【文章內容簡介】 A1 DXRA0 0 0 0 0 0 0 0 0 DXRB7 DXRB6 DXRB5 DXRB4 DXRB3 DXRB2 DXRB1 DXRB0 0 0 0 0 0 0 0 0 上圖中的 ―0‖為默認值，當下一次測量完成之后這 寫值會被自動覆蓋。 X， Y， Z 數(shù)據(jù)輸出寄存器擁有一樣的結構這里不再詳述。 讀出 X， Y， Z 坐標其中 Z 的值理論上為 0，因為 Z 軸垂直于地磁場，此時只需對 X， Y 軸坐標值進行計算即可得出角度 a. 角度計算公式： a=arctan(x/y) a 為航向角，即羅盤與磁場的方向角。地理方向與磁場方向間還存在一個磁偏角，所以 a 加上當?shù)卮牌遣艦槲覀兯枰笕〉慕嵌取? 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 寄存器訪問 下面表格列出了寄存器及其訪問。所有地址為 8 bits。 表 23 寄存器列表 地址 名稱 訪問 00 配置寄存器 A 讀 /寫 01 配置寄存器 B 讀 /寫 02 模式寄存器 讀 /寫 03 數(shù)據(jù)輸出 X MSB 寄存器 讀 04 數(shù)據(jù)輸出 X LSB 寄存器 讀 05 數(shù)據(jù)輸出 Z MSB寄存器 讀 06 數(shù)據(jù)輸出 Z LSB 寄存器 讀 07 數(shù)據(jù)輸出 Y MSB 寄存器 讀 08 數(shù)據(jù)輸出 Y LSB 寄存器 讀 09 狀態(tài)寄存器 讀 10 識別寄存器 A 讀 11 識別寄存器 B 讀 12 識別寄存器 C 讀 這里介紹讀取和寫入此裝置的過程。該裝置使用地址指針來顯示該寄存器地點是被讀取或寫入。這些指針位置從主機發(fā)出到從機并成功 獲得的 7位地址加 1 位讀 /寫標識符。為了盡量減少主機和裝置之間的通信，無主機干預下地址指針自動更新。寄存器指示器被讀取后將自動的在目前被成功讀取的寄存器的地址上加 1。地址指針本身不能通過 I2C總線被讀取。任何試圖去讀取不存在的地址返回為 0s，任何去寫不存在的地址或者是未定義的 bit寫入定義的地址都將會被該裝置予以忽略。為將地址指針移到隨機存儲器位置，首先發(fā)出一個 ―寫 ‖到寄存器地址，在指令后不帶數(shù)據(jù)位。例如，要讓地址指針指向寄存器 10，發(fā)出的指令為 0x3C 0x0A。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 單片機最小系統(tǒng) 430 單片機與 51 系列單片機的比較 首先， 89C51 單片機是 8 位單片機，編程指令非常復雜，給初學者及編程人員帶來很大不便。 51 系列單片機有 111 條指令，這樣多的指令在編寫程序時難以熟練地掌握和應用，而且編程產生錯誤的概率非常高。 430 系列單片機在這方面就有很大優(yōu)勢， 430 單片機僅有 27 條內核指令，功能強大的同時還簡化了編程任務，不得不說 430 系列單片機在這方面的實用性之強大，也以自己突出的單周期內核指令以縮短了運行周期，加快了在實際下載仿真以及運行過程中的速度。 其次， 430 系列單片機的低功耗性能也是 51 系列單片 機所不能比擬的。 51系列單片機的工作電壓為 5V,而 430 系列單片機只要 電壓就可以正常工作。而且功耗低并不影響 430 系列單片機的運行速度，這也是工業(yè)設計當中絕大多數(shù)都使用 430 系列而不用 51 單片機的主要原因。目前，在儀器儀表方面，尤其是可持性儀器儀表，一般都用蓄電池，便于攜帶，這時對單片機的低功耗要求就顯得尤為重要了 ， 430 系列單片機就是以自己這個顯著的優(yōu)勢在儀器儀表行業(yè)中地位越來越重要。 再者， 89C51 系列單片機由于其內部總線是 8 位的，其內部功能模塊基本上都 8 位的，功能相對簡單。雖然一些基本的功能 ，像 LED、數(shù)碼管及 AD 轉換等都可以在 51 系列單片機上完成，但這只局限在教學方面，工業(yè)方面特殊功能的要求不是 51 系列單片機所能滿足的。 MSP430 系列其基本架構是 16 位的，而且兼容 8 位的功能模塊，在擴展更多功能的同時， 51 系列單片機的基礎功能 430也是具備的，而且運行的更快。在工業(yè)電子設計領域， 430 系列單片機 16 位高功能更具備研發(fā)的使用價值。 最后，就是在開發(fā)工具方面。 51 系列單片機雖然很據(jù)實用性，而且歷史比430 系列單片機更加悠久，在一系列電子論壇上， 51 系列單片機的開發(fā)實例也遠比 430 多，但是 51 系列 單片機不能在線編程，這就是它在實際研發(fā)中的重大缺陷。 430 系列單片機由于引入了 FLASH 型程序存儲器和 JTAG 技術，不僅使開西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 發(fā)工具變得簡便，在線編程以及價格優(yōu)勢都是 51 系列單片機所不具備的，這也是實際設計應用非常重視的一個環(huán)節(jié) [7]。 