【正文】 Cnt 就減一，當(dāng) BitCnt 等于 0 的時候就代表發(fā)送結(jié)束了。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 串口通訊時序圖 軟件模擬串口工作原理 發(fā)送模式 ： 我們通過串口發(fā)送的是一個 8 位的數(shù)據(jù)，但是一個字符幀實際上 有10 位二進制碼 。 關(guān)于SIFDACRx 的使用在 節(jié)有詳細介紹。 SIFCTL5 = 0x0045。該部分較為特殊的兩點在于： IF 的使能，需要在設(shè)置好其他寄存器之后才使能。 //延時， 1 x ACLK（實際為： x SIFCLK） SIFTSM3 = 0x6934。 P6DIR amp。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（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才編譯該部分的初始化程序，不包含 時就 不編譯 。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 4 軟件設(shè)計 在 一個產(chǎn)品設(shè)計中 ， 硬件往往相對固定，而軟件要靈活很多 。MSP430FW42x 系列的單片機有 5 種低功耗模式 ，分別是：LPM0,LPM1,LPM2,LPM3,LPM4。 對于 單片機來說，通常 檢測 到的功耗與 數(shù)據(jù)手冊相差較大 是因為 對 單片機 未使用的 GPIO 處理不 正確造成的 。但是 事實上 因為種種原因 ， 單片機的實際工作電壓往往高于最低電壓 。 對 單片機的低功耗設(shè)計 而言，有 以下 幾點需要注意 ： 1. 單片機的 工作頻率越低，單片機的功耗越 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)和流量檢測模塊不僅延長了電池 壽命 ,同時還提高了儀表的精度與性能。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（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)的過程如下： 1. 初始給一個最大值 0x3ff，此時檢測 SIFCTL3 的 SIF0OUT 位，該位為只讀的，當(dāng) SIFDAC 的值在波形之上時， 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（論文） 13 圖 PSM 狀態(tài)機工作框圖 PSM 狀態(tài)表原理 在下表中： No Rotation 表示 S S2 沒有變化 ， Turns right 表示向右運動了 90度， Turns left 表示向左運動了 90 度。 內(nèi)部 DAC 了 設(shè)定一條參考電壓，在檢測時間內(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（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。 兩個電感分別出于金屬區(qū)，非金屬區(qū)時，可以產(chǎn)生以下幾種情況： XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（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。 通過檢測電機電流是否大于設(shè)定值判斷電機是否堵轉(zhuǎn) 。 研究的主要內(nèi)容 MSP430FW427 作為主控中心 ，既要接收外部信號，又要對接收到的信號進行處理，還得對被控設(shè)備進行控制。而且有磁水表中的永磁體會吸附水中雜質(zhì)，日積月累，造成計量誤差。 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，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 ，容易造成計量誤差。 進入新世紀(jì)以來 ，智能水表成 為了急速發(fā)展 的水表種類 ，品種越來越多，性能越來越好 。 詳細分析 了 無磁水表 使用 LC 振蕩電路來測量流量 的原理 ， 分析了 SCAN IF 模塊中 PSM 狀態(tài)機的 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 介紹了使用 MSP430FW427 單片機相關(guān) 部分的 軟硬件 設(shè)計及系統(tǒng)的低功耗設(shè)計 ，硬件部分包括主控芯片的選型， LC 振蕩電路的設(shè)計，液晶顯示硬件的設(shè)計，電機驅(qū)動電路的設(shè)計，電流比較電路的設(shè)計， E2PROM 電路的設(shè)計 。本學(xué)位論文的知識產(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： TP2 密 級： 公開 UDC： 621 學(xué)校代碼： xxxx XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于低功耗 msp430 無磁水表單片系統(tǒng)開發(fā) Design of Nonmagic Water Meter MCU system Base on Low Power Consumption MSP430 作 者 XX 學(xué)號 XXXXXXxxx 申請學(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 答辯委員會主席 XX 評 閱 人 XX 20xx 年 5 月 致 謝 時光流逝，大學(xué)四年已在指間流逝殆盡，作為最后一個學(xué)期的課程，從年底著手準(zhǔn)備， 這次的 畢業(yè)設(shè)計是以我 所 在實習(xí)公司 的 一個項目 為題 展開的 。 軟件部分包括主程序的設(shè)計，初始化程序的設(shè)計， SCAN IF 模塊，軟件模擬串口，上位機通訊，液晶顯示，電機控制， E2PROM 存儲。 水表產(chǎn)品按結(jié)構(gòu)特征分類主要有：機械水表，帶電子的機械水表，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 對用水量進行計量 ， 并 管理用水 的 新型水表 。 無磁XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 水表以其計量精度高，無磁性，不會吸附水中雜質(zhì)，不易被人為干擾等優(yōu)點，長期使用仍能保持高精度，越來越被廣大表廠重視。 