【正文】 供電電路采用 USB 接口 。寄存器的每一個(gè)單元分配給 IC 芯片的相應(yīng)引腳，每一個(gè)獨(dú)立的單元稱為 BSC（ BoundaryScan Cell）邊界掃描單元。 單片機(jī)最小系統(tǒng)，或稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。與SPI 相關(guān)的指令共有 8 個(gè)，使用時(shí)這些控制指令由 nRF24L01 的 MOSI 輸入。在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí) nRF24L01 也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 寫時(shí)隙需 要 15～ 75μs，且在 2次獨(dú)立的寫時(shí)隙之間至少需要 1μs的恢復(fù)時(shí)間。如果在多芯片掛接時(shí)使用此指令將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致錯(cuò)誤出現(xiàn)。當(dāng) 18B20 接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在 15~60μS 后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式 ,如 SPI/ IIC/ MICROWIRE 不同 ,它采用單根電源檢測6 4 位 R O M和單 線 接 口存 儲(chǔ) 器 和 控 制 器高 速 緩 存 存 儲(chǔ) 器8 位 C R C 生 成 器溫 度 靈 敏 元 件低 溫 觸 發(fā) 器高 溫 觸 發(fā) 器配 置 寄 存 器哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 12 信號(hào)線 ,既傳輸時(shí)鐘 ,又傳輸數(shù)據(jù) ,而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。 模塊化和可擴(kuò)展的集成開發(fā)環(huán)境 （ 1） 用于構(gòu)建和調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序的無縫集成開發(fā)環(huán)境 ； （ 2） 強(qiáng)大的工程管理器，允許同一工作區(qū)管理多個(gè)工程 ； （ 3） 工程的層次化表示方法 ； （ 4） 可停靠窗口和浮動(dòng)窗口管理 ； （ 5） 智能型源文件瀏覽器 ； （ 6） 帶有代碼模板和支持多字節(jié)等豐富特色的編輯器 ； （ 7） 可以在全局層次、源文件組層次、或者單個(gè)的源文件層次上進(jìn)行配置 ； （ 8） 靈活的工程編譯，如批量編譯，前 /后編譯或在編譯過程中訪問外部工具的客戶定制編譯 ； （ 9） 集成了源代碼控制系統(tǒng)的接口 ； （ 10） 為多種芯片提供配套的現(xiàn)成的頭文件，芯片描述文件和鏈接器命令文件 ； 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 8 （ 11） 為多種 MSPFET430 工具提供現(xiàn)成代碼和工程范例 ； 高度優(yōu)化的 C/C++編譯器 （ 1） 支持 C， EC++和擴(kuò)展 EC++， 并且包含有模板，名字空間和標(biāo)準(zhǔn)模板庫（ STL）等 ； （ 2） MISRA C 檢查器 ； （ 3） 支持所有 MSP430 和 MSP430X 架構(gòu)的芯片 ； （ 4） 針對(duì)特定目標(biāo)的嵌入式應(yīng)用程序的語言擴(kuò)展 用于數(shù)據(jù) /函數(shù)定義和存儲(chǔ)器及類型屬性 聲明的擴(kuò)展關(guān)鍵字使用 Pragma 指令控制編譯器行為，比如用來分配內(nèi)存在 C 源碼中可直接訪問的本征函數(shù)，從而執(zhí)行低級(jí)處理器操作，例如 MSP430 省電模式 ； （ 5） 通過專用實(shí)時(shí)庫模塊支持硬件乘法器外設(shè)模塊 ； （ 6） 位置無關(guān)代碼 ； （ 7） 32 位和 64 位標(biāo)準(zhǔn) IEEE 格式的浮點(diǎn)類型 ； （ 8） 對(duì)代碼 的大小和執(zhí)行速度多級(jí)優(yōu)化，允許不同的轉(zhuǎn)換形式，例如函數(shù)內(nèi)聯(lián)和循環(huán)展開等等 ； （ 9） 高級(jí)的全局優(yōu)化和特定優(yōu)化相結(jié)合，可以生成最為緊湊和穩(wěn)定的代碼 [7]； 本章小結(jié) 本章主要簡要介紹了 msp430單片機(jī)的軟硬件系統(tǒng)和特點(diǎn)以及 msp430的編程 開發(fā)環(huán)境 IAR 的一些特點(diǎn)，為接下來的硬件設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)做了鋪墊。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（ AM）和五種低功耗模式（ LPM0～ LPM4）。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 第 2 章 主控芯片及編程環(huán)境的介紹 MSP430 簡介 MSP430 系列單片機(jī)是美國德州儀器（ TI） 1996 年開始推向市場的一種16 位超低 MSP430 單片機(jī)功耗、具有精簡指令集（ RISC）的混合信號(hào)處理器（ Mixed Signal Processor）。 數(shù)碼管顯示部分雖然較簡單但是在調(diào)試過程有重要作用，是顯示軟硬件好使的必要條件，不可忽視。同時(shí)許多公司也相繼推出基于 nRF24L01 的無線傳輸模塊。