【正文】 使程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時器（ Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口， P0、 P P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 10/12 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù) 據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I2C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的 DMA 模塊。這種方式只需要一臺 PC 機(jī)和一個 JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。 論文安排 (1) 原理部分： 第 1 章主要介紹了 MSP430 單片機(jī) 的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)和工基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 作原理。 控制系統(tǒng)的原理圖 本設(shè)計(jì) 的 控制系統(tǒng)主要包括五部分：采集模塊，鍵盤輸入模塊，電源及復(fù)位模塊，報警模塊，顯示模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 氣體傳感器介紹 （ 1） .半導(dǎo)氣體傳感器 這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占 60%，根據(jù)其機(jī)理分為電導(dǎo)型和非電導(dǎo)型，電導(dǎo)型中又分為表面型和容積控制型 . （ 2） .固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料做氣敏元件。 開發(fā)新的氣體傳感器，特別是開發(fā)和完善智能氣體傳感系統(tǒng)，使之可以在氣體泄漏事故中起到報警、檢測、識別、智能決策等方面的作用。這種傳感器只能測量可燃?xì)怏w，對不燃性氣體不敏感。高分子氣體傳感器根據(jù)氣敏特性主要可分為下列幾種： l)高分子電阻式氣體傳感器 該類傳感器是通過測量高分子氣敏材料的電阻來測量氣體的體積分?jǐn)?shù)，目前的材料主要有歐菁聚合物、 LB膜、聚毗咯等。 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 3)聲表面波 (SAW)式氣體傳感器 SAW 氣體傳感器制作在壓電材料的襯底上，一端的表面為輸入傳感器，另一端為輸出傳感器。其優(yōu)勢在于選擇性高、靈敏度高、在很寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定、對濕度響應(yīng)低和良好的可重復(fù)性。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個薄電解層隔開。這些反應(yīng)由針對被測氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。 （ 6） .熱傳導(dǎo)傳感器 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。光電檢測元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。 天 燃?xì)庑孤﹫缶?主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。 半導(dǎo)體氣敏傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 到廣泛應(yīng)用。而在眾多半導(dǎo)體氣敏傳感器中，本設(shè)計(jì)選用 MQ2型氣敏傳感器，這種型號的傳感器具備一般半導(dǎo)體氣敏傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長等優(yōu)點(diǎn) 。 ? 帶有 3 個捕獲 /比較寄存器的 16 位定時器 Timer_A3。 ? 四個 8 位并行端口 。 ? 兩通道串行通信接口可用于異步或同步 (USART0、 USA1T1)。在休眠條件下上作電流只有 。 ? 片內(nèi)有 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供參考電壓。 ? 單片機(jī)是 FLASH 型的，可以實(shí)現(xiàn)寫入和擦除，再加上次單片機(jī)提供JTAG 口，能實(shí)現(xiàn)能很好的在線調(diào)試仿真功能。 ? 提供 六個數(shù)據(jù)端口，能為用戶提供更多的處理功能。其中有 2個中斷向量，便 于處理各種定時中斷。 ADC12 有 4 種 工 作模式。 MSP430F149 單片機(jī)管腳如圖 22 所示 ： 圖 22 MSP430F149 單片機(jī)管腳 半導(dǎo)體 氣敏傳感器 半導(dǎo)體的基本介紹 半導(dǎo)體傳感器是一種采用半導(dǎo)體氣敏為主要使用材料的傳感裝置，它利用與其氣體接觸時使半導(dǎo)體的導(dǎo)電率等物理性質(zhì)發(fā)生變化來檢測待基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 測氣體的成分和濃度。 半導(dǎo)體氣敏傳感器包括硫化氫氣敏傳感器和一氧化碳?xì)饷魝鞲衅鲀蓚€敏感器件。 響應(yīng)時間均 ≤0 秒 。具有負(fù)離子吸附傾向的氣體，如基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 O2 和 NON,等被稱為氧化型氣體或電子接收型氣體。使 用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。0. 2V ACorDC RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 2℃ Vc:177。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。電路采用交流供電， 220V 交流市電從插頭引入電路，經(jīng)電源變壓器降壓后變?yōu)橹绷鳎绷麟妷褐苯庸﹤鞲衅?MQ－ 2 的加熱絲 HH 工作，加熱絲給傳感器 MQ－ 2預(yù)熱一定時間后，才能正常檢測煙霧。過濾篩可以拆下來清理或更換，活性炭也可以更換。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的單線 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20來采集溫度數(shù)據(jù)，作為 單片機(jī) MSP430149 的溫度傳感器，該芯片有很多優(yōu)點(diǎn)，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理。 I/O 口 可以與 MSP430F149 的 口直接相連，來完成數(shù)據(jù)的傳送。鍵盤輸入模塊 主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。 