國內 430 單片機開發(fā)板概況 如同所有教學開發(fā)板一樣， 430 系列單片機的開發(fā)板也是照顧到所有的用戶，功能很多而且結構比較復雜。對于個人使用來說不免帶來不必要的麻煩。而且如果想完成自己需要的設計，找出最直接的模塊就顯得相對繁瑣了。而且一些設計對精度和功能等有一定的要求 ，開發(fā)板上自己配置的芯片可能滿足不了需求，因此，有一個單一的、簡單的，自己設計的最小系統(tǒng)很有必要。 對于教學來說，導師需要一個簡單的最小系統(tǒng)，而且自己對自己的實驗平臺應該很熟悉，這樣才能把最基礎，最詳細的 430 開發(fā)電路與編程指令傳輸給學生。我們做一個自己的最小系統(tǒng)，做自己的教學，做自己的開發(fā)試驗，就顯得得心應手。對于對外圍電路的開發(fā)與擴展，可以根據(jù)自己的需求和喜好進行設計，即方便又能鍛煉實戰(zhàn)經(jīng)驗。 MSP430F149 開發(fā)板 本次設計選擇 TI 的 MSP430 的開發(fā)板，具有超低功耗、處理能力強大、片內外設豐富、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、開發(fā)環(huán)境便捷等顯著優(yōu)勢，和其他類型單片機相比具有更好的使用效果、更廣泛的應用前景。板上已經(jīng)集成 RS232 接口，用該開發(fā)板由于板上集成各種外圍接口不但能有利于完成本次設計更可以在以后進一步學習嵌入式系統(tǒng)。 MSP430 系列單片機是一種 16 位的單片機。由于它具有集成度高，外圍設備豐富，以及超低功耗等優(yōu)點，因此在許多的領域內得到了廣泛的應用。特別是它的超低功耗特性，是目前其他單片機不可比擬的。另外， MSP430F 系列單片機有非常強的處理能力，因此非常適合一些對處理器要求較高的嵌入式系統(tǒng)。 MSP430 系列單片機支持 C 語言開發(fā)。采用 C 語言開發(fā)可以大大提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期，并且開發(fā)的程序具有較好的可讀性和移植性。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 圖 24 引腳圖 主要硬件構成 表 24 MSP430F149 的硬件構成 名稱 型號 描述 MCU MSP430F149 超低功耗、采用精簡指令集的 16位微處理器 USB接口芯片 PDIUSBD12 兼容 ，支持數(shù)據(jù)全速傳輸（ 12Mbit/s） 實時時鐘 DS1302 時間精確到秒，閏年自動補償， 32Byte非易失性 RAM 溫度傳感器 DS18B20 單總線接口， 9Bit至 12Bit可編程溫度分辨率 EEPROM AT24C16 I2C接口， 20488Bit存儲容量 數(shù)模轉換器 DAC5571 IIC接口， 188KSPS快速更新速率， 8Bit分辨率 電平轉換芯片 SN74LVC4245 5V雙向電平轉換 RS232接口芯片 MAX3232 ，支持兩路 RS232電平轉換 RS485接口芯片 SN65HVD12 ，抗 16KV ESD，半雙工模式 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 單片機的 IIC 總線通信技術 IIC(Inter Intergrated Circuit)總線是一種二線制總線，它通過 2 根線（ SDA，串行數(shù)據(jù)線； SCL，串行時鐘線）在連接到總線上的器件之間傳總信息，根據(jù)地址識別每個器件（不管是微控制器、 LCD 驅動器、存儲器還是鍵盤接口），根據(jù)器件的功能可以工作于發(fā)送或接收方式。 IIC 總線接口電路結構如圖 25 所示。對于發(fā)送器和接收器而言，在進行數(shù)據(jù)傳送時可以是主器件，也呆以是從器件。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產生時鐘，以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件。總線上主和從、發(fā)送和接收的 關系不是永久的，而僅取決于此時數(shù)據(jù)傳送的方向。數(shù)據(jù)傳送是以下述方式進行的：若機 A 要把信息送到機 B，則首先機 A（主器件）尋址機 B（從器件），然后機 A（主發(fā)送）把數(shù)據(jù)送到機 B（從接收），最后由機A（主接收）終止傳送；若機 A 要從機 B 接收信息，則首先機 A（主器件）尋址機 B（從器件），然后機 A（主接收）接收從機 B（從發(fā)送）的數(shù)據(jù)，最后由機 A 終止傳送。在這種情況下，主器件（機 A）產生定時進鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。 