【文章內(nèi)容簡介】 部的程序，這為系統(tǒng)固件的升級提供了又一方便的手段。 BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令字可達 32個字節(jié)長度。 MSP430 系列的指令系統(tǒng)同樣別具特色。在統(tǒng)一尋址空間內(nèi)，七種源地址模式和四種目的地址模式為用戶提供了無限制的立體空間尋址。也就是七種源第一章 引言 9 地址可指向整個尋址空間內(nèi)的所有存在地址，四種目的地址可指向整個尋址空間內(nèi)的所有存在地址。與其他尋址方式相比，這種立體尋址方式的靈活性顯而易見。同 時其內(nèi)核指令只有二十七個。以 16 位結(jié)構(gòu)和接近 8MIPS的運算速度為依托，使得 MSP430 能夠輕松完成 32位或 48 位浮點運算。 由于選用了集成度很高的 MSP430 系列微控制器，本系統(tǒng)的整個電路結(jié)構(gòu)變得非常簡單。這種 SYSTEM－ ON－ A－ CHIP 結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的可靠性增加。結(jié)構(gòu)的簡化同時降低了主機部分的成本。 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計 硬件部分即系統(tǒng)電路的設(shè)計是利用電路 CAD 工具軟件 Protel 設(shè)計完成的。 Protel 設(shè)計系統(tǒng)是一套建立在 IBM 兼容 PC 環(huán)境下的 EDA 電路集成設(shè)計環(huán)境，其功能強大，兼容性 好，且性價比高。融合了當(dāng)今 EDA最先進的設(shè)計成果，能處理各種復(fù)雜的 PCB 設(shè)計過程，實現(xiàn) PCB 和 FPGA 設(shè)計的多維設(shè)計輸入、信號仿真、信號完整性分析、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€和 CAM處理與驗證等功能。 Protel 不僅能完成基于 PCB 和 FPGA 的設(shè)計輸入、仿真和驗證 ,還包括了 PCB設(shè)計特性，如規(guī)則驅(qū)動的 PCB 設(shè)計、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€技術(shù)和 CAM文件編輯功能。 Protel 是當(dāng)今 EDA 最新發(fā)展中專門基于 Windows XP 和Windows 2022 Pro 平臺的板級設(shè)計系統(tǒng)，能為用戶提供全線的板級設(shè)計手段。它將所有板級設(shè)計工 具集于一身，使設(shè)計者能夠按照自己的設(shè)計方式實現(xiàn)從最初的項目規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全部過程。 該系統(tǒng)的硬件部分主要由電源模塊，復(fù)位模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，串口通信模塊及單片機處理模塊構(gòu)成。 電源電路 設(shè)計 電源電路為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電壓輸出。 MSP430 F1232 單片機的輸入電壓范圍為 ～ ，而前置信號處理電路的工作需要＋ 5V電壓。該電源可為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 5V電壓，電路采用 ASM1117 三端 穩(wěn)壓器為系統(tǒng)提供 ，用 MC7805T 穩(wěn)壓芯片提供 5V電壓。電路如圖21所示： 第一章 引言 10 圖 21 電源電路圖 其中 DBPW1 是整流橋 ，另外還有電池可以在外部電源停止時作為備用。 為了使輸出的電源穩(wěn)定，輸出紋波小，在電路的輸出部分分別采用兩個電容進行濾波，在電路的輸入端也放置兩個濾波電容，以減小輸入端的紋波。 圖 22 電源電路圖 ICL7660 是將正電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)電壓的一款芯片，以供集成運放工作需要。 