【文章內(nèi)容簡介】 Mega16 單片機(jī) 主要產(chǎn)品特征如下： 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能 和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 四通道 PWM，兩個(gè)可編程的串行 USART 可工作于主機(jī) / 從機(jī)模式的 SPI 串行接口 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器 MSP430 單片機(jī) 主要產(chǎn)品特征如下： 同其它微控制器相比 MSP430 系列可以大大延長電池的使用壽命 外部中斷引腳 I/O 口具有中斷能力 定時(shí)器中斷可用于事件計(jì)數(shù)時(shí)序發(fā)生 PWM等 看門狗功能 片內(nèi) USART s 綜上所述，采用 51 單片機(jī)，如果要驅(qū)動(dòng)數(shù)列點(diǎn)陣顯示，通用 51 單片機(jī)會比較吃力，出現(xiàn)比較嚴(yán)重的閃爍停滯現(xiàn)象，此外，要實(shí)現(xiàn)文字的 左右移動(dòng)和調(diào)整移動(dòng)速度等功能，都會給軟件設(shè)計(jì)帶來較多困難，所以該單片機(jī)不是本設(shè)計(jì)的最佳選擇； Ateml 公司 Mega16 單片機(jī)，它的功能相對 51 而言是比較多的，操作起 來也比較容易，沒有特別突出的優(yōu)點(diǎn)；而 TI 公司低功耗 MSP430 單片機(jī)，具有強(qiáng)大的處理能力和運(yùn)行速度快，功耗超低，應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，在多年來已在全球得到了廣泛應(yīng)用，如工業(yè)控制，智能化儀器儀表，無線采集，手持設(shè)備，在這些方面應(yīng)用體現(xiàn)較高性價(jià)比， MSP430 主要用戶需要對模擬信號進(jìn)行數(shù)字控制的領(lǐng)域，當(dāng)然，純數(shù)字的系統(tǒng)絕對可以用的。另外他帶有硬件乘法器在 處理一些運(yùn)算時(shí)速度也較快，基于以上各種優(yōu)點(diǎn)，最終方案確定為單片機(jī) msp430。 無線模塊的選擇 NRF905 模塊 挪威 nordic 公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片 NRF905 基本特征如下： 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 433/868/915 工作頻段， 433MHZ 開放 ISM 頻段可免許使用 。 最高發(fā)射速率 50KBPS， 10dbm 發(fā)射功率條件下，配置外置鞭狀天線有效通信距離在 300 米左右。 室內(nèi)通信良好通信效果， 4 層之間可實(shí)現(xiàn)有效通信，抗干擾性能強(qiáng)，很強(qiáng)的擾障礙穿透性能。 單次最多可發(fā)送接收 32 字節(jié)，并可軟件 設(shè)置發(fā)送 /接收緩沖區(qū)大小 2/4/8/16/32字節(jié) ， 其配置非常方便， 功耗比較低，由于頻段的限制，本方案放棄。 CC1020 模塊 基本特性 ： 工作電壓： ~, 推薦 ， 直線通信距離 600 米左右 頻率范圍為 402 MHz 470MHz 工作 低電流消耗（ RX:） SPI 接口配置內(nèi)部寄存器 標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于嵌入式應(yīng)用 該芯片特點(diǎn)外圍電路元器件復(fù)雜，好多器件難以在短時(shí)間內(nèi)采購齊全，故本方案也放棄。 NRF2401 模塊 挪威 nordic 公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片 NRF2401 基本特征如下： 全球開放 ISM 頻段免許可證使用； 最高工作速率 1Mbps，高效 GFSK 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制場合； 可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便； 收發(fā)完成中斷標(biāo)志，每次最多可發(fā) 28 字節(jié)； CLK， DATA， DR 三線接口，軟件編簡單。 雙通道數(shù)據(jù)接收，內(nèi)置環(huán)行天線，開闊無干擾條件通信距離在 100 米左右 。 將以上三種芯片進(jìn)行對比 ， 從距離，硬件復(fù)雜度和編程方面考慮， 選擇方案三 中 nordic 公司出品的 NRF2401 芯片構(gòu)成無線通信模塊 。 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 LED廣告屏的選擇 按顏色分類 單基色顯示屏 ： 單一顏色（紅色或綠色）。 雙基色顯示屏：紅和綠雙基色， 256 級灰度、可以顯示 65536 種顏色。 全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色， 256 級灰度的全彩色顯示屏可以顯示 一 千六百多萬種顏色。 按顯示器件分類 LED 數(shù)碼顯示屏：顯示器件為 7 段碼數(shù)碼管，適于制作時(shí)鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。 