【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用在電池供電便攜式設(shè)備及手持設(shè)備中。[5]根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求，本課題采用美國(guó)TI公司的MSP430F437單片機(jī)。[6]其主要特點(diǎn)如下：1. 低供電電壓范圍：~；2. 超低功耗： —活動(dòng)模式：1MHz，； —等待模式：； —關(guān)閉模式（RAM保持）：：3. 五種省電模式：4. 6us內(nèi)從等待狀態(tài)喚醒；5. 16位精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)，125ns指令時(shí)間周期；6. 具有內(nèi)部參考電平、采樣保持和自動(dòng)草廟特性的12位A/D轉(zhuǎn)換器；7. 帶有3個(gè)捕獲/比較七寸器的16位定時(shí)器：定時(shí)器A和定時(shí)器B；8. 片內(nèi)集成比較器；9. 串行通信接口（USART)，軟件選擇異步UART或者同步SPI接口；10. 具有可編程電平檢測(cè)的供電電壓管理器/監(jiān)視器；11. 串行在線編程，無(wú)需外部編程電壓，可編程的安全絡(luò)絲代碼保護(hù)；12. 集成多大160段得LCD驅(qū)動(dòng)器。 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 核心板是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行所需要的核心電路及其外圍線路，它主要包括主控制器、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源電路、Flash等。 主控制器選擇及硬件組成超聲波發(fā)射電路超聲波接受電路MSP430單片機(jī)電源電路顯示與報(bào)警電路與常用的5 1系列單片機(jī)相比，MSP430系列單片機(jī)功能強(qiáng)大、功耗低、集成度高，其主要缺點(diǎn)是價(jià)格略高。[7]為得到合適的性價(jià)比，選擇TI公司早期生產(chǎn)的MSP430F1101，這種型號(hào)的單片機(jī)價(jià)格較低，功能雖然并不強(qiáng)大，但足以滿足本系統(tǒng)要求。F1101的不足之處主要在于沒(méi)有液晶驅(qū)動(dòng)，選擇價(jià)格合理的液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片HT 1 62 1便可解決這一問(wèn)題。系統(tǒng)硬件電路以MPS430F1101單片機(jī)為核心，其主要由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、電源電路與報(bào)警電路等組成。 系統(tǒng)框圖 電源電路在該系統(tǒng)中硬件平臺(tái)上需要使用3種電壓，存儲(chǔ)器和外部I/。本系統(tǒng)采用寬電平輸入，通過(guò)DCDC轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)電平輸出。再次選用LM317集成穩(wěn)壓電路，它是常用的可調(diào)集成穩(wěn)壓器，~37V。[8]。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。DD2用于保護(hù)，U。=（1+R2/R1)*。 電源電路 復(fù)位電路復(fù)位對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)重要，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位電路可以由簡(jiǎn)單的RC復(fù)位電路，經(jīng)使用證明，其復(fù)位邏輯是可靠的。[9] 復(fù)位電路該復(fù)位電路的工作原理如下：在系統(tǒng)上電時(shí)，通過(guò)電阻R1向電容C1充電，當(dāng)C1兩端的電壓未達(dá)到高電平的門(mén)限電壓時(shí)，nRESET端輸出為高電平，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)用戶按下按鍵S1時(shí)，C1兩端的電荷被釋放掉，nRESET端輸出為低電平，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，再重復(fù)以上的充電過(guò)程，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。為保證系統(tǒng)有效復(fù)位，必須合理選擇R1和C1的參數(shù)，以調(diào)整復(fù)位狀態(tài)的時(shí)間。對(duì)于S3C2410X來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)上電后nRESET端必須保持低電平至少4個(gè)MCLK周期。兩級(jí)非門(mén)電路用于按鈕去抖動(dòng)和波形整形；nRESET端的輸出狀態(tài)與Reset端相反，以用于高電平復(fù)位的期間；經(jīng)使用證明，基于途中所選參數(shù)的復(fù)位電路其復(fù)位邏輯是可靠的。