【正文】 電路 通信接 口電路 數(shù)據(jù) 存 儲電路 MSP430 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 38頁 Y24MC1112PC1312PGNDXT1INXT1OUT 圖 32 時鐘電路圖 MSP430 的復(fù)位電路包括一個上電復(fù)位 (POR)和上電清除信號 (PUC)。 圖 手動按鈕復(fù)位電路 基于單片機的燃氣泄露檢測儀設(shè)計 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 下接一個電阻到地即可。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位 則程序計數(shù)器 PC將得不到一個合適的初值 因此 CPU可能會從一個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 單片機的選型 本論文的核心部件為以單片機 MSP430 為核心的控制模塊， TI公司的超低耗單片機特別適合與便攜式的或雙電源供電的設(shè)備， MSP430F5529 單片機的電源電壓采用。 MSP430F5529 單片機開發(fā)方式及其方便 ， 利用單片機本身具有的 JTAG 接口，可以實現(xiàn)程序下載 、 調(diào)試為整個項目的開發(fā)提供方便。 而對于高頻電路和數(shù)字電路，由于這時地線的電感效應(yīng)影響會更大，一點接地會導(dǎo)致實際地線加長而帶來不利影響，這時應(yīng)采取分開接地和一點接地相結(jié)合的方式。 LM358 芯片 LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，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 MSP430 系列微控制器都自帶串行通信口，有幾款還有兩個串口。在 MSP430 與 PC 串口接口時，用 MAX232A 電路比較簡單（只需外接幾個電容），而且這款芯片可以實現(xiàn)兩路變換，價格也較便宜。 （ 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 保護超過177。一旦工作電源失去后，備用電源自動或手動投入繼續(xù)供電。本設(shè)計采用 LM2575 及外圍電路組成單片機電源，其原理圖本設(shè)計 如 圖 312 所示： 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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，穩(wěn)壓電路工作；接高電平時，穩(wěn)壓電路停止。 綜上所述，雙電源供電設(shè)計與三端穩(wěn)壓電路設(shè)計相配合共同為單片機提供的穩(wěn)定的驅(qū)動電壓。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64， 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。本單元主要介紹了硬件設(shè)計中各個單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計和這個模塊的設(shè)計構(gòu)思，并給出了一些模塊的設(shè)計電路圖 ，詳細介紹了硬件設(shè)計的工作原理，和所用芯片的資料等， 從成本以及功效上滿足了消費者的需要。其主要優(yōu)點是占用資源少、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，便于改進和擴充，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 基于單片機的燃氣泄露檢測儀設(shè)計 第 26 頁 共 38頁 Display_String(8,4,灶 2:關(guān) )。 cAccFlowCountTemp=0。 static uint8_t Num_AD。 //定時器 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)計方法提供了有力的保障。 本流程圖講述了本設(shè)計 整體的程序運行順序，首先在設(shè)備工作時要進行初始化參數(shù)的設(shè)定，然后判斷各個條件下流量指標(biāo)是否滿足，當(dāng)滿足時判斷是滿 足報警的條件還是正常的條件，在本設(shè)計對于不同的流量分別設(shè)計了不同的步驟，例如當(dāng)流量為零有火焰時，定時完成后此情況人存在則說明有偷流量情況則會長生報警信號。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 共 38頁 本章小結(jié) 本燃氣泄漏檢測儀設(shè)計通過采集灶具火焰模擬信號和燃氣表流量脈沖 信號，由控制單元對信號進行處理，通過程序判斷燃氣是 否 泄漏，根據(jù)不同泄漏等級采取控制措施并將數(shù)據(jù)信息遠傳至監(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)動電壓輸入端都接在 +5V的穩(wěn)壓電源上 ,背光燈的電源負極接到穩(wěn)壓源的地上。對于 5V電壓輸出，推薦使用耐壓值為 16V的電容。 電源設(shè)計 單片機系統(tǒng)電源設(shè)計是單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中的一項重要工作，電源的精度和可靠性等各項指標(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)域能夠在一個電源故障時，仍能繼續(xù)得到電源。 特點： （ 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 ， 一個驅(qū)動器和一個接收器低待機電流典型值為 1 Az 外接電容器 F。