LED 點(diǎn)陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點(diǎn)陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。 其中的 LED 點(diǎn)陣單色圖文動(dòng)態(tài)條幅屏（ 下文中簡稱 條屏），因?yàn)槌杀镜土⒖煽啃愿?、顯示效果優(yōu)良，所以成為點(diǎn)陣式 LED 漢字廣告屏中的主流產(chǎn)品。 LED 驅(qū)動(dòng)模塊 靜態(tài)鎖存 采用靜態(tài)鎖存方式，將每一個(gè) LED 發(fā)光管的一端接至單片機(jī)的一個(gè) I/O 口，另一端通過電阻接電源。這種方法可以直接驅(qū)動(dòng) LED，原理簡單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，LED 的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，但此種方法太浪費(fèi)單片機(jī)的 I/O口，只適合于較小的系統(tǒng)。 動(dòng)態(tài)掃描 采用動(dòng)態(tài)掃描方式，通過三極管驅(qū)動(dòng)并聯(lián)在一起的 LED 發(fā)光管的一端 (共陰或共 2 端 )， LED 發(fā)光管的另一腳接通用 I/O 口，控制其亮滅。該方法能驅(qū)動(dòng)較多的 LED，控制方式較靈活，而且節(jié)省單片機(jī)的資源。 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 比較以上兩種方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用方案二。 最終方案的確定 綜上所述，在本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)選定為 MSP430，無線模塊選定為 NRF2401，點(diǎn)陣屏選定位 LED 點(diǎn)陣單色圖文顯示屏且驅(qū)動(dòng)模塊為動(dòng)態(tài)掃描。其中單片機(jī)和無線模塊各需要兩塊，其中一塊作為發(fā)送模塊，一個(gè)作為接收模塊，并且在接收模塊上將 16*16LED 點(diǎn)陣模塊連接上去，這樣在兩個(gè) NRF24L01 之間可以通過無線傳播數(shù)據(jù)，即所謂的無線傳輸。 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)置 由第二章的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案的確定，我們開始著手選擇各個(gè)模塊所使用的硬件。包括單片機(jī)，行列驅(qū)動(dòng)以及 LED 點(diǎn)陣。為該模塊化 LED 顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，特對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計(jì)。硬件電路包括 LED 驅(qū)動(dòng)模塊、 PC 機(jī)通信模塊等兩大模塊。 硬件電路的總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)硬件部分包括上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分，即充當(dāng)采集數(shù)據(jù)的主機(jī)，和接收數(shù)據(jù)，并顯示出來的從機(jī)，由此可見，主機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜一下，包括時(shí)鐘模塊，溫度、光照采集電路，串口以及無線模塊，從機(jī)相 對簡單一下，除了單片機(jī)典型最小系統(tǒng)電路，只要接上無線模塊，用以接收主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)，還有點(diǎn)陣模塊，將外界的信息顯示出來就可以了。 圖 上位機(jī)和下位機(jī)的主要硬件結(jié)構(gòu) 電源模塊 上位機(jī) 廣告屏 顯示 無線接收 模塊 下位機(jī) 電源模塊 溫度采集 光源采集 串口接收 模塊 時(shí)鐘模塊 無線發(fā)送 模塊 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)片機(jī)芯片配以必要的外部器件，一般包括電源供入及電源開關(guān)、復(fù)位電路、晶振、輸入輸出電路等就能構(gòu)成最小系統(tǒng)。 圖 單片機(jī) MSP430的各個(gè)引腳 單片機(jī) MSP430 的特點(diǎn) MSP430F149 芯片是美國 TI 公司推出的超低功耗微處理器，有 60KB+256 字節(jié) FLASH， 2KBRAM，包括基本時(shí)鐘模塊、看門狗定時(shí)器、帶 3個(gè)捕獲／比較寄存器和 PWM 輸出的 16 位定時(shí)器、帶 7個(gè)捕獲／比較寄存器和 PWM 輸出的 16位定時(shí)器、 2個(gè)具有中斷功能的 8 位并行端口、 4 個(gè) 8 位并行端口、模擬比較器、 12位A／ D 轉(zhuǎn)換器、 2個(gè)串行通信接口等模塊。 MSP430F149 芯片具有如下特點(diǎn)： 1)功耗低：電壓 2． 