【正文】 Cnt 就減一，當(dāng) BitCnt 等于 0 的時(shí)候就代表發(fā)送結(jié)束了。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 串口通訊時(shí)序圖 軟件模擬串口工作原理 發(fā)送模式 ： 我們通過(guò)串口發(fā)送的是一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)，但是一個(gè)字符幀實(shí)際上 有10 位二進(jìn)制碼 。 關(guān)于SIFDACRx 的使用在 節(jié)有詳細(xì)介紹。 SIFCTL5 = 0x0045。該部分較為特殊的兩點(diǎn)在于： IF 的使能，需要在設(shè)置好其他寄存器之后才使能。 //延時(shí)， 1 x ACLK（實(shí)際為： x SIFCLK） SIFTSM3 = 0x6934。 P6DIR amp。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 程序中 充分 利用模塊化的思想，使用條件編譯，在包含該部分頭文件時(shí)才編譯該部分的初始化程序，不包含 時(shí)就 不編譯 。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 4 軟件設(shè)計(jì) 在 一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中 ， 硬件往往相對(duì)固定，而軟件要靈活很多 。MSP430FW42x 系列的單片機(jī)有 5 種低功耗模式 ，分別是：LPM0,LPM1,LPM2,LPM3,LPM4。 對(duì)于 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，通常 檢測(cè) 到的功耗與 數(shù)據(jù)手冊(cè)相差較大 是因?yàn)?對(duì) 單片機(jī) 未使用的 GPIO 處理不 正確造成的 。但是 事實(shí)上 因?yàn)榉N種原因 ， 單片機(jī)的實(shí)際工作電壓往往高于最低電壓 。 對(duì) 單片機(jī)的低功耗設(shè)計(jì) 而言，有 以下 幾點(diǎn)需要注意 ： 1. 單片機(jī)的 工作頻率越低，單片機(jī)的功耗越 低 。 可以算出 CA1 處的電壓為 。 其中公共端為 1 到 4 段可以編程選擇。 [6]該器件的超低功耗結(jié)構(gòu)和流量檢測(cè)模塊不僅延長(zhǎng)了電池 壽命 ,同時(shí)還提高了儀表的精度與性能。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 結(jié)構(gòu)框圖 下圖是本課題的結(jié)構(gòu)框圖 。得到 UpperDAC1 和 LowerDAC1 后， UpperDAC1+LowerDAC1 除以 2 就是中間值。 自校準(zhǔn)的過(guò)程如下： 1. 初始給一個(gè)最大值 0x3ff，此時(shí)檢測(cè) SIFCTL3 的 SIF0OUT 位，該位為只讀的，當(dāng) SIFDAC 的值在波形之上時(shí)， SIFOUT 等于 0。 Q3 和 Q0 表示當(dāng)前 S1 和 S2 的值 。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 PSM 狀態(tài)機(jī)工作框圖 PSM 狀態(tài)表原理 在下表中： No Rotation 表示 S S2 沒(méi)有變化 ， Turns right 表示向右運(yùn)動(dòng)了 90度， Turns left 表示向左運(yùn)動(dòng)了 90 度。 內(nèi)部 DAC 了 設(shè)定一條參考電壓，在檢測(cè)時(shí)間內(nèi) ，即圖中 tgate，如果正弦波的包絡(luò)線在參考電壓之下則為 0，如果在參考電壓之上則為 1。 流量檢測(cè)傳感器的選型 LC 振蕩的公式： ???? = 12??√ 1???? ………………………….. （ ） 其中： fr：振蕩頻率 ； XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 L：電感 ； C：電容 ； 下圖中列出了不同電感和電容互相組合后的頻率。 兩個(gè)電感分別出于金屬區(qū)，非金屬區(qū)時(shí)，可以產(chǎn)生以下幾種情況： XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 位置波形圖 我們把衰減更快的情況記作 0，衰減更慢的情況記作 1。 