從單片機(jī)最小系統(tǒng)電路可以看出，單片機(jī)接口電路非常簡單，分別采用單片機(jī)的一般 I/O 口實(shí)現(xiàn)與其他電路的連口，在單片機(jī)的時鐘設(shè)計(jì)上與其他單片機(jī)有一定的區(qū)別， MSP430F149 單片機(jī)采用兩個時鐘的輸入，一個 32kHz 的時鐘信號，一個 8MHz 的時鐘信號。 電源及復(fù)位模塊 本模塊采用 TPS76033（ 低功耗 50mA 低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器 ）芯片實(shí)現(xiàn)， 如圖 32 所示： 圖 32 TPS76033 實(shí)物圖 電 壓電路：由于 MSP430F149 單片機(jī)的工作電壓一般是 ~,并且功率極低。為了使輸出電源的紋波小，在輸出部分用了一個 和 的 電容，另外在芯片的輸入端也放置一個 的濾波電容，減少 輸入端受到的干擾。 復(fù)位電路如圖 34所示： 圖 34 復(fù)位電路 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 鍵盤輸入模塊 鍵盤輸入電路主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。鍵盤的行線作為鍵盤的控制輸出端，鍵盤的列線作為鍵盤的輸入端。將 設(shè)置為低電平，如果該行上有按 鍵按下 的話，則 、 、 或者 上為低電平 [10]，就會觸發(fā)中斷，基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 進(jìn)入中斷服務(wù)程序，獲得輸入的數(shù)據(jù)。另外還要考慮鍵盤的抖動處理。 LM386 具有以下特性 ,LM386 如圖 36所示 ： （ 1） 靜態(tài)功耗低，約為 4mA,可用于電池供電。 （ 5） 低失真度。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。 引腳 2為反相輸入端，引腳 3 為同相輸入端。 如圖 37 所示 ,引腳 2 為反相輸入端， 3 為同相輸入端；引腳 5 為輸出端；引腳 6 和 4 分別為電源和地；引腳 1 和 8 為電壓增益設(shè)定端；使用時在引腳 7 和地之間接旁路電容，通常取 10μF。因此用不到大的增益，電容就不要接了，不光省了成本，還會帶來好處 噪音減少 （ 2） PCB 設(shè)計(jì)時，所有外圍元件盡可能靠近 LM386；地線盡可能粗一些；輸入音頻信號通路盡可能平行走線，輸出亦如此。非常可行的方法：將上電、掉電時間短的電源放到 +12V處，選擇上升相對較慢的電源作為 LM386 的 Vs，但不要低于 4V。工作穩(wěn)定后，該管腳 電壓值約等于電源電壓的一半。此電容的作用有二：隔直 +耦合。分別測試，發(fā)現(xiàn) 10uF/ 最為合適。 本設(shè)計(jì)采用的是 LCD1602，他有很多優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 顯示質(zhì)量高 （ 2） 數(shù)字式接口 （ 3） 體積小、重量輕 （ 4） 功耗低 LCD1602 基本參數(shù) 及引腳功能 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光厚 ， 是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如 圖 310 所示： 基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 圖 310 LCD1602 尺寸圖 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù) ? 顯示容量 :162個字符 ? 芯片工作電壓 :— ? 工作電流 :() ? 模塊最佳工作電壓 : ? 字符尺寸 :(WH)mm 引腳功能說明 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口 說明如 表 31 所示 : （ 1） 第 1腳 VSS 為地電源。 （ 5） 第 5 腳 R/W 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。 （ 8） 第 15腳 是 背光源正極。 （ 2） 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍 ，高電平閃爍，低電平不閃爍。 （ 8） 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 圖 311 為顯示電路 .通過圖 311 看出，該顯示電路直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù) I/O 口進(jìn)行連接， VSS 為電源地， VDD 為電源正極，接 5V電源， RS為數(shù)據(jù)命令選擇， RW 為讀寫命令選擇， D0D7 用來接收數(shù)據(jù)， 由于MSP430F149 具有豐富的 I/O 口資源，這樣采用并行的接口方式非常容易，減小系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，也可以增加系統(tǒng)的可靠性。 下面 具體介紹各個模塊的軟件設(shè)計(jì) [1]。下面而給出主處理的流程圖，如圖 41所示。 //LOCK=0。 } 該函數(shù)的功能是將一個 BYTE 類型的數(shù)據(jù)寫入到 FLASH 里面 。 //WRT=1。 //ERASE=1。 } 根據(jù)上而流程圖給出簡單的程序， 下面 的程序是簡單化的處理，只是將得到的結(jié)果除以 100 獲得整數(shù)部分，該程序忽略小數(shù)部分的處理，該程序也是假定 上下限在 0100 之間。 CPU對 DS18B20 的訪問流程是 ： 先對 DS18B20 初始化，再進(jìn)行 RoI1 操作命令，最后 才能對存儲器操作、數(shù)據(jù)操作。該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計(jì)是采用掃描方式實(shí)現(xiàn)的矩陣鍵盤。這樣在沒有按鍵按下的情況下，該四個管腳的電平為高電平，如果有按鍵按下時，則相應(yīng)的列線管腳為低電平，這時通過設(shè)置 、 、 、 為低電平觸發(fā)中斷方式，低電平就觸發(fā)中斷而進(jìn)入中斷服務(wù)程序，從而基于 MSP430 單片機(jī)的室內(nèi)煤氣與天然氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40 獲得輸入的數(shù)據(jù) 。鍵盤的行線作為鍵盤的控制輸出端，鍵盤的列線作為鍵盤的輸入端。如主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟 :每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作圖 42 為該模塊的程序流程圖。見附錄 2。 //LCOK=0。 } 該函數(shù)的功能是將 FLASH 里而的內(nèi)容擦除掉。 //LOCK=0。 //WRT=1。該函數(shù)的功能是將一個 WOED 類型的數(shù)據(jù)寫 入到 FILASH 里面 。主處理模塊首先完成初始化上作，初始化后進(jìn)入循環(huán)處理， 在循環(huán)過程中主處理獲得采集模塊的數(shù)據(jù)，井將 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理