【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電壓供給單片機(jī)使用。單片機(jī)通過(guò) USB 接口與計(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送并直接對(duì) SD 卡進(jìn)行讀寫等操作。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 系統(tǒng)框圖 圖 21 系統(tǒng)方框圖 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 方案一： MSP430F5529 采用 MSP430F559 單片機(jī)，該單片機(jī)集成度高，具有超低功耗的特性，并且內(nèi)置 USB 模塊，通過(guò)它自帶的 USB 模塊可以更方便的與 PC 端進(jìn)行通信，這給整個(gè)系統(tǒng)大大地降低了成本。 方案二： MSP430F449 采用 MSP430F449 單片機(jī)，需要連接一塊 USB 通用接口芯片，在集成度上沒有 MSP430F5529 方便，故此次設(shè)計(jì)選擇 MSP430F5529 單片機(jī)。 電源選擇 電源模塊是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可缺少的部分，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全工作的前提。 單片機(jī)U SB 模塊PC電源模塊 SD 卡模塊 第 3 頁(yè) 共 22 頁(yè) 本設(shè) 計(jì)用到的電源為 ，屬于小功率穩(wěn)壓電源，采用三端穩(wěn)壓芯片AMS1117。用其設(shè)計(jì)的是線性穩(wěn)壓電路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此給本系統(tǒng)供電完全滿足要求。 3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與分析 單片機(jī)最小系統(tǒng) MSP430F5529 單片機(jī)簡(jiǎn)介 MSP430F5529 單片機(jī)是一種超低功耗、高性能 16 位微處理器，它具有以下功能 ： 128KB 閃存、 8KB RAM、 USB 接口、采樣和保持及自動(dòng)掃描功能的12 位 ADC、 2 個(gè) USCI（ 1， USCI_A0 和 USCI_A1，每個(gè)支 持：增強(qiáng) UART、IrDA、同步 SPI； 2， USCI_B0 和 USCI_B1，每個(gè)支持： I2C、同步 SPI）、 32 位 HW MPY、四個(gè)個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、三通道內(nèi)部 DMA、片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路 [1]。該系列單片機(jī)引腳與封裝如下圖所示。 圖 31 MSP430F5529單片機(jī)的內(nèi)部框圖 第 4 頁(yè) 共 22 頁(yè) 電路分析 單片機(jī)最小系統(tǒng)由 MCU、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源模塊組成 時(shí)鐘電路： MSP430F5529 使用 4MHz 的晶體振蕩器作為振蕩源，電容容量為 30P。單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就 越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。 圖 32 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路：復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。 （ 1）上電復(fù)位：此單片機(jī)為低電平復(fù)位，在復(fù)位引腳 RST 上連接一個(gè)電阻 R18 到 MSP_DVCC，再連接一個(gè)電容 C16 到 GND，由此形成一個(gè) RC 充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí) RST 腳上有足夠時(shí)間的低電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到高電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的值為 100K 和 。 （ 2）按鍵復(fù)位：在復(fù)位電容 C16 上并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān) SWPB 按下時(shí)電容 C16 被放電 、 RST 也被拉到低電平，而且由于電容的充電會(huì)保持一段時(shí)間的低電平來(lái)使單片機(jī)復(fù)位。 圖 33 復(fù)位電路 第 5 頁(yè) 共 22 頁(yè) 電源模塊：電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。此最小系統(tǒng)中的 USB 接口上的 5V電壓經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路得來(lái)的。