【正文】 電路 通信接 口電路 數(shù)據(jù) 存 儲(chǔ)電路 MSP430 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 38頁 Y24MC1112PC1312PGNDXT1INXT1OUT 圖 32 時(shí)鐘電路圖 MSP430 的復(fù)位電路包括一個(gè)上電復(fù)位 (POR)和上電清除信號(hào) (PUC)。 圖 手動(dòng)按鈕復(fù)位電路 基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤稒z測(cè)儀設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 38頁 上電復(fù)位： C51 的上電復(fù)位電路如 圖 34 所示 只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端 下接一個(gè)電阻到地即可。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位 則程序計(jì)數(shù)器 PC將得不到一個(gè)合適的初值 因此 CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。 JTAG 調(diào)試接口1 23 45 67 89 1011 1213 14J1JTAGTESTTCKTMSTDI/TCLKTDORSTVCCGND 圖 35 JTAG 接口電路 表 1 JTAG引腳圖 單片機(jī)的選型 本論文的核心部件為以單片機(jī) MSP430 為核心的控制模塊， TI公司的超低耗單片機(jī)特別適合與便攜式的或雙電源供電的設(shè)備， MSP430F5529 單片機(jī)的電源電壓采用。 MSP430F5529 單片機(jī)開發(fā)方式及其方便 ， 利用單片機(jī)本身具有的 JTAG 接口，可以實(shí)現(xiàn)程序下載 、 調(diào)試為整個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)提供方便。 而對(duì)于高頻電路和數(shù)字電路，由于這時(shí)地線的電感效應(yīng)影響會(huì)更大，一點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致實(shí)際地線加長而帶來不利影響，這時(shí)應(yīng)采取分開接地和一點(diǎn)接地相結(jié)合的方式。 LM358 芯片 LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電 圖 38 采集模塊 電路原理圖 源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 15V) 。 圖 39 LM358 引腳圖 串口模塊硬件設(shè)計(jì) MSP430 系列微控制器都自帶串行通信口，有幾款還有兩個(gè)串口。在 MSP430 與 PC 串口接口時(shí)，用 MAX232A 電路比較簡(jiǎn)單（只需外接幾個(gè)電容），而且這款芯片可以實(shí)現(xiàn)兩路變換，價(jià)格也較便宜。 （ 3） 可供 選擇的高速引腳可兼容器件 (1 Mbit/s) – SNx5C3221z RS232 總線 ， 引腳 ESD 保護(hù)超過177。一旦工作電源失去后，備用電源自動(dòng)或手動(dòng)投入繼續(xù)供電。本設(shè)計(jì)采用 LM2575 及外圍電路組成單片機(jī)電源，其原理圖本設(shè)計(jì) 如 圖 312 所示： 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 38頁 L1100uHVIN13OUT2FB456GND GND ON/OFFU3C20100uFD1SS14C271000uF12VAVCCAGNDAGNDAGNDAGND 圖 312 LM2575 及外圍電路 (1) 芯片介紹 LM2575 系 列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 1A 集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器， 只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等；芯片可提供外部控制引腳，是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理 想替代產(chǎn)品其引腳功能圖如下 圖 313 所示： 圖 313 引腳圖 OUTPUT：開關(guān)電壓輸出，接電感及快恢復(fù)二極管； GND：公共端； FEEDBACK：反饋輸入端； ON/OFF：控制輸入端， 接公共端時(shí)，穩(wěn)壓電路工作；接高電平時(shí)，穩(wěn)壓電路停止。 綜上所述，雙電源供電設(shè)計(jì)與三端穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)相配合共同為單片機(jī)提供的穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電壓。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 共 38頁 圖 314 液晶顯示電路 顯示電路所用元器件及資料 FYD12864 芯片 ： 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64， 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。本單元主要介紹了硬件設(shè)計(jì)中各個(gè)單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和這個(gè)模塊的設(shè)計(jì)構(gòu)思，并給出了一些模塊的設(shè)計(jì)電路圖 ，詳細(xì)介紹了硬件設(shè)計(jì)的工作原理，和所用芯片的資料等， 從成本以及功效上滿足了消費(fèi)者的需要。其主要優(yōu)點(diǎn)是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。用 C 語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。 