平問題。器件對(duì)加到輸入腳或輸出腳的電壓通常是有限制的。這些引腳有二極管或分離元件接到Vcc。如果接入的電壓過高, 電流將會(huì)通過二極管或分離元件流向電源。這些情況將引起數(shù)據(jù)丟失和元件損壞，另外用5V的器件來驅(qū)動(dòng)3V的器件有很多不同情況,各種電路間的轉(zhuǎn)換電平也存在不同情況。驅(qū)動(dòng)器必須滿足接收器的輸入轉(zhuǎn)換電平,并要有足夠的容限保證不損壞電路元件。先羅列一些解決辦法：輸入接口：（1） 分壓電阻輸入接口；將MSP430和電阻分壓來實(shí)現(xiàn)；（2） 晶體管輸入接口；（3） 運(yùn)算放大器輸入接口；（4） ULN2003A輸入接口；（5） 集成電路輸入接口；（6） 模擬輸入接口；輸出接口：（1）晶體管輸出接口；（2）集成電路輸出接口；另外，專用的電平轉(zhuǎn)換器如SN74LVC4245可以用作雙向I/O接口，它是一個(gè)8Bit寬度的電平轉(zhuǎn)換器，可以將一個(gè)完整的MSP430 I/O端口轉(zhuǎn)換為5V。，（三）鍵盤電路，顯示功能VIII為了便于人員操作，使儀器系統(tǒng)有良好的人機(jī)交互界面，本系統(tǒng)對(duì)MSP430進(jìn)行了LCD液晶顯示器及44結(jié)構(gòu)矩陣式鍵盤擴(kuò)展設(shè)計(jì)。（四）單片機(jī)與PC機(jī)的串口通信設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了 MAX3221EAE()。而未采用MAX232（5V）。串口電平轉(zhuǎn)換電路如下圖二所示。圖二、串口電平轉(zhuǎn)換電路原理圖（五）對(duì)所設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)進(jìn)行安裝和調(diào)試（六）軟件的編寫用C語言實(shí)現(xiàn)六、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的條件及解決方法工具書，MSP430F169單片機(jī)、串口通信、PROTEL軟件、計(jì)算機(jī)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)元器件等。七、工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排3——4周：寫開題報(bào)告，參加開題答辯。 5——6周：查閱相關(guān)技術(shù)資料，熟悉單片機(jī)語言。 7——8周：英文翻譯。 9——10周：硬件設(shè)計(jì)與資料搜集。 11——12周：設(shè)計(jì)程序。 13——14周：程序調(diào)試與修改。 15——16周：寫畢業(yè)論文。八、指導(dǎo)教師審查意見IX長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師審查意見學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目指導(dǎo)教師職 稱評(píng)審日期評(píng)審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。評(píng)審意見：指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)語學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目評(píng)閱教師職 稱評(píng)閱日期評(píng)閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。評(píng)語：評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分XI畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目答辯時(shí)間 年 月 日 ～ 時(shí)答辯地點(diǎn)一、答辯小組組成答辯小組組長(zhǎng)：成 員：二、答辯記錄摘要答辯小組提問（分條摘要列舉）學(xué)生回答情況評(píng)判三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定（百分制）：_______分 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))最終成績(jī)?cè)u(píng)定(依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)分的相關(guān)規(guī)定)等級(jí)(五級(jí)制)：_______答辯小組組長(zhǎng)(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章)基于MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 生： 電子