【文章內容簡介】 概分為三種類型，分別是 OTP 型、FLASH 型 和 ROM 型器件。 使用的方法也是不一樣的，可以先把程序下載到 FLASH 的 內 部 ，然后 在器件內 利用編寫的 軟 件 使 程序運行 一下 ， 最后用 JTAG 接口 來對片內信息進行 讀取。 而且只是 一臺 PC機和一個 JTAG 調試器 就可以利用上面的方法了，更免除了 仿真器和編程器 這兩個儀器的使用，其編程使用的也是最基本的 匯編語言 和 C 語言 這兩種 。 MSP430 單片機是由德州公司開發(fā)，許多技術人員非常樂意使用它因為它的價格低廉而且適用性廣。該單片機擁有非常廣的編址范圍，不僅如此單片機上的外圍模塊也非常豐富，單片機內部的硬件 乘法器也是非常的精密。在實際使用的時候就會顯得尤其的快捷便利，另外因為它有在超低功耗模式下工作的特點，這樣對環(huán)境的污染就會很小，同樣工作人員也不會接收到太多的輻射，其能耗的測量值大約為 100mw，具有很高的可靠性，運行時不會受到其他的干擾，而且該芯片更適合在工業(yè)方面使用，在自動控制方面也在市場上占據(jù)了一席之地。由此 MSP430 單片機將會在以后在各個領域得到迅猛的發(fā)展，它連接了 DSP 系列的關系，伴隨這自動控制的不斷發(fā)展，這種芯片也逐漸將會得到大多數(shù)人的青睞。 MSP430F149 單片機 MSP430F149 單片機由于自身的功耗方面的性能很優(yōu)越的特點，所以在能耗的 設計 方面突出了很大的優(yōu)勢。 MSP430F149 單片機的產品 在很多方面都能看見它的身影 ， 比 如水氣電表、家用電器、智能家居、安防、工業(yè)控制等。 它具有以下參數(shù)和功能： （ 1）容量大： 9 程序存儲器大小： 60 KB，數(shù)據(jù) RAM 大小： 2KB，遠超過 STC89C52 單片機的內部保存容量與 512B 的 RAM 容量； （ 2）最大時鐘頻率低： 最大時鐘頻率： 8 MHz，可以靈活設置主時鐘、輔助時鐘、子時鐘三個時鐘源，選用合適的時鐘源，可以使單片機的能耗進一步降低； （ 3）中斷觸發(fā)口多： 具有 48 個普通 IO 口，其中 16 個 IO 口可以提供外部觸發(fā)中斷，遠多于 STC89C52 的兩個中斷觸發(fā)口； （ 4）功耗不高： 工作電壓 最低 ，最高 ，正常工作模式 下使用 1MHz 時鐘是片內電流約 280μA，單片機 待機模式 下電流僅 ， 低功耗方面十分優(yōu)秀， RAM 數(shù)據(jù)保存模式下 非常省電； （ 5）溫度適應性優(yōu)秀： 最高工作溫度可高達 85℃，最低工作溫度可低至 40℃，可以滿足在室外較惡劣條件下的工作溫度條件； （ 6）模塊的精度高： 片上集成有 8 路 12 位 模數(shù)轉換器 ，具有內部參考電壓源 ，并且具有采樣、保持、自動掃描等功 能，通過片內 12 位的模數(shù)轉換器可以得到很高的精度 ； （ 7） 快速 啟動： 從 非工作狀態(tài)到工作狀態(tài) ，只需要不到 6μS時間 ； （ 8）片內具有 2 個 16 位計數(shù)器 、 片內比較器 、數(shù)模轉換器等諸多功能。 MSP430F149 單片機最小系統(tǒng) 圖 MSP430F149單片機最小系統(tǒng)實物圖電路 本 系統(tǒng)使用的是 MSP430F149 的最小系統(tǒng)版，實物圖 如圖所示，本 最小系統(tǒng) 簡要 介紹如下： 10 （ 1）該單片機其中的最小系統(tǒng)的基本電路 ； （ 2） 所有的 I/0 口已經全部引出， 可供用戶使用 ，具有一個 LED 燈可以指示編程狀態(tài) ； （ 3）只要事先留下 和 5V 的電路接口端 ， 最好上面有顯示電源的提示閃爍燈，其內部含有能穩(wěn)定電壓的芯片，對本最小系統(tǒng)的 USB 供電端來提供 5V 的直流電，即可利用最小系統(tǒng)板上的上面所說的穩(wěn)定電壓的芯片降壓然后變成 的電流壓強，供給單片機正常工作 ； （ 4） 集成 BSL 編程器 ， 只需一條 USB 數(shù)據(jù)線就可燒寫程序； （ 5）集成 USB 轉 UART 功能 ， 使用 USB 數(shù)據(jù)線就可以向串口調試輸出打印信息； （ 6） 外形尺寸： 68 * 55mm。 