SFRIFG1 amp。 // Disable timerb initLCDM()。 static uint16_t NUM_AD_Rsults1_Old,NUM_AD_Rsults2_Old。str[0])。Leakage) Display_String(8,6,泄漏 : )。 LocalMemory(RTCTimes)。 } if(cAbnormityamp。=0x00。} if(cAbnormityamp。 Display_String(4,i,小泄漏 )。= ~AlarmMark。 else 基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤稒z測(cè)儀設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 38頁 Display_String(8,4,灶 2:關(guān) )。 cAccFlowCountTemp=0。 static uint8_t Num_AD。 //定時(shí)器 B 初始化， Initial timer a, gererate pwm output Uart0_Initial(Enable_Mask)。 OFIFG) //清除 OFIFG ,and XT1OFFG ,DCOFFG { UCSCTL7 amp。此外， C 語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。 本流程圖講述了本設(shè)計(jì) 整體的程序運(yùn)行順序，首先在設(shè)備工作時(shí)要進(jìn)行初始化參數(shù)的設(shè)定，然后判斷各個(gè)條件下流量指標(biāo)是否滿足，當(dāng)滿足時(shí)判斷是滿 足報(bào)警的條件還是正常的條件，在本設(shè)計(jì)對(duì)于不同的流量分別設(shè)計(jì)了不同的步驟，例如當(dāng)流量為零有火焰時(shí)，定時(shí)完成后此情況人存在則說明有偷流量情況則會(huì)長生報(bào)警信號(hào)。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 共 38頁 本章小結(jié) 本燃?xì)庑孤z測(cè)儀設(shè)計(jì)通過采集灶具火焰模擬信號(hào)和燃?xì)獗砹髁棵}沖 信號(hào)，由控制單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，通過程序判斷燃?xì)馐?否 泄漏，根據(jù)不同泄漏等級(jí)采取控制措施并將數(shù)據(jù)信息遠(yuǎn)傳至監(jiān)控系統(tǒng)。背光燈的電源正極、液晶顯示器模塊的電源正極以及 LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸入端都接在 +5V的穩(wěn)壓電源上 ,背光燈的電源負(fù)極接到穩(wěn)壓源的地上。對(duì)于 5V電壓輸出，推薦使用耐壓值為 16V的電容。 電源設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作，電源的精度和可靠性等各項(xiàng)指標(biāo)直接影響系統(tǒng)的整體性能。雙電源一般用于區(qū)域電源回路中，以保證該區(qū)域能夠在一個(gè)電源故障時(shí)，仍能繼續(xù)得到電源。 特點(diǎn)： （ 1） 能滿足或超過 TIA/EIA232F 和 ITU 標(biāo)準(zhǔn)的要求 ， 工作電源電壓為 3V至 最多可處理 250 kbit/sz ， 一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器低待機(jī)電流典型值為 1 Az 外接電容器 F。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法很多，可用分離元件，也可用集成電路。 ＊輸出電壓擺幅大（ 0 至 ) 。 ＊電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?(3— 30V)；雙電源 (177。由于燃?xì)庠钶敵鲭妷禾〔⒉荒茏R(shí)別，本設(shè)計(jì)采用放大模塊進(jìn)行放大，本設(shè)計(jì)中的采集模塊由一個(gè)兩級(jí)運(yùn)算放大電路組成，主要用于放大輸出電壓到能 使 單片機(jī)識(shí)別的大小。一般來說，模擬地和數(shù)字地要分開處理，然后通過細(xì)的走線連在一起，或者單點(diǎn)接在一起。另外 MSP430F5529 采用矢量中斷， 2 個(gè) 8 位端口有中斷能力，支持十多個(gè)中斷源，并可以任意嵌套。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI、 TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和 數(shù)據(jù)輸出 線。在復(fù)位電路中 當(dāng) Vcc 掉電時(shí) 必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下 但是由于內(nèi)部電路的限制作用這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如 圖 33 所示。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。 ESD 保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)；低電壓供電；多達(dá) 64KB 尋址空間，包含 ROM、 RAM、閃存 RAM 和外圍模塊；外部中斷引腳； I／ 0 口具有中斷能力；外圍模塊地址為存儲(chǔ)器分配；全部寄存器不占用 RAM 空間，均在模塊內(nèi)；定時(shí)器中斷可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤稒z測(cè)儀設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 38頁 看門狗功能； A／ D 轉(zhuǎn)換器 (10 位、 12 位、 16 位或更高精度 )并且支持 C 語言和匯編語言。 