【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 低，工作可靠 nRF905 沒(méi)有復(fù)雜的通信協(xié)議，完全對(duì)用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信，因此很適用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它可應(yīng)用在 ： 無(wú)線數(shù)據(jù)通訊、報(bào)警和安全系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)遙控裝置、車輛安全系統(tǒng)、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程遙控及其它短距離無(wú)線高速應(yīng)用，故本系統(tǒng)將 nRF905 做為無(wú)線收發(fā)芯片的首選。 導(dǎo)購(gòu)終端顯示 的選型 為了開發(fā)友好的用戶界面，數(shù)據(jù)顯示顯得尤其重要，該部分接受控制器送來(lái)的待顯示的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理，按照要求顯示在相應(yīng)的設(shè)備上。 顯示設(shè)備的種類有很多，一般包括發(fā)光二極管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示屏等。單個(gè)發(fā)光二極管只能指示一種狀態(tài)，多位 LED 數(shù)碼管可以顯示簡(jiǎn)單的字符串和數(shù)字型參數(shù)，液晶顯示屏能夠顯示的內(nèi)容最豐富，可以同時(shí)顯示字符和圖形，便于開發(fā)友好的人機(jī)交互式界面。 LCD 選用帶字庫(kù)的 12864 圖形點(diǎn)陣液晶屏，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字， 128 個(gè)字符，及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM。可與 CPU直接借口，提供兩種界面來(lái)連接微處理器： 8 位并行及串行兩種連接方式。 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信選擇 近年來(lái)隨著 USB 口的日趨流行， RS232 接口串口作為一種傳統(tǒng)的串口 通信口有被取代的趨勢(shì)。然而由于它具有較高的性價(jià)比和傳輸?shù)目煽啃?。在傳輸速率要求不是很高的情況下，串口通信仍然具有其自身的優(yōu)勢(shì)。同時(shí) RS232 標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和大型系統(tǒng)中， RS232 標(biāo)準(zhǔn)還具有連線簡(jiǎn)單、通訊距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) ，因此本次設(shè)計(jì)采用 RS232 接口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)的通信。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 8 3 硬件系統(tǒng)基本構(gòu)架 單片機(jī)電路 MSP430 系列單片機(jī) MSP430 系列單片機(jī)是一種 16 位的單片機(jī)。由于它具有集成度高，外圍設(shè)備豐富，超低功耗等優(yōu)點(diǎn)。由于 MSP430 單片機(jī)具有超低功耗的特點(diǎn)，因此超市電子導(dǎo)購(gòu)車設(shè)計(jì)中選擇的單片機(jī)是 MSP430F149。 （ 1） MSP430 系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 MSP430 系列 單片機(jī)是 TI公司 1996 年開始推向市場(chǎng)的超低功耗微處理器，集成了很多模塊功能，從而使得用一片 MSP430 芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大縮小了產(chǎn)品的體積與成本。如今， MSP430 單片機(jī)已經(jīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是儀器儀表、監(jiān)測(cè)、醫(yī)療器械以及汽車電子等領(lǐng)域。 MSP430 系列單片機(jī)主要特點(diǎn)： （ a） 低電源電壓范圍， ～ 。 （ b） 超低功耗，擁有 5 種低功耗模式。 （ c） 靈活的時(shí)鐘使用模式。 （ d） 高速的運(yùn)算能力， 16 位 RISC 架構(gòu)， 125ns 指令周期。 （ e） 豐富的功能模塊，這些功能模塊包括：多通道 10－ 14 位 AD 轉(zhuǎn)換器；雙路12 位 DA 轉(zhuǎn)換器；比較器；液晶驅(qū)動(dòng)器；電源電壓檢測(cè)；串行口 USART(UART/SPI）；硬件乘法器；看門狗定時(shí)器，多個(gè) 16 位、 8 位定時(shí)器（可進(jìn)行捕獲，比較， PWM 輸出）；DMA 控制器。 （ f） FLASH 存 儲(chǔ)器，不需要額外的高電壓就在運(yùn)行種由程序控制寫擦歐哦和段的擦除。 （ g） MSP430 芯片上包括 JTAG 接口，仿真調(diào)試通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的 JTAG 接口轉(zhuǎn)換器就可以方便的實(shí)現(xiàn)如設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行、讀寫寄存器等調(diào)試；（ 8）快速靈活的變成方式，可通過(guò) JTAG 和 BSL 兩種方式向 CPU內(nèi)裝在程序 。 （ 2） MSP430 系列單片機(jī) 時(shí)鐘系統(tǒng) MSP430 系列單片機(jī)有 3 種時(shí)鐘信號(hào)： MCLK 系統(tǒng)主時(shí)鐘； SMCLK 系統(tǒng)子時(shí)鐘；ACLK 輔助時(shí)鐘。 （ a） MCLK 系統(tǒng)主時(shí)鐘。除了 CPU 運(yùn)算使用此時(shí)鐘以外，外圍模塊也可以使用。MCLK 可以選擇任何一個(gè)振蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)并進(jìn)行 8 分頻作為其信號(hào)源。 （ b） SMCLK 系統(tǒng)子時(shí)鐘。供外圍模塊使用。并在使用前可以通過(guò)各模塊的寄存器實(shí)現(xiàn)分頻。 SMCLK 可以選擇任何一個(gè)振蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)并進(jìn)行 8超市電子導(dǎo)購(gòu)小車設(shè)計(jì) 9 分頻作為其信號(hào)源。 （ c） ACLK 輔助時(shí)鐘。供外圍模塊使用。并在使用前可以通過(guò)各模塊的寄存器實(shí)現(xiàn)分頻。但 ACLK 只能由 LFXT1 進(jìn)行 8 分頻作為信號(hào)源。 PUC 復(fù)位后， MCLK 和 SMCLK 的信號(hào)源為 DCO， DCO 的振蕩頻率為 800KHZ。ACLK 的信號(hào)源為 LFXT1。 MSP430 內(nèi)部含有晶體振蕩器失效監(jiān)測(cè)電路，監(jiān)測(cè) LFXT1（工作在高頻模式）和XT2輸出的時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)丟失 50us時(shí)，監(jiān)測(cè)電路捕捉到振蕩器失效。如果 MCLK信號(hào)來(lái)自 LFXT1 或者 XT2，那么 MSP430 自動(dòng)把 MCLK 的信號(hào)切換為 DCO，這樣可以保證程序繼續(xù)運(yùn)行。但 MSP430 不對(duì)工作在低頻模式的 LFXT1 進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 （ 3） MSP430 系列單片機(jī)中斷系統(tǒng) 中斷是 MSP430 微處理器的一大特色，有效地利用中斷可以簡(jiǎn)化程序和提高執(zhí)行效率 。 MSP430 的幾乎每個(gè)外圍模塊都能夠產(chǎn)生中斷，為 MSP430 針對(duì)事件（即外圍模塊產(chǎn)生的中斷）進(jìn)行的編程打下基礎(chǔ)。 MSP430 在沒(méi)有事件發(fā)生時(shí)進(jìn)入低功耗模式，事件發(fā)生時(shí)，通過(guò)中斷喚醒 CPU，事件處理完畢后， CPU 再次進(jìn)入低功耗狀態(tài)。由于 CPU的運(yùn)算速度和退出低功耗的速度很快，所以在應(yīng)用中， CPU 大部分時(shí)間都處于低功耗狀態(tài)。 MSP430 的中斷分為 3 種：系統(tǒng)復(fù)位、不可屏蔽中斷、可屏蔽中斷。 （ a） 系統(tǒng)復(fù)位的中斷向量為 0xFFFE。 （ b） 不可屏蔽中斷的中斷向量為 0xFFFC。響應(yīng)不可屏蔽中斷時(shí)，硬件自動(dòng)將 OFIE、NMIE、 ACCVIE 復(fù)位。軟件首先判斷中斷源并復(fù)位中斷標(biāo)志，接著執(zhí)行用戶代碼。退出中斷之前需要置位 OFIE、 NMIE、 ACCVIE，以便能夠再次響應(yīng)中斷。需要特別注意點(diǎn)：置位 OFIE、 NMIE、 ACCVIE 后，必須立即退出中斷相應(yīng)程序，否則會(huì)再次觸發(fā)中斷，導(dǎo)致中斷嵌套，從而導(dǎo)致堆棧溢出，致使程序執(zhí)行結(jié)果的無(wú)法預(yù)料。 （ c） 可屏蔽中斷的中斷來(lái)源于具有中斷能力的外圍模塊，包括看門狗定時(shí)器工作在定時(shí)器模式時(shí)溢出產(chǎn)生的中斷。每一個(gè)中斷都可以被自己的中斷控制位屏蔽，也可以由全局中斷控制位屏蔽。 多個(gè)中斷請(qǐng) 求發(fā)生時(shí)，響應(yīng)最高優(yōu)先級(jí)中斷。響應(yīng)中斷時(shí)， MSP430 會(huì)將不可屏蔽中斷控制位 復(fù)位。因此，一旦響應(yīng)了中斷，即使有優(yōu)先級(jí)更高的可屏蔽中斷出現(xiàn)，也不會(huì)中斷當(dāng)前正在響應(yīng)的中斷，去響應(yīng)另外的中斷。但 復(fù)位不影響不可屏蔽中斷，所以仍可以接受不可屏蔽中斷的中斷請(qǐng)求。 （ 4） MSP430 系列單片機(jī)低功耗模式 MSP430 的 5 種低功耗模式分別為 LPM0~LPM4(LOW POWER MODE)， CPU的活動(dòng)狀態(tài)稱為 AM(ACTVE MODE)模式。其中 AM耗電最大， LPM4耗電最省，僅為 。另外工作電壓對(duì)功耗的影響：電壓越低功耗也越低。 系統(tǒng) PUC 復(fù)位后， MSP430 進(jìn)入 AM 狀態(tài)。在 AM 狀態(tài)，程序可以選擇進(jìn)入任何陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 10 一種低功耗模式，然后在適當(dāng)?shù)臈l件下，由外圍模塊的中斷使 CPU 退出低功耗模式，返回 AM 模式，再由 AM 模式選擇進(jìn)入相應(yīng)的低功耗模式，如此類推。 工作模式的選擇由狀態(tài)寄存器 SR 中的 SCG SCG0、 OSCOFF、 CPUOFF 位控制。由于在 CPU的頭文件中對(duì) CPU內(nèi)的各寄存器和模塊的各種 工作模式都作了詳盡的定義，所以編程時(shí)盡可能的利用 。 MSP430F149 單片機(jī)最小系統(tǒng) MSP430F149 單片機(jī) 最小系統(tǒng)由單片機(jī)，復(fù)位電路，晶振電路組成，其電路 如圖 31所示。 圖 31 MSP430F149 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 超市電子導(dǎo)購(gòu)小車設(shè)計(jì) 11 液晶顯示電路 LCD 選用帶字庫(kù)的 12864 圖形點(diǎn)陣液晶屏，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字， 128 個(gè)字符，及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM?？膳c CPU直接借口，提供兩種界面來(lái)連接微處理器： 8 位并行及串行兩種連接方式。 （ 1） 字符型液晶屏 YM12864 的基本特性 （ a） 低電源電壓 （ b） 顯示分辨率 :128 64 點(diǎn) （ c） 內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供 8192 個(gè) 16 16 點(diǎn)陣漢字 (簡(jiǎn)繁體可選 ) （ d） 內(nèi)置 128 個(gè) 16 8 點(diǎn)陣字符 （ e） 2MHZ 時(shí)鐘頻率 （ f） 顯示方式： STN、半透、正顯 （ g） 驅(qū)動(dòng)方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS （ h） 視角方向： 6 點(diǎn) （ i） 背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5— 1/10 （ j） 通訊方式：串行、并口可選 （ k） 內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓 （ l） 無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) （ 2） 功能方框圖 圖 32 YM12864 的功能方框圖 （ 3） 并口方式的管腳說(shuō)明 由于本系統(tǒng)中采用并行的方式連接液晶屏，這里只介紹并口方式下各管腳的定義。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 12 如表 31所示。 