Temperature。傳輸距離 30m,溫度范圍達(dá)到 0 至 125 攝氏度，精度 1 攝氏度。 國內(nèi)外研究狀況及相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 在 非授權(quán)頻段上 ,目前已經(jīng)云集了藍(lán)牙、 WiFi、 Zigbee 等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無線協(xié)議 。 本系統(tǒng)的核心控制芯片選用的是 MSP430F149。 第 4 章 軟件 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本章根據(jù)系統(tǒng) 的總方案，設(shè)計(jì)出程序的總流程圖，并利用 C 語言編寫相應(yīng)的程序。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。在其集成開發(fā)環(huán)境（ IDE）中包 含了 IAR 的 C/C++編譯器，匯編工具，鏈接器，文本編輯器，工程管理器和 CSPY 調(diào)試器。 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循 18B20 的讀寫時(shí)序來操作。讀時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線至少 1μs。各引腳功能如 圖 所示。在寫寄存器之前一定要進(jìn)入待機(jī)模式或掉電模式。并且有 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，帶有內(nèi)部參考源、采樣保持、自 動(dòng)掃描特性等 。 具有 JTAG 口的芯片都有如下 JTAG 引腳定義： TCK——測試時(shí)鐘輸入； TDI——測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過 TDI 輸入 JTAG 口； TDO——測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過 TDO 從 JTAG 口輸出； TMS——測試模式選擇， TMS 用來設(shè)置 JTAG 口處于某種特定的測試模式； 可選引腳 TRST——測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效 ； JTAG 內(nèi)部有一個(gè)狀態(tài)機(jī)，稱為 TAP 控制器。如加鎖，必須先解鎖，方可進(jìn)行操作。 圖 復(fù)位電路圖 晶振電路 晶振電路 MSP430 系列單片機(jī)時(shí)鐘模塊包括數(shù)控振蕩器 (DCO)、高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器等 3 個(gè)時(shí)鐘源。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 第 4 章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 分部分 軟件設(shè)計(jì) 溫度檢測 溫度檢測模塊軟件設(shè)計(jì) DS18B20 的測溫原理遵循嚴(yán)格的單總線協(xié)議，以確保通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，單片機(jī)通過時(shí)序來寫入和讀出 DS18B20 中的數(shù)據(jù)，包括初始化、讀 l、讀 0，寫 寫 0 等操作。 開始初始化從 DS 18 B 20 讀溫度轉(zhuǎn)換溫度為十進(jìn)制將溫度寫入發(fā)射數(shù)組發(fā)射數(shù)據(jù)延時(shí)哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 35 圖 接收部分總體流程圖 本章小結(jié) 本章主要是講解了系統(tǒng) 子程序及 總程序的設(shè)計(jì)思想 ，并分別介紹了各子模塊的程序流程及最后總程序的流程，系統(tǒng)軟件采用模塊化編程思路，這樣，在軟件調(diào)試時(shí)，可以隨時(shí)調(diào)用子模塊程序 ，更有利于子模塊調(diào)試。 圖 發(fā)射部分成品 如圖 就是無 線溫度測量檢測系統(tǒng)的接受端成品 。 圖 無線接收軟件流程圖 開始初始化CE 置低配置 CONFIG 為接收模式寫入接收地址打開接收通道 0設(shè)置工作頻率設(shè)置接收數(shù)據(jù)寬度寫入發(fā)射功率與數(shù)據(jù)傳輸率CE 置高判斷接收中斷讀接收數(shù)據(jù)是 否哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 33 顯示模塊軟件設(shè)計(jì) LED 溫度顯示電路包含有 4 只 LED，共陰 極，顯示采用逐位掃描的方式。 P2 口為段選， P6 口為位選。 AS1117 除了能提供多種固定電壓版本外（ Vout＝ ,5V），還提供可調(diào)端輸出版本，該版本能提供的輸出電壓范圍為 ~。 JTAG常用指令如下： SAMPLE/PRELOAD——用此指令采樣 BSC 內(nèi)容或?qū)?shù)據(jù)寫入 BSC 單元； EXTEST——當(dāng)執(zhí)行此指令時(shí)， BSC 的內(nèi)容通過引腳送到其連接的相應(yīng)芯片的引腳，我們就是通過這種指令實(shí)現(xiàn)在線寫 Flash 的； 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 BYPASS——此指令將一個(gè)一位寄存器軒于 BSC 的移位回路中，即僅有一個(gè)一位寄存器處于 TDI 和 TDO 之間。 