電壓轉(zhuǎn)換電路中接入了電源指示 LED， R20 為 LED 的限流電阻， C1 C1 C1C C21 為濾波電容。 圖 34 電源模塊 USB 接口模塊 整個(gè)系統(tǒng)利用 USB 接口實(shí)現(xiàn) MSP430F5529 單片機(jī)與 PC 機(jī)的通信，如圖35 所示， VCC、 D、和 D+引腳分別連接到單片機(jī)的 VBUS、 、。在該電路中，利用 PUR 完成 D+信號(hào)的上拉，使主機(jī)能夠識(shí)別當(dāng)前設(shè)備 [6]。 圖 35 USB接口模塊 MSP430F5529 單片機(jī)的 USB 模塊具有以下特性： ◆完全符合 規(guī)范； — 集成 12Mbps 全速 USB 收發(fā)器 — 多達(dá) 8 個(gè)輸入和 8 個(gè)輸出端點(diǎn) — 支持控制、中斷和批量傳輸模式 ◆擁有獨(dú)立于 PMM模塊的電源系統(tǒng)； — 集成了 輸出的低功耗線性穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器從 5V的 VBUS 取電， 第 6 頁(yè) 共 22 頁(yè) 輸出足以驅(qū)動(dòng)整個(gè) MSP430 工作 — 集成 PHY 和 PLL模塊供電 — ◆內(nèi)部 48MHZ的 USB 時(shí)鐘； — 集成可編程鎖相環(huán)（ PLL） — 高度自由化的輸入時(shí)鐘頻率，可使用低成本晶振 ◆當(dāng) USB 模塊禁止時(shí)； — 緩沖空間被映射到通用 RAM空間，為系統(tǒng)提供額外的 2KB 的 RAM — USB 功能引腳變?yōu)榫哂袕?qiáng)電流驅(qū)動(dòng)能力的通用 I/O 口 圖 36 USB模塊框圖 PLL 鎖相環(huán)模塊為 USB 操作提供高精度低抖動(dòng)的 48MHZ 的時(shí)鐘。如果設(shè)備上存在高頻晶振 XT2，那么 PLL的參考時(shí)鐘頻率就為 XT2CLK， 無(wú)論低頻晶振 XT1 是否可用；如果不存在 XT2，那么 PLL 的參考時(shí)鐘頻率就為XT1CLK[2]。 MSP430F5529 單片機(jī)存在可用高頻晶振 XT2，因此本次設(shè)計(jì)的 PLL 參考時(shí)鐘頻率為 XT2CLK（ 4MHZ）。 第 7 頁(yè) 共 22 頁(yè) 圖 37 PLL結(jié)構(gòu)框圖 MSP430F5529 的 USB 模塊支 持控制、批量和中斷數(shù)據(jù)傳輸。按照 USB 傳輸規(guī)范，端點(diǎn) 0 預(yù)留為控制端點(diǎn)， 該端點(diǎn)為 雙向傳輸。除了控制端點(diǎn)以外 ，USB 模塊還能夠支持多達(dá) 7 個(gè)輸入端點(diǎn)和 7 個(gè)輸出端點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。這些額外的端點(diǎn)可以配置成批量或中斷端點(diǎn)。 控制傳輸：控制傳輸被用來(lái)實(shí)現(xiàn) USB 設(shè)備和主機(jī)之間配置、命令和狀態(tài)的通信?？刂苽鬏斒褂幂斎攵它c(diǎn) 0 和輸出端點(diǎn) 0?？刂苽鬏?shù)娜N類型是：控制寫入、無(wú)數(shù)據(jù)控制寫入和控制讀取。注意控制端點(diǎn)必須在 USB 設(shè)備連接到 USB主機(jī)之前進(jìn)行初始化。主機(jī)采用控制寫入傳輸方式將數(shù)據(jù)寫入 USB 設(shè)備?？刂茖懭雮鬏敯O(shè)置階段事務(wù)、數(shù)據(jù)輸出階段事務(wù)和狀態(tài)輸入階段事務(wù)。 中斷傳輸 /批量傳輸： USB 模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)以中斷 /批量傳輸?shù)姆绞匠鋈胫鳈C(jī)。輸入端點(diǎn) 1 到 7 和輸出端點(diǎn) 1 到 7 都能夠被配置為中斷 /批量端點(diǎn)。 SD 卡接口模塊 單片機(jī)通過(guò)串行 外設(shè)協(xié)議總線與 SD 卡插槽進(jìn)行連接，見圖 38。 DO、CS、 SCLK 和 DI 引腳分別接到單片機(jī)的 、 、 、 。圖中 VSS2和 DAT2 腳是把記憶卡固定在 PCB 上的卡槽的引腳，除了引腳 VSS2 接地外，不使用其它管腳。 圖 38 SD卡實(shí)物及引腳描述 第 8 頁(yè) 共 22 頁(yè) 圖 39 SD卡接口電路 JTAG 仿真接口 JTAG 是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，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。利用JTAG 進(jìn)行在線仿真大大提高了軟件設(shè)計(jì) 的效率。 圖 310 JTAG仿真接口電路 第 9 頁(yè) 共 22 頁(yè) 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與分析 軟件由主模塊、 USB 通信模塊、 SD卡讀取模塊組成。各模塊之間相互協(xié)調(diào)調(diào)用，共同完成 SD 卡里的數(shù)據(jù)與 PC 端之間的通信。 主程序流程圖 圖 41