MSP430 雖屬微控制器，但在眾多單片機(jī)系列中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 綜上所述，從性能上考慮 MSP430 單片機(jī)擁有較多的引腳，單片機(jī)本身 具有較強(qiáng)的處理能力，方便了電路設(shè)計(jì)， 它采用精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，在 8MHZ 時(shí)指令速度可達(dá) 8MIPS。 方案二： 采用低功耗的 MSP430 單片機(jī)，利用其功耗小功能強(qiáng)大的特點(diǎn)， 內(nèi)含 A/D 轉(zhuǎn)換部分 ，及外圍電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁 共 38頁 2 燃?xì)庑孤z測(cè) 儀 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 系統(tǒng)構(gòu)成方案及論證 為了更好 地滿足設(shè)計(jì)需要 ， 本設(shè)計(jì)介紹了兩種設(shè)計(jì)方案： 方案一： 選用一般性能的普通 51 系列單片機(jī)，配合看門狗電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路， 液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)電路等附屬電路完成設(shè)計(jì)。 本 燃?xì)庑孤z測(cè)系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，當(dāng)燃?xì)庠钶敵鋈細(xì)饬髁砍鰳?biāo)準(zhǔn) ， 程序 會(huì)判斷流量是否異常，若異常檢測(cè)儀將進(jìn)行報(bào)警并給出相應(yīng)動(dòng)作并自動(dòng)關(guān)閉閥門，保證了燃?xì)馐褂玫陌踩?alarm。 所以本設(shè)計(jì)有以下功能： 采集功能：采集灶具火焰熱電偶信號(hào)、燃?xì)獗砻}沖信號(hào)、報(bào)警器輸出信號(hào)。 在一些發(fā)達(dá)國家中都大力推廣甚至強(qiáng)制安裝燃?xì)鈭?bào)警器，如日本東京和大阪、韓國漢城、德國漢堡等城市，目前有 80％以上的居民家庭安裝各類基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤z測(cè)儀。但是隨著燃?xì)獾膹V泛應(yīng)用，由于燃?xì)庑孤┧l(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)等事故也時(shí)有發(fā)生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩(wěn)定因素。 本課題設(shè)計(jì)一款 燃?xì)?泄漏檢測(cè)器，監(jiān)控 燃?xì)庠?是否有泄漏現(xiàn)象，并根據(jù)燃?xì)庑孤┝髁?大小 ， 當(dāng) 燃?xì)?泄漏 值 超過安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí) ，系統(tǒng)進(jìn)行 報(bào)警， 顯示煤氣是否有異常現(xiàn)象，并發(fā)出同步信號(hào)控制電磁閥切斷氣源 。 無線通信功能：能夠與主站（集中器）無線通信的功能，既能夠接收和回復(fù)集中器或主站發(fā)出的數(shù)據(jù)采集和參數(shù)設(shè)置命令。燃?xì)獾钠占芭c應(yīng)用無疑對(duì)改善 環(huán) 境質(zhì)量和提高人們的生活質(zhì)量發(fā)揮了巨大的作用 。 在本論文中首先在第一章中主要敘述了本設(shè)計(jì)的研究背景及意義、 結(jié)構(gòu)安排 ， 概括的 敘述了 本論文的結(jié)構(gòu) 和研究順序，第二章主要對(duì)本設(shè)計(jì)所采用的 方法進(jìn)行了比較論證，選定了方法， 列出了本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖。 89C51 系列 單片機(jī)由于其內(nèi)部總線 是 8 位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都是8 位的雖然經(jīng)過各種努力其內(nèi)部功能模塊有了顯著增加，但是受其結(jié)構(gòu)本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。 MSP430 系列其基本架構(gòu)是 16 位的，同時(shí)在其內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線經(jīng)過轉(zhuǎn)換還存在 8位的總線，在加上本身就是混合型的結(jié)構(gòu)，因而對(duì)它這樣的開放型的架構(gòu)來說，無論擴(kuò)展 8 位的功能模塊，還是 16 位的功能模塊，即使擴(kuò)展模 /數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù) /模轉(zhuǎn)換這類的功能模塊也是很方便的。 MSP430 系列單片機(jī)發(fā)展歷程 MSP430 系列單片機(jī)是美國 德州儀器 （ TI） 1996 年開始推向市場(chǎng)的一種 16 位超低功耗、具有 精簡(jiǎn)指令集 （ RISC）的混合信號(hào)處理器（ Mixed Signal Processor） ， 稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的 模擬電路 、 數(shù)字電路 模塊和 微處理器 集成 在一個(gè)芯片上，該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。在運(yùn)算速度方面，MSP430 系列單片機(jī)能在 8HHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。 LFXTl 振蕩器默認(rèn)工作在低頻模式，即 32． 768kHz，也可以通過外接 450kHz～ 8MHz的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，在本電路中我們使用低頻模式，晶振外接 2 個(gè) 22pF