2V、時(shí)鐘頻率 1MHz 時(shí)，活動(dòng)模式為 200μ A；關(guān)閉模式時(shí)僅為 0． 1A，且具有 5種節(jié)能工作方式。 2)高效 16位 RISCCPU， 27條指令， 8MHz時(shí)鐘頻率時(shí)，指令周期時(shí)間為 125ns，絕大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期完成； 32kHz 時(shí)鐘頻率時(shí)， 16 位 MSP430 單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的 8 位單片機(jī) 20MHz 時(shí)鐘頻率時(shí)的執(zhí)行速度。 3)低電壓供電、寬工作電壓范圍： 1． 8～ 3． 6V； +R20100kC12100nF+1718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748DVcc123456VREF+7XIN8XOUT/TCLK9VeREF+10VREF/VeREF111213141516495051XT2OUT52XT2IN53TDO/TDI54TDI55TMS56TCK57RST/NMI58596061AVss62DVss63AVcc64U7 MSP430F149VCC蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 4)靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)：兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘； 5)低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信； 6)具有串行在線編程能力 ； 7)強(qiáng)大的中斷功能； 8)喚醒時(shí)間短，從低功耗模式下喚醒僅需 6μ s； 9)ESD 保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)； 10)運(yùn)行環(huán)境溫度范圍為 40～ +85℃，適合于工業(yè)環(huán)境。 MSP430 系列單片機(jī)的所有外圍模塊的控制都是通過特殊寄存器來實(shí)現(xiàn)的，故其程序的編寫相對簡單。編程開發(fā)時(shí)通過專用的編程器，可以選擇匯編或 C語言編程， IAR 公司為 MSP430 系列的單片機(jī)開發(fā)了專用的 C 語言，可以通過WORKBENCH 和 CSPY 直接編譯調(diào)試，使用靈活簡單。 電源電路 本系統(tǒng)需要使用 +5V 和 +3． 3V的直流穩(wěn)壓電源，其中 MSP430Fl49 及部分外圍器件需要 +3． 3V 電源，另外部分需要 +5V 電源。在本系統(tǒng)中，以 +5V 直流電壓為輸入電壓， +3． 3V由 +5V 直接線性降壓。 C 1 41 0 u FC 1 51 0 u F+3+5C 1 70 .1 uG N D1V IN3V O U T 12V O U T 24A11 1 1 7 3 .3 V 圖 電源轉(zhuǎn)換電路原理 晶振電路 由于 MSP430 有三個(gè)晶振源，兩個(gè)外部晶振，一個(gè)內(nèi)部 RC 晶振，所以在晶振電路中我連了兩個(gè)外部晶振一個(gè) 32768Hz,另一個(gè)是 8MHz。在程序中我們可以通過程序的要求，選著合適的晶振 蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 晶振電路 復(fù)位電路原理圖 手動(dòng)復(fù)位是最小系統(tǒng)常用的功能，本系統(tǒng)采用專用 復(fù)位芯片 IMP811 實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。 圖 復(fù)位電路 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM， 通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24或 12小時(shí)格式。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線 (1)RES(復(fù)位 )， (2) I/O(數(shù)據(jù)線 )， (3)SCLK(串 行時(shí)鐘 )。在本設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘芯片上這三個(gè)引腳直接跟 MSP430F149的 ,。 時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫蘇州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。 管腳描述 X1 X2 晶振管腳 GND 地 RST 復(fù)位腳 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 SCLK 串行時(shí)鐘 Vcc1,Vcc2 電源供電管腳 C 1+1V+2C 13C 2+4C 25V6T 2O7R 2I8R 2O9T 2I10T 1I11R 1O12R 1I13T 1O14G N D15V C C16U6M A X 2 32 C P EC60 .1C10 .1C20 .1C30 .1162738495R S 2 32P D 0P D