[10] 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于向CPU及其他電路提供工作始終。需要兩路始終輸入：一路是CPU工作始終輸入，；另一路提供給實(shí)時(shí)始終RTC電路。根據(jù)最高工作頻率以及PLL電路的工作方式，經(jīng)內(nèi)部PLL倍頻到180MHz，同時(shí)片內(nèi)兼有信號(hào)放大和提純的功能。因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號(hào)獲得較高的工作頻率，以降低因高速開(kāi)關(guān)時(shí)鐘所造成的高頻噪音。 實(shí)時(shí)始終輸入電路原理圖 存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)內(nèi)核提供了32位的地址總線，可以訪問(wèn)4G（2）的線性地址空間，而S3C2410的內(nèi)部地址總線是30bit（HADDR[29:0]),能夠訪問(wèn)的最大外部地址空間是2的30次方，即1G的地址空間0*00000000~0*3FFFFFFFF,可見(jiàn)S3C2410僅利用了系統(tǒng)的32位地址總線的低30位，并且是一一對(duì)應(yīng)相連的。S3C2410將1G的外部地址空間分成了8個(gè)存儲(chǔ)器組，每個(gè)組的大小為128M，其中6個(gè)用于ROM、SRAM等存儲(chǔ)器，2個(gè)用于ROM、SRAM、SDRAM等存儲(chǔ)器?；谛酒w積及成本的考慮，當(dāng)S3C2410對(duì)外尋址時(shí)，采用了部分譯碼的方式，即低位地址線用于外圍存儲(chǔ)器的片內(nèi)尋址，而高位地址線用于外圍存儲(chǔ)器的片外尋址。由于每個(gè)存儲(chǔ)器組的起始地址及空間大小固定，對(duì)于系統(tǒng)要訪問(wèn)的任意外部地址，S3C2410可以方便地利用內(nèi)部地址總線的高3位HADDR[29:27]來(lái)選擇該地址屬于哪一個(gè)存儲(chǔ)器組（Bank），從而激活相應(yīng)的Bank選擇信號(hào)，并且使用外部地址總線A[26:0]來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)Bank的內(nèi)部尋址，尋址范圍為128M，從而使得其外圍地址訪問(wèn)空間為1GB。S3C2410正是通過(guò)這種機(jī)制來(lái)完成外部地址空間的尋址全過(guò)程。 超聲波換能器電路設(shè)計(jì) 倒車?yán)走_(dá)總體結(jié)構(gòu)倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)由五部分組成：超聲波發(fā)生模塊、超聲波接受模塊、攝像頭視頻采集系統(tǒng)、LCD顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)；。[11]超聲波發(fā)送模塊超聲波接受模塊攝像頭采集驅(qū)動(dòng)電路放大整形顯示模塊語(yǔ)音報(bào)警MSP430單片機(jī)各模塊完成的具體任務(wù)如下：（1） 測(cè)距系統(tǒng)：由超聲波發(fā)生模塊、超聲波接受模塊、單片機(jī)控制系統(tǒng)組成，用來(lái)測(cè)量汽車與障礙物之間的距離。（2） 顯示報(bào)警系統(tǒng)：主要由USB攝像頭、控制系統(tǒng)、顯示模塊和語(yǔ)音報(bào)警組成，用來(lái)顯示車后和車側(cè)面的詳細(xì)情景并通過(guò)彩色液晶顯示，同時(shí)通過(guò)語(yǔ)音提示報(bào)警。（3） 控制系統(tǒng)：是本系統(tǒng)的核心，采用MSP430單片機(jī)，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，對(duì)各種接口電路進(jìn)行控制。MSP430單片機(jī)通過(guò)串口輸出脈沖控制555振蕩器工作，發(fā)生超聲波。[12]同時(shí)計(jì)時(shí)，當(dāng)發(fā)生的超聲波碰到障礙物發(fā)射回來(lái)，此時(shí)超聲波接受模塊接收信號(hào)，通過(guò)放大處理后，傳送給系統(tǒng)，從而計(jì)算出障礙物與汽車直接的距離，并根據(jù)計(jì)算出的距離由軟件系統(tǒng)進(jìn)行判斷，對(duì)駕駛員進(jìn)行語(yǔ)音提示。同時(shí)，主控芯片進(jìn)行攝像頭的視頻采集并通過(guò)LCD顯示出來(lái)。 超聲波發(fā)射信號(hào)，單穩(wěn)觸發(fā)器接收來(lái)自押S430F1101的P1．3端口輸出的40ms脈沖波，經(jīng)過(guò)觸發(fā)器的電壓提升和脈寬控制輸出頻率不變、高電平寬度為160 u s的方波，方波周期為40m s。[13]此脈沖信號(hào)作為555振蕩器的置位脈沖。在置位期問(wèn)，555定時(shí)產(chǎn)生40kHz的振蕩信號(hào)，由超聲波發(fā)射頭T40K 將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成超聲波發(fā)射出去。