MPU6050芯片 圖 MPU6050芯片圖 表 MPU6050的主要管腳功能 管腳 名稱 功能 13 18 23 24 1 9 8 VDD GND SCL SDA CLKIN ADO INT 電源電壓 接地端 I2C 串行時鐘 I2C 串行數(shù)據(jù) 可選外部時鐘輸入，不用時可接地 I2C Slave地址 LSB 中斷數(shù)字輸出 (推挽輸出或開漏 ) MPU6050 芯片是首例 6 軸姿態(tài)傳感器，它的特點是封裝很小，這是一個很大的優(yōu)勢，和加速度計、陀螺儀來對照，它不存在組合它們倆之間因為一起工作而產生的軸差問題，同時原件占用的空間也 會大大的減少。 MPU6050 芯片的內部包含了主要的三個部分： 3 軸陀螺儀、3 軸加速度計和 1 個數(shù)字運動處理器，外部的數(shù)字傳感器可以與這其中的 I2C 接口相連，然后還有一個將作為通信端口方便與 MCU 連接。所以憑借兩個端口足夠測量出加速度和角速度等數(shù)值，從而節(jié)約了 I/O 的端口位置。而且此芯片包含了 6 個 16 位的 AD 轉換器，通過 I2C 協(xié)議可以讀取轉換之后的姿態(tài)數(shù)據(jù)，而且輸出加速度、角速度的數(shù)值，不需要 MCU 對其再進行AD 轉換，這樣的話 MCU 減少了運算，分擔了不少壓力，還有可以用匯編語言進行編程來對11 MPU6050 里的加速度 計和陀螺儀的量程進行設置。 圖 MPU6050引腳圖 MPU6050 芯片里面包含了 3 軸 MEMS 陀螺儀和 3 軸 MEMS 加速度計，其中每個軸部件里面有一個 16 位 AD 轉換器，測量范圍大致為177。 16g，所以它能夠很細致的進行數(shù)據(jù)判斷。所以芯 片在正常工作時，陀螺儀、加速度計分別對 x、 y 和 z 三個軸的電壓值進行收集，之后利用 AD 轉換，轉換為數(shù)字信號，在轉換完成之后再通過 I2C 總線向控制芯片處傳送，得到角度和角速度的值，不過該數(shù)值還要經過一定的比例分析計算才可以算出真正的數(shù)值。表 為MPU6050 芯片主要的引腳功能。 L298N電機驅動芯片 L298N 芯片的顯著特征是施加電壓很高和輸送電流很大，此芯片的封裝也是 15 腳。 有三個主要特點：在該芯片工作狀態(tài)的時候，此時的施加電壓是相對較高的，同時給其施加的輸送電流同樣不小，額定功率為 25W。 其中芯片在正常運作的時候電壓的最高值可以達到 46V，在瞬時的輸送電流可以達到 3A，而一般情況下的電流大小是 2A。 此芯片因為集成了 2 個形狀為 H 橋的驅動器所以能帶的動一些感性負載； 采用了通用的邏輯類型的電平信號進行系統(tǒng)調控； 其中包括了 2 個控制信號輸入或者輸出的端口，能夠排除外界往芯片內發(fā)送信號的干擾確定元件在正常運作狀態(tài)時是否擁有邏輯電壓來控制輸入的電源，讓其中一部分在部件里的使用二進制的電路在較低的電壓加持下正常的運作； 同樣能夠從外面接檢測功能的電阻，把變化量再次發(fā)送給控制電路。 在對電動機的推進方面 ，其表現(xiàn)的很出色，能夠成功帶動兩相步進電機、四相步進電機或者同時帶動兩臺直流電機。 12 圖 L298N實物圖 L298N 芯片的中有 4 個通道電路負責電動機的驅動部分，可以接收到 TTL 數(shù)字電壓的高低電平的信號，可以成功帶 動電壓值 46V、電流值 2A 以下的普通電機。 L298N 有四個接口端 OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4 分別來連接兩個不同的電動機從而驅動這兩個電機來進行一系列的任務； ENA， ENB 這兩個端口可以連接控制使能端，使得電機停止或者運轉。 引腳圖如圖 所示。 表 輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系 EN A（ B） IN1（ IN3） IN2（ IN4） 電機運行情況 H H L 正轉 H L H 反轉 H 同 IN29（ IN4） 同 IN1（ IN3） 快速停止 L X X 停止 L298N 各個引腳的介紹 和作用： 引腳 9 是邏輯供應電壓； 引腳 4 是驅動部分輸入電壓，邏輯供應電壓有最小電壓和最大點壓的輸入要求，而驅動部分輸入電壓的最大電壓值同樣也是 36V，但是在實際情況下，驅動部分輸入電壓應該比邏輯供應電壓高，如果不按照這個要求驅動會不能再可控范圍內； 引腳 2， 3， 13， 14 是 L298N 芯片的信號對外發(fā)送端口； 引腳 2 和 3 則是可以對不能把電容分流的電機進行控制，而對于能把直流電轉換為機械能的電動機，則是能夠成功帶動一個； 引腳 13 和 14 也是一樣的； 引腳 6 和 11 腳接線端是關于使能的； 13 引腳 5， 7， 10， 12 是輸 入引腳端口，然后來決定電機的正向旋轉或者反向旋轉； 引腳 1 和 15 既能獨自連接對電流和電壓進行取材的，形成該芯片內部的電流發(fā)送信號，同樣可以直接接地。 