【文章內(nèi)容簡介】 作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0～LPM4）。在實時時鐘模式下， ，在RAM 保持模式下， 。（4）片內(nèi)資源豐富 　MSP430 系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時器A0（Timer_A0）、定時器A1（Timer_A1）、定時器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10位/12位ADC、16位ΣΔ ADC、DMA、I/O端口、基本定時器（Basic Timer）、實時時鐘（RTC）和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出 A/D 轉(zhuǎn)換器；16 位定時器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，P0、PP2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 160 段；實現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的DMA模塊。MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。另外，MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時，中斷喚醒只需5μs。（5）方便高效的開發(fā)環(huán)境 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可以電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺 PC 機(jī)和一個 JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和 C 語言[5]。 MSP430單片機(jī)與51系列單片機(jī)的比較首先，89C51單片機(jī)是8位單片機(jī)，其指令是采用的被稱為“CISC”的復(fù)雜指令集，共具有111條指令。而MSP430單片機(jī)是16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，只有簡潔的27條內(nèi)核指令，大量的指令則是模擬指令；眾多的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運(yùn)算。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強(qiáng)，運(yùn)行的速度快。 其次，89C51單片機(jī)本身的電源電壓是5伏，有兩種低功耗方式：待機(jī)方式和掉電方式。正常情況下消耗的電流為24mA，在待機(jī)狀態(tài)下，其耗電電流仍為3mA；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到2V，但是為了保存內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)，還需要提供約500uA的電流。而MSP430系列單片機(jī)在低功耗方面的優(yōu)越之處，則是89C51系列不可比擬的。正因為如此，MSP430系列單片機(jī)更適合應(yīng)用于使用電池供電的儀器、儀表類產(chǎn)品中。 再者，89C51系列單片機(jī)由于其內(nèi)部總線是8位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都是8位，雖然經(jīng)過各種努力其內(nèi)部功能模塊有了顯著增加，但是受其結(jié)構(gòu)本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。MSP430系列其基本架構(gòu)是16位的，同時在其內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線經(jīng)過轉(zhuǎn)換還存在8位的總線，在加上本身就是混合型的結(jié)構(gòu)，因而對它這樣的開放型的架構(gòu)來說，無論擴(kuò)展8位的功能模塊，還是16位的功能模塊，即使擴(kuò)展像模/數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)/模轉(zhuǎn)換這類的功能模塊也是很方便的。這也就是為什么MSP430系列產(chǎn)品和其中功能部件迅速增加的原因。 最后，就是在開發(fā)工具方面。對于89C51來說，由于它是最早進(jìn)入中國的單片機(jī)，人們對它再熟悉不過了，再加上我國各方人士的努力，創(chuàng)造了不少適合我們使用的開發(fā)工具。但是如何實現(xiàn)在線編程還是一個很大問題。對于MSP430系列而言，由于引入了FLASH型程序存儲器和JTAG技術(shù)，不僅使開發(fā)工具變得簡便，而且價格也相對低廉，并且還可以實現(xiàn)在線編程。系統(tǒng)的整體設(shè)計第三章 編程環(huán)境介紹 IAR開發(fā)軟件IAR Embedded Workbench是一套高度精密且使用方便的嵌入式應(yīng)用編程開發(fā)工具。在其集成開發(fā)環(huán)境（IDE）中包含了 IAR 的 C/C++編譯器，匯編工具，鏈接器，文本編輯器，工程管理器和 CSPY 調(diào)試器。通過其內(nèi)置的針對不同芯片的代碼優(yōu)化器，IAR Embedded Workbench 可以為 MSP430 微控制器生成極為高效和可靠的代碼。