通過(guò)檢測(cè)電機(jī)電流是否大于設(shè)定值判斷電機(jī)是否堵轉(zhuǎn) 。 研究的主要內(nèi)容 MSP430FW427 作為主控中心 ，既要接收外部信號(hào)，又要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，還得對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行控制。而且有磁水表中的永磁體會(huì)吸附水中雜質(zhì)，日積月累，造成計(jì)量誤差。 隨著 智能水表 的出現(xiàn) ， 以往 用水 的 管理模式 也得到了改變。盡管 電子水表 有很多優(yōu)點(diǎn)，但 電子水表也有它的 局限性 ， 例如： 易受管振、電磁環(huán)境干擾 ，容易造成計(jì)量誤差。 進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái) ，智能水表成 為了急速發(fā)展 的水表種類 ，品種越來(lái)越多，性能越來(lái)越好 。 詳細(xì)分析 了 無(wú)磁水表 使用 LC 振蕩電路來(lái)測(cè)量流量 的原理 ， 分析了 SCAN IF 模塊中 PSM 狀態(tài)機(jī)的 工作 原理及狀態(tài)表的編寫，分析了 SCAN IF 模塊參考電壓自校準(zhǔn)的 工作 流程 ， 重點(diǎn) 介紹了使用 MSP430FW427 單片機(jī)相關(guān) 部分的 軟硬件 設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì) ，硬件部分包括主控芯片的選型， LC 振蕩電路的設(shè)計(jì)，液晶顯示硬件的設(shè)計(jì)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，電流比較電路的設(shè)計(jì)， E2PROM 電路的設(shè)計(jì) 。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 學(xué)生簽名： XXXXXXXX 日期： 20xx 年 5 月 分類號(hào)： TP2 密 級(jí)： 公開 UDC： 621 學(xué)校代碼： xxxx XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于低功耗 msp430 無(wú)磁水表單片系統(tǒng)開發(fā) Design of Nonmagic Water Meter MCU system Base on Low Power Consumption MSP430 作 者 XX 學(xué)號(hào) XXXXXXxxx 申請(qǐng)學(xué)位 工學(xué)學(xué)士 指導(dǎo)教師 XX 副 教授 學(xué)科專業(yè) XXXXXX 培養(yǎng)單位 XXXXXXXX 答辯委員會(huì)主席 XX 評(píng) 閱 人 XX 20xx 年 5 月 致 謝 時(shí)光流逝，大學(xué)四年已在指間流逝殆盡，作為最后一個(gè)學(xué)期的課程，從年底著手準(zhǔn)備， 這次的 畢業(yè)設(shè)計(jì)是以我 所 在實(shí)習(xí)公司 的 一個(gè)項(xiàng)目 為題 展開的 。 軟件部分包括主程序的設(shè)計(jì)，初始化程序的設(shè)計(jì)， SCAN IF 模塊，軟件模擬串口，上位機(jī)通訊，液晶顯示，電機(jī)控制， E2PROM 存儲(chǔ)。 水表產(chǎn)品按結(jié)構(gòu)特征分類主要有：機(jī)械水表，帶電子的機(jī)械水表，電子水表。還有量程較小 ， 使用范圍也跟著變小了。智能水表結(jié)合了 多種現(xiàn)代科學(xué) 來(lái) 對(duì)用水量進(jìn)行計(jì)量 ， 并 管理用水 的 新型水表 。 無(wú)磁XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 水表以其計(jì)量精度高，無(wú)磁性，不會(huì)吸附水中雜質(zhì)，不易被人為干擾等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期使用仍能保持高精度，越來(lái)越被廣大表廠重視。 