實現(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：單電源 (3— 30V)；雙電源 (177。由于燃氣灶輸出電壓太小并不能識別，本設(shè)計采用放大模塊進行放大，本設(shè)計中的采集模塊由一個兩級運算放大電路組成，主要用于放大輸出電壓到能 使 單片機識別的大小。一般來說，模擬地和數(shù)字地要分開處理，然后通過細的走線連在一起，或者單點接在一起。另外 MSP430F5529 采用矢量中斷， 2 個 8 位端口有中斷能力，支持十多個中斷源，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 必然會使 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負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。手動按鈕復(fù)位的電路如 圖 33 所示。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。 ESD 保護，抗干擾力強；低電壓供電；多達 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器分配；全部寄存器不占用 RAM 空間，均在模塊內(nèi)；定時器中斷可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；基于單片機的燃氣泄露檢測儀設(shè)計 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，但在眾多單片機系列中有獨特的優(yōu)勢。 綜上所述，從性能上考慮 MSP430 單片機擁有較多的引腳，單片機本身 具有較強的處理能力，方便了電路設(shè)計， 它采用精簡指令集結(jié)構(gòu)，在 8MHZ 時指令速度可達 8MIPS。 方案二： 采用低功耗的 MSP430 單片機，利用其功耗小功能強大的特點， 內(nèi)含 A/D 轉(zhuǎn)換部分 ，及外圍電路達到設(shè)計要求。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 共 38頁 2 燃氣泄漏檢測 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)計需要 ， 本設(shè)計介紹了兩種設(shè)計方案： 方案一： 選用一般性能的普通 51 系列單片機，配合看門狗電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路， 液晶顯示屏驅(qū)動電路等附屬電路完成設(shè)計。 本 燃氣泄漏檢測系統(tǒng)以單片機為核心，當(dāng)燃氣灶輸出燃氣流量超出標(biāo)準(zhǔn) ， 程序 會判斷流量是否異常，若異常檢測儀將進行報警并給出相應(yīng)動作并自動關(guān)閉閥門，保證了燃氣使用的安全。 alarm。 所以本設(shè)計有以下功能： 采集功能：采集灶具火焰熱電偶信號、燃氣表脈沖信號、報警器輸出信號。 在一些發(fā)達國家中都大力推廣甚至強制安裝燃氣報警器，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的燃氣泄漏檢測儀。但是隨著燃氣的廣泛應(yīng)用，由于燃氣泄漏所引發(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)等事故也時有發(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)計一款 燃氣 泄漏檢測器，監(jiān)控 燃氣灶 是否有泄漏現(xiàn)象，并根據(jù)燃氣泄漏流量 大小 ， 當(dāng) 燃氣 泄漏 值 超過安全標(biāo)準(zhǔn)時 ，系統(tǒng)進行 報警， 顯示煤氣是否有異?，F(xiàn)象，并發(fā)出同步信號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。燃氣的普及與應(yīng)用無疑對改善 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，第二章主要對本設(shè)計所采用的 方法進行了比較論證，選定了方法， 列出了本設(shè)計的系統(tǒng)框圖。 89C51 系列 單片機由于其內(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)，因而對它這樣的開放型的架構(gòu)來說，無論擴展 8 位的功能模塊，還是 16 位的功能模塊，即使擴展模 /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 系列單片機發(fā)展歷程 MSP430 系列單片機是美國 德州儀器 （ TI） 1996 年開始推向市場的一種 16 位超低功耗、具有 精簡指令集 （ RISC）的混合信號處理器（ Mixed Signal Processor） ， 稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應(yīng)用需求，將多個不同功能的 模擬電路 、 數(shù)字電路 模塊和 微處理器 集成 在一個芯片上，該系列單片機多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。在運算速度方面，MSP430 系列單片機能在 8HHz 晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn) 125ns 的指令周期。 LFXTl 振蕩器默認工作在低頻模式，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 22pF