超聲發(fā)射器便發(fā)射出脈沖數(shù)為7個(gè)的脈沖串(1／40kHz=O．25ms)，超聲波發(fā)射器的聲波傳播到反射物，再由反射物反射到接收器，傳播距離為2倍測(cè)量距離，由式(1)可知。[14]單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號(hào)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由555構(gòu)成的多諧振蕩器超聲波UCMT40K 超聲波發(fā)射硬件電路 超聲波發(fā)射電路框圖 超聲波接收電路　　，超聲波接收UCM—R40接收到的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大及電壓整形電路，整形后的直流電壓并不平滑，需要再加一個(gè)電容C5濾波，濾波后的電壓范圍基本穩(wěn)定，用這個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)光電耦合器件SFH65A1的發(fā)光二極管，這時(shí)光敏三極管導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器輸出電平信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器使電平信號(hào)基本穩(wěn)定。[15]電平信號(hào)直接輸入單片機(jī)的外部中斷入口，該高電平作為MSP430的外部中斷的中斷信號(hào)使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中停止計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)，并計(jì)算出有關(guān)數(shù)據(jù)。[16] 超聲波接受電路框圖 顯示電路與報(bào)警提示設(shè)計(jì)　　本系統(tǒng)要求兩位被測(cè)距離顯示和兩種不同距離值的警報(bào)提示信息。而LED顯示電路需要多個(gè)口線支持，所以選擇既能節(jié)省口線，又價(jià)格適中的液晶顯示驅(qū)動(dòng)器HT1621，該芯片同時(shí)提供2kHz和4kHz的兩種音頻格出，符合系統(tǒng)技術(shù)要求。 HTl621與單片機(jī)接線圖 報(bào)警部分采用一個(gè)蜂鳴器，在連接到蜂鳴器之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)三極管9 012的放大。報(bào)警部分的連線。 報(bào)警電路 MSP430單片機(jī)介紹MSP430的設(shè)計(jì)有五種低功耗模式，可以大大延長(zhǎng)便攜式測(cè)量設(shè)備中的電池壽命。芯片具有一個(gè)強(qiáng)大的16位RISC CPU,10個(gè)16位的七寸器以及常數(shù)發(fā)生器，能夠最大限度的提高代碼的效率。數(shù)字控制的振蕩器（DCO）可以在6微秒內(nèi)將CPU從低功耗模式中喚醒。MSP430F1101配置了兩個(gè)16位定時(shí)器、一個(gè)12位快速A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)通用同步/異步串行通信接口（USART）和48個(gè)I/O引腳以及一個(gè)多達(dá)160段得液晶驅(qū)動(dòng)器。[17]MSP430的典型應(yīng)用報(bào)考測(cè)量系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，可以將捕獲模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示在液晶面板上。本系統(tǒng)中MSP430F1101用是通過(guò)CPLD進(jìn)行測(cè)距流程控制：由CPLD 讀取粗測(cè)計(jì)數(shù)值和經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的精測(cè)采樣值：對(duì)粗測(cè)值和精測(cè)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；利用單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換對(duì)APD高壓采樣，并通過(guò)控制CDPLD使其產(chǎn)生PWM信號(hào)，進(jìn)而對(duì)APD進(jìn)行自動(dòng)增益控制。MSP430單片機(jī)電路圖如圖所示： MSP430單片機(jī)電路圖4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)總體思路 總體思路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)、T1中斷服務(wù)子程序、INT0外部中斷服務(wù)子程序、距離計(jì)算子程序、顯示子程序、延時(shí)子程序和報(bào)警子程序設(shè)計(jì)等?！　∠到y(tǒng)軟件編制時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)硬件的連線，同時(shí)還