測(cè)量的準(zhǔn)確性，遠(yuǎn)程傳輸?shù)臏?zhǔn)確性， 電機(jī)的控制，低功耗的設(shè)計(jì) 成為了我們的主要研究?jī)?nèi)容 ,擬 解決的主要問(wèn)題： 模擬前端信號(hào)的采集： 使用 LC 傳感器 ， 通過(guò)振蕩波形 確定電感是處在金屬區(qū)還是非金屬區(qū)，再根據(jù)兩個(gè)電感 所在區(qū)域 以及前后狀態(tài)進(jìn)行方向的判斷和計(jì)數(shù)。 所以 電機(jī)到達(dá)極限位置時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)也是電機(jī)開關(guān)閥控制的難點(diǎn)。當(dāng)我們只使用一個(gè) LC傳感器時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，我們不斷得到 0， 1 的信號(hào)，根據(jù)信號(hào)變化快慢，可以測(cè) 出 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。 表 電感電容組合表 SCAN IF 模塊工作 過(guò)程 SCAN IF 模塊是一個(gè)接口，外部只需連接一個(gè)合適的電容和電感即可完成檢測(cè)。 由于電壓的遲滯，通常使用兩個(gè) 成對(duì)的 DAC 寄存器完成對(duì) 傳感器信號(hào)的判斷。 Error： 表示發(fā)生了錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)。 Q1 和 Q2 表示當(dāng)該值為 1 時(shí)對(duì) 計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一或者減一的操作。當(dāng) SIFDAC 的值在波形之下時(shí)，SIFOUT 等于 1。 7. 使用中間值加減 5 給 SIFDAC 賦值。本次課題 以 msp430fw427做 主控器，配合其他外設(shè) ，完成無(wú)磁水表的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 [6]MSP430FW42x 的典型應(yīng)用包括熱量?jī)x表、熱水和冷水儀表、 氣體儀表和工業(yè)流量計(jì)、風(fēng)力計(jì)以及其他旋轉(zhuǎn)檢測(cè)應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)中，我們使用 4 個(gè)公共端， 20 個(gè) LCD 管腳，總計(jì) 24 個(gè) IO 口，圖中 S0S19，分別連接單片機(jī) S0S19 的 IO 口。當(dāng)電機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， H 橋流出的電流大約 20mA，則 CA0處的電壓 小于 CA1，約 為 ，當(dāng)電機(jī) 堵轉(zhuǎn) 而產(chǎn)生大電流 時(shí)， 橋式電路下端的 電流大約 是 300mA，則 CA0 處的電壓為 ， CA0 大于 CA1。 手冊(cè)中通常給出每 MHz 的功耗 。 所以 參考手冊(cè) 給出的 參數(shù)，只 可以用作 對(duì)比，提供 的 參考作用 。默認(rèn)情況下， MSP430 的 GPIO 是作為輸入的 。其中 LPM4 為 RAM 保存模式，所以應(yīng)該使 MCU盡量工作在 LPM3 模式下。所以在硬件條件相同的情況下，軟件的設(shè)計(jì) 是非常重要的，好的軟件不僅僅在于滿足功能，還可以使功能更穩(wěn)定， 功耗更低。所以 只需要 設(shè)置是否包含 頭文件就可以控制 是否 編譯 這部分程序。= ~ (BIT0|BIT1)。 //打開 DAC 和比較器， 13 x SIFCLK XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 SIFTSM4 = 0x1974。 SIFCOM 端加載 VCC/2 電壓時(shí)需要延時(shí)一段時(shí)間，使電壓穩(wěn)定。 4. 設(shè)置信號(hào)處理狀態(tài)機(jī)（ SIFPSMV）： 配置信號(hào)處理狀態(tài)機(jī)，也就是編寫 一張信號(hào)處理狀態(tài)表 。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 開始IO 口設(shè)置為第二功能設(shè)置時(shí)間狀態(tài)機(jī)S IF T S M x設(shè)置控制寄存器S IF C T L x使能 SC A N IF 模塊開始自校準(zhǔn)結(jié)束設(shè)置信號(hào)處理狀態(tài)機(jī)SIF P SM V 圖 SCAN IF 模塊初始化程序流程圖 串口 因?yàn)?MSP430FW427 單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有 硬件 串口模塊，所以需要軟件模擬串口 進(jìn)行通訊 。