除了有這些可靠的技術(shù)之外，IAR Systems 還提供專業(yè)化的全球技術(shù)支持。模塊化和可擴(kuò)展的集成開發(fā)環(huán)境 （1）用于構(gòu)建和調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序的無縫集成開發(fā)環(huán)境；（2）強(qiáng)大的工程管理器，允許同一工作區(qū)管理多個工程 ；（3）工程的層次化表示方法； （4）可?？看翱诤透哟翱诠芾恚唬?）智能型源文件瀏覽器；（6）帶有代碼模板和支持多字節(jié)等豐富特色的編輯器；（7）可以在全局層次、源文件組層次、或者單個的源文件層次上進(jìn)行配置；（8）靈活的工程編譯，如批量編譯，前/后編譯或在編譯過程中訪問外部工具的客戶定制編譯；（9）集成了源代碼控制系統(tǒng)的接口；（10）為多種芯片提供配套的現(xiàn)成的頭文件，芯片描述文件和鏈接器命令文件； （11）為多種MSPFET430工具提供現(xiàn)成代碼和工程范例； 高度優(yōu)化的C/C++編譯器 （1）支持C，EC++和擴(kuò)展EC++，并且包含有模板，名字空間和標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL）等； （2）MISRA C檢查器；（3）支持所有MSP430和MSP430X架構(gòu)的芯片； （4）針對特定目標(biāo)的嵌入式應(yīng)用程序的語言擴(kuò)展 用于數(shù)據(jù)/函數(shù)定義和存儲器及類型屬性 聲明的擴(kuò)展關(guān)鍵字使用Pragma指令控制編譯器行為，比如用來分配內(nèi)存在C源碼中可直接訪問的本征函數(shù)，從而執(zhí)行低級處理器操作，例如MSP430省電模式；（5）通過專用實時庫模塊支持硬件乘法器外設(shè)模塊；（6）位置無關(guān)代碼；（7）32位和64位標(biāo)準(zhǔn)IEEE格式的浮點(diǎn)類型；（8）對代碼的大小和執(zhí)行速度多級優(yōu)化，允許不同的轉(zhuǎn)換形式，例如函數(shù)內(nèi)聯(lián)和循環(huán)展開等等；（9）高級的全局優(yōu)化和特定優(yōu)化相結(jié)合，可以生成最為緊湊和穩(wěn)定的代碼；第四章 系統(tǒng)的整體設(shè)計本系統(tǒng)的設(shè)計由兩部分組成，分別是硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分。下面逐一介紹。 硬件系統(tǒng)的設(shè)計 硬件系統(tǒng)設(shè)計框圖本課題的硬件系統(tǒng)設(shè)計框圖如下圖：MSP430F169D/A轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換鍵盤顯示電平轉(zhuǎn)換電路（）JTAG仿真器復(fù)位電路晶振（32768和8M）供電電路串口 圖41 16位單片機(jī)MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)框圖中各部分描述電源部分為整個系統(tǒng)模塊提供所需電源，和基于89C51單片機(jī)系列所設(shè)計的系統(tǒng)不一樣的是。 顯示、鍵盤模塊部分鍵盤顯示是進(jìn)行人機(jī)交互的重要手段。在按鍵的同時，顯示模塊會有相應(yīng)的數(shù)值顯示，用戶可以讀出相關(guān)的信息。復(fù)位電路部分用來對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位電路給系統(tǒng)調(diào)試帶來方便。串行接口電路部分隨著計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信功能越來越顯的重要。這里所說的通信是指單片機(jī)與外界的信息交換。這里設(shè)置串口是方便對單片機(jī)進(jìn)行讀和寫。用的MAX3221EAE串口芯片，能很方便的與微機(jī)和外設(shè)等進(jìn)行串口通信。模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D 本系統(tǒng)內(nèi)置一塊16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，在系統(tǒng)中可以直接使用。當(dāng)然用戶也可以自行在外部擴(kuò)展更高精度的轉(zhuǎn)換芯片。數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A 本系統(tǒng)還內(nèi)置了一塊16位的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，它可以直接用來輸出各種波形信號和音頻信號等，也可以作為精密系統(tǒng)的控制電平。仿真電路部分 因本系統(tǒng)使用的MSP430F169單片機(jī)是FLASH型。本系統(tǒng)設(shè)置仿真電路JTAG接口用于實現(xiàn)ISP（在線編程），對FLASH等器件進(jìn)行編程。電平轉(zhuǎn)換電路，而很多模擬器件的供電電壓都是5V。本系統(tǒng)設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路解決電路混用造成的問題。晶振電路部分晶振電路中提供了高速和低速兩個晶振電路，可給單片機(jī)內(nèi)部的不同模塊輸出3種不同頻率的時鐘。用戶可用高速晶體產(chǎn)生頻率較高的MCLK供給CPU 以滿足高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算的需要；也可以在不需要CPU 工作時關(guān)閉高速晶體；而對于實時時鐘可用低速晶體產(chǎn)生頻率較低的ACLK。 