測量的準(zhǔn)確性，遠程傳輸?shù)臏?zhǔn)確性， 電機的控制，低功耗的設(shè)計 成為了我們的主要研究內(nèi)容 ,擬 解決的主要問題： 模擬前端信號的采集： 使用 LC 傳感器 ， 通過振蕩波形 確定電感是處在金屬區(qū)還是非金屬區(qū)，再根據(jù)兩個電感 所在區(qū)域 以及前后狀態(tài)進行方向的判斷和計數(shù)。 所以 電機到達極限位置時停止轉(zhuǎn)動也是電機開關(guān)閥控制的難點。當(dāng)我們只使用一個 LC傳感器時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，我們不斷得到 0， 1 的信號，根據(jù)信號變化快慢，可以測 出 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的速度。 表 電感電容組合表 SCAN IF 模塊工作 過程 SCAN IF 模塊是一個接口，外部只需連接一個合適的電容和電感即可完成檢測。 由于電壓的遲滯，通常使用兩個 成對的 DAC 寄存器完成對 傳感器信號的判斷。 Error： 表示發(fā)生了錯誤的運動。 Q1 和 Q2 表示當(dāng)該值為 1 時對 計數(shù)器進行加一或者減一的操作。當(dāng) SIFDAC 的值在波形之下時，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) ，完成無磁水表的系統(tǒng)設(shè)計。 [6]MSP430FW42x 的典型應(yīng)用包括熱量儀表、熱水和冷水儀表、 氣體儀表和工業(yè)流量計、風(fēng)力計以及其他旋轉(zhuǎn)檢測應(yīng)用。本次設(shè)計中，我們使用 4 個公共端， 20 個 LCD 管腳，總計 24 個 IO 口，圖中 S0S19，分別連接單片機 S0S19 的 IO 口。當(dāng)電機正常轉(zhuǎn)動時， 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 堵轉(zhuǎn) 而產(chǎn)生大電流 時， 橋式電路下端的 電流大約 是 300mA，則 CA0 處的電壓為 ， CA0 大于 CA1。 手冊中通常給出每 MHz 的功耗 。 所以 參考手冊 給出的 參數(shù)，只 可以用作 對比，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 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（論文） 27 SIFTSM4 = 0x1974。 SIFCOM 端加載 VCC/2 電壓時需要延時一段時間，使電壓穩(wěn)定。 4. 設(shè)置信號處理狀態(tài)機（ SIFPSMV）： 配置信號處理狀態(tài)機，也就是編寫 一張信號處理狀態(tài)表 。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 開始IO 口設(shè)置為第二功能設(shè)置時間狀態(tài)機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)置信號處理狀態(tài)機SIF P SM V 圖 SCAN IF 模塊初始化程序流程圖 串口 因為 MSP430FW427 單片機內(nèi)部沒有 硬件 串口模塊，所以需要軟件模擬串口 進行通訊 。所以我們要把 8 位的數(shù)據(jù)修改為一個 10 位的字符幀。 接收模式： 接收模式時， 需要接收 8 位有效的二進制數(shù) 。 Timer_A模塊使用的是外部 的外部晶振 ， 所以 一位的時間 為 1/32768 = 。 上位機的編程使用的是 VS20xx，語言是 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（論文） 33 開始開關(guān)閥命令打開比較器H 橋?qū)ㄟM行開關(guān)閥是比較器中斷H 橋關(guān)閉電機停轉(zhuǎn)是結(jié)束否否 圖 電機控制程序流程圖 E2PROM存儲 我們的無磁水表是使用電磁供電的，所以在換電池時單片機是斷電 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 在換電池時記錄下當(dāng)前 的 用水信息，在通電時再把信息從 E2PROM 中讀回去。 圖 SCAN IF TSM 狀態(tài)機設(shè)定 1 圖 SCAN IF TSM 狀態(tài)機設(shè)定 2 圖 設(shè)定 2 波形圖 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 電容電感測試 以下是使用不同電感進行波形測試的實驗 波形圖 。遵循模塊化 的 設(shè)計原則，完成整個系統(tǒng)設(shè)計。 4. 上位機開發(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、簡單、美觀。如復(fù)位電路使用的那個元器件，需要幾個μ A，而且多處使用了這個期間，這會導(dǎo)致功耗急劇增加。液晶的對比度電阻選擇也有問題，功耗超過預(yù)期，預(yù)期 在 2μ A 左右 ,實際使用中超過 50μA，因此功耗問題還有很多地方需要改進 。 但現(xiàn)在開發(fā)的 windows 桌面應(yīng)用程序仍可以作為測試之用。和普通的 有磁傳感器相比， 無磁傳感器不會吸附水中雜質(zhì)，長期使用可以保持高精度。 圖 電容電感測試 1： 80UH 大體積電感正常波形 圖 電容電感測試 2： 80UH 小體積電感正常波形 圖 電容電感測試 3： 100UH 大體積電感正常波形 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 圖 電容電感測試 4： 100UH 小體積電感正常波形 圖 電容電感測試 5： 140UH 大 體積電感正常波形 液晶測試 液晶測試主要在設(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。繪制出來效果圖如下圖。 XXXXXXXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 Timer_A 內(nèi)部有一個 TAR（ Timer_A Register）， TAR 是 Timer_A 的計數(shù)器，它隨著晶振一直計數(shù)，當(dāng)它的值等于 TACCRx 時就會產(chǎn)生中斷，此時，我們讓 TACCRx計數(shù)器的值加 0x0e，那么 14 個時鐘周期后 TAR 又會再次等于 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 時就代