所以我們要把 8 位的數(shù)據(jù)修改為一個(gè) 10 位的字符幀。 接收模式： 接收模式時(shí)， 需要接收 8 位有效的二進(jìn)制數(shù) 。 Timer_A模塊使用的是外部 的外部晶振 ， 所以 一位的時(shí)間 為 1/32768 = 。 上位機(jī)的編程使用的是 VS20xx，語(yǔ)言是 C。只需要 設(shè)置 LCDCTL 寄存器和 BTCTL 寄存器 中 的 Bit43 即可完成配置。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 開始開關(guān)閥命令打開比較器H 橋?qū)ㄟM(jìn)行開關(guān)閥是比較器中斷H 橋關(guān)閉電機(jī)停轉(zhuǎn)是結(jié)束否否 圖 電機(jī)控制程序流程圖 E2PROM存儲(chǔ) 我們的無(wú)磁水表是使用電磁供電的，所以在換電池時(shí)單片機(jī)是斷電 的，但是我們不希望之前的數(shù)據(jù)丟失，所以我們使用了 E2PROM 在換電池時(shí)記錄下當(dāng)前 的 用水信息，在通電時(shí)再把信息從 E2PROM 中讀回去。 圖 SCAN IF TSM 狀態(tài)機(jī)設(shè)定 1 圖 SCAN IF TSM 狀態(tài)機(jī)設(shè)定 2 圖 設(shè)定 2 波形圖 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 電容電感測(cè)試 以下是使用不同電感進(jìn)行波形測(cè)試的實(shí)驗(yàn) 波形圖 。遵循模塊化 的 設(shè)計(jì)原則，完成整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 4. 上位機(jī)開發(fā)，使用 C和 VS20xx 開發(fā)的 windows 桌面應(yīng)用程序，使數(shù)據(jù)通訊變得直觀、簡(jiǎn)單、美觀。如復(fù)位電路使用的那個(gè)元器件，需要幾個(gè)μ A，而且多處使用了這個(gè)期間，這會(huì)導(dǎo)致功耗急劇增加。液晶的對(duì)比度電阻選擇也有問(wèn)題，功耗超過(guò)預(yù)期，預(yù)期 在 2μ A 左右 ,實(shí)際使用中超過(guò) 50μA，因此功耗問(wèn)題還有很多地方需要改進(jìn) 。 但現(xiàn)在開發(fā)的 windows 桌面應(yīng)用程序仍可以作為測(cè)試之用。和普通的 有磁傳感器相比， 無(wú)磁傳感器不會(huì)吸附水中雜質(zhì)，長(zhǎng)期使用可以保持高精度。 圖 電容電感測(cè)試 1： 80UH 大體積電感正常波形 圖 電容電感測(cè)試 2： 80UH 小體積電感正常波形 圖 電容電感測(cè)試 3： 100UH 大體積電感正常波形 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 圖 電容電感測(cè)試 4： 100UH 小體積電感正常波形 圖 電容電感測(cè)試 5： 140UH 大 體積電感正常波形 液晶測(cè)試 液晶測(cè)試主要在設(shè)置液晶的刷新頻率，即修改 BTCTL 寄存器的 Bits34， 00 ：fACLK/32， 01 ： fACLK/64， 10： fACLK/128， 11 ： fACLK/256。由于 MSP430 沒(méi)有硬件的 I2C，所以這里使用了軟件模擬 I2C 協(xié)議。 根據(jù)原理圖我們可以很輕松的完成LCD 模塊的編程。繪制出來(lái)效果圖如下圖。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 Timer_A 內(nèi)部有一個(gè) TAR（ Timer_A Register）， TAR 是 Timer_A 的計(jì)數(shù)器，它隨著晶振一直計(jì)數(shù)，當(dāng)它的值等于 TACCRx 時(shí)就會(huì)產(chǎn)生中斷，此時(shí)，我們讓 TACCRx計(jì)數(shù)器的值加 0x0e，那么 14 個(gè)時(shí)鐘周期后 TAR 又會(huì)再次等于 TACCRx 產(chǎn)生中斷。每接收 到 一位數(shù)據(jù) BitCnt 就減一，當(dāng) BitCnt等于 0 時(shí)就代