JTAG 最初是用來對(duì)芯片進(jìn)行測試的， JTAG 的基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè) TAP（ Test Access Port。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射 。模塊中nRF24L01 和 MSP430F149 通過 MOSI、 MISO 和 SCK 組成 SPI 接口，單片機(jī)接 的低頻晶振工作， nRF24L01 外接晶振為 16MHz，由低速的單片機(jī)控制高速收發(fā)的射頻芯片，結(jié)構(gòu)如圖 所示 [9]。單片機(jī)先發(fā)一個(gè)復(fù)位脈沖，保持低電平時(shí)間最少 480μs，最多不能超過 960μs。誠然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過每個(gè)器件上所獨(dú)有的 ID 號(hào)來區(qū)別，一般只掛接單個(gè) 18B20 芯片時(shí)可以跳過 ROM 指令（注意：此處指的跳過 ROM 指令并非不發(fā)送 ROM指令，而是用特有的一條 “跳過指令 ”） 。 DS18B20 共 64 位 ROM。 DS18B20 芯片封裝 如圖 所示。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需 5μs。 （ 3） 超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。C 至 125176。類似美國 DALLAS 公司推出的數(shù)字測溫芯片DS18B20 層出不窮，國內(nèi)外的研究在這方面的研究也趨近完善 [3]。當(dāng)前的科技水平下，無線通信技術(shù)的發(fā)展使得溫度采集測量精確，簡便易行。哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 基于 nRF24L01 的遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 溫度檢測在日常生活、工作和工程實(shí)踐中具有重要的應(yīng)用。而且大棚和糧倉占地面積大，檢測目標(biāo)分 散，測點(diǎn)較多，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。 同樣隨著傳感器及 電子電路的發(fā)展，集成的溫度檢測器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。溫度測量范圍： 0176。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、 40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。 另外， MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。本系統(tǒng)中溫度傳感器輸出腳I/O 直接與單片機(jī)的 相連，外接 KΩ的上拉電阻到電源，采用 MSP430的電源供電 [8]。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。 與 DS18B20的所有通訊都是由一個(gè)單片機(jī)的復(fù)位脈沖和一個(gè) DS18B20的應(yīng)答脈沖開始的。該 芯片功 耗低， 6dBm 功率發(fā)射時(shí)，工作電流 9mA，接收時(shí)工作電流只有哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 ，可選擇的掉電模式和空閑模式使其應(yīng)用設(shè)計(jì)更為方便。最后發(fā)射成功時(shí) ,若 CE 為低則 nRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。 圖 顯示部分電路圖 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 驅(qū)動(dòng)電路選擇 SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣。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。 通過 TCK、 TMS 的設(shè)置，可將 JTAG 設(shè)置為接收指令或數(shù)據(jù) 狀態(tài)。 AS1117 是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸出 1A電流時(shí)，輸入輸出的電壓差典型值僅為 。 表 發(fā)射部分管腳分配 管腳名稱 分配引腳 CE CSN CLK MOSI MISO IRQ VDD VCC GND GND DQ 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 圖 DS18B20 電路圖 圖 nRF24L01 電路圖 接收部分 數(shù)碼管選擇的是 P2 與 P6 口。當(dāng)接收方檢測到有效地 址和 CRC 時(shí)，就將數(shù)據(jù)包儲(chǔ)存在接收堆棧中，同時(shí)狀態(tài)寄存器中的中斷標(biāo)志位 RX—DR 置高，產(chǎn)生中斷使 IRQ引腳變?yōu)榈碗娖?，以便通?MCU 去取數(shù)據(jù) ， 其流程圖如圖 所示 。 如圖 就是無線溫度檢測系統(tǒng)發(fā)射端的發(fā)射端 成品 ，發(fā)射端在接通電源的情況下會(huì)立即完成初始化，實(shí)時(shí)地發(fā)送溫度數(shù)值。 開始初始化判斷接收中斷從 RX _ FIFO buffer讀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)碼管顯示