其連接方式如圖 22所示。 復(fù)位電路 在單片機系統(tǒng)中，單片機需要復(fù)位電路 ，接 RST/MIN管腳 。復(fù)位電路可以采用 R— C復(fù)位電路，也可 以采用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路。 R— C復(fù)位電路的經(jīng)濟成本比較低，但可靠性不高，用復(fù)位芯片實現(xiàn)的電路具有較高的可靠性，同時也提高了系統(tǒng)的成本。本系統(tǒng)根據(jù)自身情況，選擇的是 R— C 復(fù)位電路，如圖 3 所示： 第一章 引言 11 圖 3 復(fù)位電路 傳感器信號接口 電路 設(shè)計 本系統(tǒng)所用傳感器信號分為兩類，一類是脈沖信號，一類是模擬信號。 數(shù)據(jù)采集電路分為溫度采集電路和轉(zhuǎn)速采集電路，如圖 4 所示： 圖 4 傳感器信號接口電路 1） 溫度采集電路 傳感器采集的溫度信號經(jīng)過 LM358 運算放大器處理后送入單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換。 2） 轉(zhuǎn)速采集電路 第一章 引言 12 傳感器采集的轉(zhuǎn)速脈沖信號經(jīng)過 74HC14施密特觸發(fā)器整形后送入單片機的 P2口，然后由單片機進行脈沖中斷記數(shù)。 串口通信電路 圖 5 串口通信電路 由于單片機的輸入、輸出電平為 TTL電平，與 PC機 RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣規(guī)范不一致，因此要實現(xiàn)單片機與 PC 機之間的數(shù)據(jù)通信，必須進行電平轉(zhuǎn)換。 采用 MAX3221 芯片可輕松實現(xiàn)單片機與 pc機之間的串行通信。下面對該芯片進行簡單的介紹。 一 概述 特點 MAX3221包含一個線驅(qū)動器 、 一個線接 收器和一個帶有177。 15kV ESD保護的雙電荷汞 。 該器件可滿足 TIA/EIA232F要求 ， 并在一個異步通信控制器和串行端口連接器之間提供接口電荷汞和四個小型外接電容器可在單路 3V至 電壓下工作 。 這些器件在數(shù)據(jù)信號率達到 250 kbit/s且最大的 30V/μ s驅(qū)動輸出回轉(zhuǎn)率時工作 。 當(dāng)串行端口失效時 ， 可對電壓管理進行靈活的控制選擇 。 在 FORCEON 為低且 FORCEOFF 為高時自動掉電功能起作用 。 在這種工作方式中 ， 若器件未感應(yīng)到接收器輸入端上的一個有效的 RS232 信號 ， 則驅(qū)動器輸出端被禁 止若 FORCEOFF 第一章 引言 13 置為低且 EN 為高 ， 則驅(qū)動器和接收器均被切斷 ， 電源電流降至 1μ A 。 斷開串行端口或關(guān)閉外圍驅(qū)動器將會導(dǎo)致自動掉電 。 當(dāng) FORCEON 和 FORCEOFF 為高時 ，自動掉電被禁止 。 當(dāng)自動掉電被使能且在接收器輸入端加一個有效信號時器件被激活 。 無效 (NVALID) 輸出告知用戶查看 RS232 信號是否加在接收器輸入端 。如果接收器輸入端電壓高于 V 或低于 – V 或在 177。 V 之間并持續(xù)少于 30μ s， INVALID 為高數(shù)據(jù)有效如果接收器輸入端電壓在 177。 V 之間并持續(xù)超過 30μ s， 則 INVALID 為低 (數(shù)據(jù)無效 )。 ? 能滿足或超過 TIA/EIA232F和 ITU 標(biāo)準(zhǔn)的要求 ? 工作電源電壓為 3V至 ? 最多可處理 250 kbit/s ? 一個驅(qū)動器和一個接收器 ? 低待機電流 (典型值為 1μ A) ? 外接電容器 (4 ? F) ? 接受 5V邏輯輸入電平和 ? 可與 Maxim MAX3221互換使用 ? 可供選擇的高速引腳可兼容器件 (1 Mbit/s) – SNx5C3221 ? RS232 總線引腳 ESD保護超過177。 15 kV時采用人體模型 (HBM) ? 自動掉電特點可自動使驅(qū)動器失效以節(jié)約電源 應(yīng)用范圍 ? 