【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2020 年初開(kāi)始接到國(guó)內(nèi)客戶(hù)提出需要定制無(wú)線點(diǎn)餐系統(tǒng)的要求。實(shí)際上，在無(wú)線點(diǎn)餐系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上，目前國(guó)內(nèi)基本和國(guó)際處于相同的發(fā)展水平 。 無(wú)線點(diǎn)餐系統(tǒng)所使用的主要手持終端 PDA 在 2020 年微軟推出 Windows CE 后才成為一個(gè)相對(duì)成熟的移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)，而基于 PDA 在各種行業(yè)應(yīng)用幾乎都是在此之后才開(kāi)始的。 ********大學(xué) ******學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 單片機(jī) +無(wú)線模塊。 采用單片機(jī)、單色 LCD 模塊、按鍵輸 入、微功耗的無(wú)線 IC，如 RF401。無(wú)操作系統(tǒng)、定制式軟件、價(jià)格便宜、功耗低、簡(jiǎn)單易用。但人機(jī)對(duì)話(huà)差、功能弱、軟件升級(jí)難、軟件移植復(fù)用能力差。由于此類(lèi)無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)大多數(shù)是針對(duì)于中小型餐飲企業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要突出了操作設(shè)備成本低廉、安裝簡(jiǎn)易、數(shù)據(jù)傳輸快捷、最終消費(fèi)過(guò)程明了等應(yīng)用特點(diǎn)，為餐飲企業(yè)解決勞動(dòng)力密集、管理過(guò)程繁雜、易出現(xiàn)跑冒滴漏等問(wèn)題，并杜絕由此引起的不良后果；同時(shí)，針對(duì)餐飲企業(yè)的規(guī)模和開(kāi)放式點(diǎn)菜特點(diǎn)，要求該系統(tǒng)在容量、穩(wěn)定性、嚴(yán)密性等方面有良好的表現(xiàn)。該系統(tǒng)采用 AVR 單片機(jī)主站與從站控 制系統(tǒng)和無(wú)線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜過(guò)程的自動(dòng)化和管理的系統(tǒng)化。 處理器 +操作系統(tǒng) +無(wú)線模塊 微軟 WINCE 操作系統(tǒng)、 32 位處理器、 16 色 LCD 觸摸屏和無(wú)線模塊。開(kāi)發(fā)、使用較方便，但操作系統(tǒng)非免費(fèi)且不開(kāi)源，增加了單個(gè)商品成本。在此類(lèi)系統(tǒng)中，可采用 Intel PXA255為處理器。 PXA255 微處理器采用帶有增強(qiáng)型存儲(chǔ)器管道的超級(jí)流水線 RISC 處理器架構(gòu)，兼容 ARMV5TE ISA 指令集（不支持浮點(diǎn)指令集），最高工作主頻在 400MHz，主要是針對(duì)無(wú)線、手持設(shè)備等方向的應(yīng)用設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際需要，該無(wú)線點(diǎn)菜系 統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由SDRAM、 Flash、 LCD、觸摸屏、無(wú)心通信等模塊組成。 ********大學(xué) ******學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 3 無(wú)線點(diǎn)菜器總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是基于 ZigBee 無(wú)線通信技術(shù)，以 16 位單片機(jī) MSP430F149 為處理器的簡(jiǎn)易點(diǎn)菜手持終端，可實(shí)現(xiàn)加菜、減菜、多桌菜單存儲(chǔ)等功能。本系統(tǒng)主要包括處理器模塊，鍵盤(pán)輸入模塊、 LCD 顯示模塊、 ZigBee 無(wú)線通信模塊、串口通信模塊以及系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)的總體架構(gòu) 本系統(tǒng)采用 ********大學(xué) ******學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) MSP430簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用 MSP430F149 16 位超低功耗單片機(jī)為處理器 。 MSP430 系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（ TI） 1996 年開(kāi)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(chēng)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，以提供“單片”解決方案。 TI 公司的 MSP430 系列是一個(gè)特別強(qiáng)調(diào)超低功耗的單片機(jī)品種，很適合應(yīng)用于采用電池供電的長(zhǎng)時(shí)間工作場(chǎng)合。在這個(gè)系列中有很多個(gè)型號(hào)，它們是 由一些基本功能模塊按不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成。 MSP430 系列的 CPU 采用 16 位精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)，集成有 16 位寄存器和常數(shù)發(fā)生器，發(fā)揮了最高的代碼效率。它采用數(shù)字控制振蕩器 DCO，使得從低功耗模式到喚醒模式的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 6 μ s。其中 MSP430x41x 系列微控制器設(shè)計(jì)有一個(gè) 16位定時(shí)器，一個(gè)比較器， 96 段 LCD 驅(qū)動(dòng)器和 48 個(gè)通用 I/O 引腳。 典型應(yīng)用：捕獲傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)加以處理后發(fā)送到主機(jī)。其中芯片中的比較器和定時(shí)器是工業(yè)儀表、計(jì)數(shù)裝置和手持式儀表等產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的理想選擇。 MSP430單片機(jī)的發(fā)展 德州儀器 1996 年到 2020 年初，先后推出了 31x、 32x、 33x 等幾個(gè)系列，這些系列具有 LCD驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)提高系統(tǒng)的集成度較有利。每一系列有 ROM 型（ C）、 OTP 型（ P）、和 EPROM 型（ E）等芯片。 EPROM 型的價(jià)格昂貴，運(yùn)行環(huán)境溫度范圍窄，主要用于樣機(jī)開(kāi)發(fā)。這也表明了這幾個(gè)系列的開(kāi)發(fā)模式，即：用戶(hù)可以用 EPROM 型開(kāi)發(fā)樣機(jī)；用 OTP 型進(jìn)行小批量生產(chǎn)；而 ROM 型適應(yīng)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。 2020 年推出了 11x/11x1 系列。這個(gè)系列采用 20 腳封裝，內(nèi)存容量、片上功能和 I/O 引腳數(shù)比較少，但是價(jià)格比較低廉。 這個(gè)時(shí)期的 MPS430 已經(jīng)顯露出了它的特低功耗等的一系列技術(shù)特點(diǎn)，但也有不盡如人意之處。