軟件系統(tǒng)的設(shè)計MSP430 的開發(fā)軟件較多，本文采用IAR 公司的集成開發(fā)環(huán)境——IAR Embedded workbench 嵌入式工作臺以及調(diào)試器C SPY。本文所設(shè)計的程序包括主程序和中斷程序兩部分。主程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行初始化，定義單片機(jī)時鐘和輸入輸出端口設(shè)置等工作。主控單元的軟件設(shè)計主要包括鍵盤掃描任務(wù)，液晶顯示模塊任務(wù)，D/A和A/D轉(zhuǎn)換模塊任務(wù)、UART通信模塊任務(wù)等。硬件器件的選擇第五章 硬件器件的選擇 單片機(jī)的選擇　 微處理器是整個電路的核心器件，其性能的優(yōu)劣直接影響和決定著系統(tǒng)的功能指標(biāo)。本系統(tǒng)采用MSP430F169單片機(jī)。MSP430F169具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，是一款性價比極高的單片機(jī)，利用它作系統(tǒng)的控制核心，不僅極大地簡化了系統(tǒng)硬件電路，還大大提高了系統(tǒng)的性價比。MSP430單片機(jī)集中體現(xiàn)了現(xiàn)代單片機(jī)先進(jìn)的低功耗設(shè)計理念，其時鐘系統(tǒng)提供了豐富的硬件組合形成。它包括一個片內(nèi)DCO和兩個晶體振蕩器，可以產(chǎn)生三種系統(tǒng)適用的時鐘信號，支持六種工作方式，有五種低功耗模式，可以通過軟件對內(nèi)部時鐘系統(tǒng)進(jìn)行不同設(shè)置來控制芯片，使它處于不同工作方式，從而使整個系統(tǒng)達(dá)到最低的功耗并發(fā)揮最優(yōu)的性能。 電源電路器件的選擇 在 MSP430F169單片機(jī)應(yīng)用中需要穩(wěn)定的電壓信號，因此必須提供電源電路。電源模塊是系統(tǒng)硬件設(shè)計的重要組成部分，直接影響系統(tǒng)的精度和可靠性，輸出質(zhì)量高、穩(wěn)壓效果好、高效率和微功耗、可靠性強(qiáng)、微型化等是其設(shè)計原則。本系統(tǒng)采用的是電源轉(zhuǎn)換芯片TPS76330，德州儀器公司（TI）推出TPS76330芯片是150mA輸出的低功耗、低壓差線性穩(wěn)壓器。使用PMOS工藝，因此壓差非常低，典型值為300mV/150mA。其靜態(tài)電流僅為140uA。關(guān)斷電流為1uA。其低壓差和低功耗的特性，非常適合電池供電系統(tǒng)的應(yīng)用。TPS76330系列芯片采用小體積的SOT23封裝，工作溫度范圍－45℃～＋125℃。TP376330的特性如下表51：表5–1 TPS76330的特性150mA電流輸出電池供電系統(tǒng)典型壓差：300mV/150mA手持設(shè)備過溫保護(hù)低功耗計量儀表過流保護(hù)單片機(jī)應(yīng)用等關(guān)斷時靜態(tài)電流小于2uA 工作溫度范圍－45℃～＋125℃5管腳SOT23封裝多種固定電壓可選：5V，，，， 顯示電路芯片的選擇本系統(tǒng)中直接采用LCD12864。LCD12864是一款具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個16*16點(diǎn)漢字，和128個16*、方便的操作指令，可構(gòu)成全文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。引腳說明如下表32：表3–2 LCD12864引腳說明管腳名稱LEVEL功能1VSS0V電源地2VDD+5V電源正極3V0+5V對比度調(diào)節(jié)4RSH/L數(shù)據(jù)/命令選擇5R/WH/L讀/寫選擇6EH，H→L模塊使能端714DB0DB7H/L雙向數(shù)據(jù)口15PSBH/LH：并行模式L: 串行模式16NC　空腳17/RSTL自帶復(fù)位，可懸空18NC　空腳19LEDA+5VLED背光正極20LEDK D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路濾波放大電路的選擇在本系統(tǒng)中采用OPA333作為前置放大器，將采集的模擬信號進(jìn)行放大，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，輸出時該芯片又將模擬信號放大輸出。如溫度和音頻信號。OPA333是零漂移超低失調(diào)超低功耗放大器,功耗為最接近同類產(chǎn)品的1/10，，失調(diào)電壓2uV，，靜態(tài)電流17uA，增益帶寬350kHz，軌到軌輸入/輸出，微型SC70，SOT23封裝，放大器可用在醫(yī)療設(shè)備，溫度測試，測試設(shè)備，安全和消費(fèi)類系統(tǒng)等等。采用TI精準(zhǔn)且高效能的混合訊號CMOS制程，它透過自動歸零技術(shù)將偏移電壓減至極小，而且?guī)缀醪粫S著時間和溫度變動。這顆組件的高阻抗輸入提供超出供應(yīng)電壓100mV的共模范圍，而RailtoRail輸出的訊號振幅則可達(dá)到供應(yīng)電壓的100mV范圍內(nèi)。這顆放大器可以使用單電源或雙電源操作。 OPA333擁有極高的共模拒斥比，又不像傳統(tǒng)互補(bǔ)式輸入級會出現(xiàn)交叉失真，因此可具備更強(qiáng)大的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器驅(qū)動能力