圖 25 IIC 總線接口電路結構 圖 SDA 和 SCL 都是雙向 I/O 線，通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時， 2根線都是高電平。連接總線器件的輸出級必須是開路或集電極開路，以具有線―與 ‖功能。 I2C 總線上數(shù)據(jù)傳送的最高速率為 100kb/s，連到總線上器件數(shù)量僅受西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 總線電容 400pF 的限制。 I2C 總線中開始和結束信號（有時稱為啟動信號和停止信號）的定義如圖 26所示。當 SCL 為高電平時， SDA 發(fā)生高到低跳變定義為開始（啟動）信號；當SCL 為高電平時， SDA 發(fā)生低到高跳變定義為結束（停止）信號。開始和結束信號總是由主器件產生的。在開始信號以后，總線被認為處于忙狀態(tài)；在結束信號后過一定時間，總線被認為是空閑的。 S D ASPS C L開 始 信 號結 束 信 號 圖 26 開始信號和結束信號 I2C 總線上的數(shù)據(jù)傳送如圖下所示。傳送 SDA 線上的每個字節(jié)必須為 8 位，每次傳送的字節(jié)數(shù)不限，每個字節(jié)后面必須跟 1 個響應位。如果接收器件不能接收下 1 個字節(jié)（例如正在處理一個內部中斷，在這個中斷處理完前就不能接受 I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)），可以使時鐘保持低電平，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當從機準備好接收下 1 個數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放 SCL 線后，可繼續(xù)傳送。 圖 27 I2C 總線上的數(shù)據(jù)傳送 數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認數(shù)據(jù)。認可位對應于主器件的 1 個時鐘，在此時鐘內發(fā)送器件釋放 SDA 線；而接收器件必 須將 SDA 線拉成低電平，使 SDA 在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。 通常被尋址的接收器件必須在收到每個字節(jié)后作出響應，若從器件正在處理西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 16 1 個實時事件不能接受，而不對地址認可時，從器件必須使 SDA 保持高電平。此時主器件產生 1 個結束信號使傳送異常結束。 如果從器件確認了地址，而在隨后的傳送中不能接收更多的數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件也必須異常結束傳送。這是由于從接收器未認可數(shù)據(jù)字節(jié)，將 SDA 線拉高，主器件產生結束信號而使傳送異常結束。 在主器件為接收的傳送中，主器件對最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)是不予確認的，而是以向從發(fā)送器件指出數(shù)據(jù) 傳送結束，從發(fā)送器釋放 SDA 線，使主器件產生一個結束信號。 發(fā)生在 SDA 線上的總線競爭是這樣進行的：如果一個主器件發(fā)送高電平，而另一個主器件發(fā)送一個低電平，此時其發(fā)送電平與 SDA 總線電平不對應的器件自動關掉其輸出級。當然也可以有多個主器件參予競爭，這取決于 I2C 總線上主器件的數(shù)目?？偩€競爭可以在許多位上進行。第一級競爭是地址位的比較，如果主器件尋址同一個從器件，則下一步競爭進入數(shù)據(jù)位的比較，因為是利用 I2C總線上信息進行仲裁，所以信息不會丟失。 I2C 總線控制完全由競爭的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在總線上 ，既沒有中心機，也沒有優(yōu)先機。 在 I2C 總線上傳送控信息時的示眾同步是由連在 SCL 線上器件的邏輯 ―與 ‖完成的。 SCL 線上高到低的跳變將影響有關的器件，使它們開始低電平期。一旦一個器件時鐘跳為低電平，將使 SCL 線保持低電平并不能影響 SCL 線的狀態(tài)。因此， SCL 線上低電平時間由連接在它上面的器件中各時鐘的最長的低電平時間確定。此時，低電平周期短的器件將進入高電平等待的狀態(tài)。 當所有器件結束它們的低電平期時，時鐘線被釋放返回高電平，從而使器件時鐘之間沒有差別，所有的器件都同時開始它們的高電平期。之后，第一個結束高 電平期的器件又將 SCL 線拉成低電平，這樣就在 SCL 線上產生一個同步時鐘，時鐘低電平時間由時鐘低電平期最長的器件確定，而