它的許多重要特性如：片內(nèi)串行通信接口、硬件乘法器、足夠的 I/O 引腳等，********大學(xué) ******學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 只有 33x 系列才具備。 33x 系列價(jià)格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)用戶(hù)設(shè)計(jì)需要更多考慮成本時(shí)， 33x 并不一定是最適合的。而片內(nèi)高精度 A/D 轉(zhuǎn)換器又只有 32x 系列才有。 2020 年 7 月推出了 F13x/F14x 系列，在 2020 年 7 月到 2020 年又相繼推出 F41x、 F43x、F44x。這些全 部是 Flash 型單片機(jī)。 F41x 系列單片機(jī)有 48 個(gè) I/O 口， 96 段 LCD 驅(qū)動(dòng)。 F43x、 F44x 系列是在 13x、 14x的基礎(chǔ)上，增加了液晶驅(qū)動(dòng)器，將驅(qū)動(dòng) LCD 的段數(shù)由 3xx 系列的最多 120 段增加到 160段。并且相應(yīng)地調(diào)整了顯示存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的地址，為以后的發(fā)展拓展了空間。 MSP430 系列的部分產(chǎn)品具有 Flash 存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點(diǎn)。 TI 公司推出具有 Flash 型存儲(chǔ)器及 JTAG 邊界掃描技術(shù)的廉價(jià)開(kāi)發(fā)工具M(jìn)SPFET430X110，將國(guó)際上先進(jìn) 的 JTAG 技術(shù)和 Flash 在線編程技術(shù)引入 MSP430。這種以 Flash 技術(shù)與 FET 開(kāi)發(fā)工具組合的開(kāi)發(fā)方式，具有方便、廉價(jià)、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，給用戶(hù)提供了一個(gè)較為理想的樣機(jī)開(kāi)發(fā)方式。 2020 年 TI 公司又公布了 BOOTSTRAP LOADER 技術(shù)，利用它可在燒斷熔絲以后只要幾根線就可更改并運(yùn)行內(nèi)部的程序。這為系統(tǒng)軟件的升級(jí)提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可達(dá)到 32 個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度。 TI 公司在 2020 年底和 2020 年期間又陸續(xù)推出了 F15x 和 F16x 系列的產(chǎn)品。 在這 一新的系列中，有了兩個(gè)方面的發(fā)展。一是從存儲(chǔ)器方面來(lái)說(shuō)，將 RAM 容量大大增加，如F1611 的 RAM 容量增加到了 10KB。二是從外圍模塊來(lái)說(shuō)，增加了 I2C、 DMA、 DAC12 和SVS 等模塊。 MSP430單片機(jī)的特點(diǎn) 1） 處理能力強(qiáng) 。 MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些 特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 2） 運(yùn)算速度快 。 MSP430 系列單片機(jī)能在 25MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 40ns 的指令周期。 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）。 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?*******大學(xué) ******學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 壓和靈活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。 首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的 電流最低會(huì)在 165μ A 左右， RAM 保持模式下的最低功耗只有 A。 其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（ FLL 和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。 由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。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）。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá) A ，在 RAM 保持模式下，最低可達(dá) A 。 4） 片內(nèi)資源豐富 。 MSP430 系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門(mén)狗（ WDT）、模擬比較器 A、定時(shí)器 A0（ Timer_A0）、定時(shí)器 A1（ Timer_A1）、定時(shí)器 B0（ Timer_B0）、 UART、 SPI、 I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC、16 位Σ Δ ADC、 DMA、 I/O 端口、基本定時(shí)器（ Basic Timer）、 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC）和 USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門(mén)狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口， P0、 P P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速 率，最高可達(dá) 200kbps ，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I2C 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的 DMA 模塊。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 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。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需 5μ s。 5） 方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 。 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類(lèi)型的器件，這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后燒寫(xiě)或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用********大學(xué) ******學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。 MSP430系列 單片機(jī)匯編指令集 MSP430 的內(nèi)核 CPU 結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指令集和高透明指令的宗旨來(lái)設(shè)計(jì)的 ， 使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的高效率的仿真指令 。 仿真指令使用內(nèi)核指令及芯片額外配置的常數(shù)發(fā)生器 CG1， CG2。 MSP430 指令的尋址方式包括立即尋址 、 索引尋址 、 符號(hào)尋址和絕對(duì)尋址 。 這四種方式均可用于源操作數(shù)