表 31 并 口方式下各管腳的說(shuō)明 管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC +5V 電源正 3 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS） H/L RS=“ H” ,表示 DB7—— DB0為顯示數(shù)據(jù) RS=“ L” ,表示 DB7—— DB0為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W(SID) H/L R/W=“ H” ,E=“ H” ,數(shù)據(jù)被讀到 DB7—— DB0 R/W=“ L” ,E=“ H→ L” , DB7—— DB0的數(shù)據(jù)被寫到 IR或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8位或 4位并口方式， L：串口方式（見(jiàn)注釋 1） 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效（見(jiàn)注釋 2） 18 VOUT LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（ +5V）（見(jiàn)注釋 3） 20 K VSS 背光源負(fù)端（見(jiàn)注釋 3） 注 1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將 PSB接固定高電平，也可以將模塊上的 J8 和“ VCC”用焊錫短接。 注 2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空。 注 3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的 JA、 JK 用焊錫短接。 （ 4） 12864 與 MSP430 電路連接方式 如 33 圖所示 。 超市電子導(dǎo)購(gòu)小車設(shè)計(jì) 13 圖 33 12864 與 MSP430 電路連接 鍵盤電路 利用鍵盤電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，其電路 如 34圖所示 。 圖 34 4X4 鍵盤電路 條碼識(shí)別器與單片機(jī) 接口 設(shè)計(jì) 選用 串行接口的條形碼掃描槍，因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身集成了串口通信的 IP 核，串口的控制是相當(dāng)成熟和簡(jiǎn)單的，只需做軟件上的設(shè)計(jì)。條碼掃描槍輸出的數(shù)據(jù)經(jīng) PS/2 鍵盤接口 傳送至單片機(jī)，單片機(jī)接收到商品的條形碼值后即在內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)中查找與該條碼值對(duì)應(yīng)的商品，并自動(dòng)將該商品價(jià)格與之前購(gòu)買的商品價(jià)格進(jìn)行累加。購(gòu)物完畢后顧陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 14 客根據(jù)顯示屏顯示的消費(fèi)總額付相應(yīng)的金額即可。這樣不僅使顧客能夠很方便的得知當(dāng)前的消毿 總額，避免超支，而且超市收銀臺(tái)處也不用為顧客一個(gè) — 個(gè)的掃描商品并進(jìn)行結(jié)算，節(jié)約了時(shí)間，提高了效率。 PS/2 鍵盤接口 電路如 圖 35 所示 。 圖 35 PS/2 鍵盤接口 電路 電源電路 利用 USB 電源線引出 5V 電壓 ， 采用 LM1117 電壓轉(zhuǎn)換芯片將電源電壓轉(zhuǎn)換為 ，給單片機(jī)和 nNF905 模塊進(jìn)行供電。 其電路 如圖 36 所示 。 圖 36 電源電路 電平變換電路 MSP430 端口電壓為 ， 而部分外圍模塊的端口電壓為 5V， 為了使模塊之間電壓匹配，必須運(yùn)用電壓變換電路。 其 電路如圖 37 所示 。 超市電子導(dǎo)購(gòu)小車設(shè)計(jì) 15 圖 37 電壓 變換 電路圖 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) nRF905 是挪威 Nordic 公司推出的單射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為 V ， 32引腳封裝（ 55），工作于 433/868/915MHz3 個(gè)頻道。 nRF905 可以自動(dòng)完成處理字頭和 CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）的工作，可由內(nèi)部硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編 /解，使用 SPI 接口與微控制器通信，其功耗非常低，以 10dBm 的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有 11mA，在接收模式時(shí)電流為 。 nRF905 單無(wú)線收發(fā)器工作由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)