電池上電 手持和便攜式設(shè)備 ? PDA和掌上個人電腦 ? 數(shù)碼相機 ? 移動電話和無線設(shè)備 二 特性 2 1 極限參數(shù) (除非另有規(guī)定 ,否則請在推薦工作溫度范圍內(nèi)工作 )* 電源電壓范圍 ,VCC – V 至 6 V 正極輸出電源電壓范圍 ,V+ – V 至 7V 負(fù)極輸出電源電壓范圍 ,V V 至 – 7V 正負(fù)極電源電壓差 ,V+ V 13V 輸入電壓范圍 ,VI； 驅(qū)動器 (FORCEOFF、 FORCEON、 EN) – V 至 6 V 接收器 – 25 V 至 25 V 輸出電壓范圍 ,VO； 驅(qū)動器 – V 至 V 接收器 (INVALID) – V 至 VCC + V 封裝熱阻抗 ,θ JA DB封裝 82176。 C/W PW封裝 108176。 C/W 工作結(jié)點溫度 TJ 150176。 C 導(dǎo)線溫度 1,6 mm (1/16英寸 )(10秒 ) 260176。 C 存儲溫度范圍 ,Tstg – 65176。 C 至 150176。 C 第一章 引言 14 *注： 強度超出所列的極限參數(shù)可能導(dǎo)致器件的永久性損壞 。 這些僅僅是極限參數(shù) ， 并不意味著在極限條件下或在任何其它超出推薦工作條件所示參數(shù)的情況下器件能有效工作 。 延長在極限參數(shù)條件下的工作時間會影響器件的可靠性 。 顯示電路 系統(tǒng)的顯示電路采用簡單的 LED顯示方式，該方式能夠滿足系統(tǒng)的要求，也可降低系統(tǒng)的成本。圖 6為該系統(tǒng)的顯示電路。 圖 6 顯示電路 該顯示電路由兩組 LED數(shù)碼顯示器，每組 4位，左面 4位用于顯示溫度，右面 4 位用于顯示轉(zhuǎn)速。顯示器 直接 與單片機的 P1 口相連，單片機 P3口的 — 74HS138譯碼器來控制 LED數(shù)碼管的顯示選通狀態(tài)。由于 MSP430 系列單片機具有豐富的 I/O 口資源，這樣的連接方式非常易于實現(xiàn)，同時也減小了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。 單片機電路 單片機電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要完成與其他電路的接口，在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)對現(xiàn)場溫度信號和轉(zhuǎn)速信號的采集，并將得到的數(shù)據(jù)進行處理顯示，或通過按鍵將數(shù)據(jù)通過無線數(shù) 據(jù)模塊傳輸?shù)缴衔粰C做進一步處理。其電路圖如下： 第一章 引言 15 圖 7 單片機電路 由以上各部分電路可以看出，整個系統(tǒng)硬件設(shè)計比較簡單，數(shù)據(jù)采集電路具有一定的通用性，可同時采集模擬量數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù)。電源及復(fù)位模塊主要為整個系統(tǒng)提供可靠的電源，考慮到系統(tǒng)工作需要提供復(fù)位功能，因此電路也為系統(tǒng)提供復(fù)位信號。串口通信模塊主要完成與上位機通信，設(shè)計比較簡單。另外，單片機的時鐘模塊由低速晶體振蕩器，同時外加電容構(gòu)成。鍵盤輸入電路完成用戶與機器的交互，按鍵相對較少，主要用來提供向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)的控制信號，連接于單片機的 P2口， 采用中斷觸發(fā)方式實現(xiàn)。 同時還有程序下載接口，以便在程序的下載調(diào)試。 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 程序主要完成對現(xiàn)場溫度和轉(zhuǎn)速的采集，用 LED顯示轉(zhuǎn)速和溫度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳給上位機，并接收上位機發(fā)送的信息。 第一章 引言 16 上位機程序 本軟件與下位機軟硬件及其它相關(guān)元器件共同組成了一個