圖 L298N引腳圖 該芯片的一些參數(shù)如下： 表 L298N芯片參數(shù) (1)邏輯部分輸入電壓： 6～ 7V (2)驅動部分輸入電壓 Vs： ～ 46V (3)邏輯部分工作電流 Iss：≤ 36mA (4)驅動部分工作電流 Io：≤ 2A (5)最大耗散功率： 25W（ T=75℃） (6)控制信號輸入電平：高電平： ≤ Vin≤ Vs 低電平： ≤ Vin≤ (7)工作溫度： 25℃～＋ 130℃ (8)驅動形式：雙路大功率 H 橋驅動。 4 硬件設計和系統(tǒng)軟件設計 硬件設計 單片機核心模塊 MSP430F149 芯片 是一款具有 超低功耗 特點的芯片，而 最小系統(tǒng) 是該芯片里面的一個基本電路，不過也能確保芯片穩(wěn)定的工作 ， 其中 主要 有幾個組成部分： 通信部分：進行數(shù)據(jù)之間的通訊； 數(shù)據(jù)存儲部分：把測量之后的數(shù)據(jù)進行存儲； 電源部分：給系統(tǒng)施加電壓； 晶振部分：起振，輸出頻率； 復位部分：把系統(tǒng)初始化到最開始的狀態(tài)。 14 該芯片的最小系統(tǒng) 的 硬件框圖如圖 所示。 本設計使用 和 端口來采集光電元件作為檢測元件的傳感器輸出的 PWM 波 的大小 ，使用 和 端口軟件模擬 IIC 與 MPU6050 通信，使用 、 、 、 來驅動 L298N。 圖 MSP430F149硬件框圖 陀螺加速度計 MPU6050 在本次設計中，我采用的是 MPU6050 芯片，陀螺儀和加速度計因為存在了軸間差的問題，所以存在一定的誤差，而 MPU6050 芯片卻沒有這樣 的問題，因此在 包裝 方面也節(jié)省了空間。該芯片 的角速度 的測量 范圍 很大 ， 能夠比較精準的測出各種速度 ， 加之 用戶 還可以對加速器進行 程式控制 ，其 全格感測 的 范圍為 同樣很大，芯片的運轉速度很快，相較其他芯片也有很大的優(yōu)勢。 CLKIN1AUX_DA2AUX_CL3VLOGIC4AD05REGOUT6FSYNC7INT8SDA9SCL10CLKOUT11RESV12CPOUT13RESV14GND15VDD16MPU_605011GND2en3O5by4Q2 LDOVCC 5V1234J2C110uFC2C3C5VCC VCC 5VSCLSDAVCC 2200pFC7C6VCCR1R247R347R4SDASCLVCC 圖 MPU6050外圍電路連接圖 模塊里的運算儀器能夠通過卡爾曼濾波算法在非靜態(tài)的環(huán)境之中精準的分析出當前模塊的狀態(tài)，運算性能很不錯，使用者可以利用處理器讀取測量數(shù)據(jù)再從串口輸出，這樣可以減少對協(xié)議的分析，而且它的布局和工藝很巧妙，所以將會接收到很小的外界干擾，因此測量通信電路 數(shù)據(jù)存儲電路 電源電路 晶振電路 復位電路 MSP430F149 單片機 15 的精度會很高，模塊內部包 含了好幾種電壓的嵌入式系統(tǒng)，跟各種元件連接起來很方便，不過模塊同樣也有 I2C 的接口，可以對不同層次的需求都得到滿足，模塊加上了最新的數(shù)字濾波技術，可以很好的降低外界噪聲的干擾，在進行檢測的時候可以大幅的擴大其準確性，而且因為它體積不大、輕巧易帶，可以安放在各種 PCB 板上。 如圖 所示是 MPU6050 外圍電路的連接圖，如下表 所示是 MPU6050 芯片的模塊參數(shù)。 模塊的參數(shù)： 表 MPU6050模塊參數(shù) 電壓 3V~6V 電流 10mA 體積 X X 2mm 焊盤間距 上下 100mil()，左右 600mil() 測量維度 3 維，角速度： 3 維，姿態(tài)角： 3 維 量程 加速度 :177。 16g，角速度 :177。 2021176。 /s 分辨率 加速度： ，角速度 :176。 /s 穩(wěn)定性 加速度： ，角速度 176。 /s 姿態(tài)測量穩(wěn)定度 176。 數(shù)據(jù)輸出頻率 100Hz(波特率 115200)/20Hz(波特率 9600) 數(shù)據(jù)接口 串口（ TTL 電平）， I2C（直接連 MPU6050，無姿態(tài)輸出） 波特率