【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)穩(wěn)定：復(fù)位后，最先由 DCOCLK 來啟動 CPU，保證程序開始執(zhí)行是從正確位置，晶體振蕩器有充足的起穩(wěn)定及振時間；（6）充足的外圍模塊：MSP430F14X 單片機的各模塊都集成了較多片內(nèi)外設(shè)；它們分別為看門狗（WDT）和模擬比較器 A 和定時器 A 和定時器 B 和串口和硬件乘法器和液晶驅(qū)動器和12位 ADC 和 IIC 總線和端口1~6和基本定時器等一些外圍的不同組合模塊。：采用 STM32f10x作為主芯片STM32F10X 大容量的 ARM 芯片的主要特點：（1）ARM 最新的 CortexM3內(nèi)核。中斷控制器先發(fā)制人，為自動的支持，硬件保護和恢復(fù)，中斷嵌套，只需要保護和恢復(fù)站點，即使在恢復(fù)現(xiàn)場的時候再次中斷也不需要再次保護現(xiàn)場，只需6個 Clk 的調(diào)整時間；（2）外設(shè)的引腳可以重影射；（3）芯片進入低功耗模式，可以通過“事件”醒來，而不中斷子程序；（4）高達1M 采樣率2 12位AD；（5）硬件 CRC SPI 通信速度檢查了18mb／s。 [9]：（1） AT89C52 是目前在大學(xué)中最初接觸到的一種單片機芯片，這款單片機有很多優(yōu)點：一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器；豐富的片外的外設(shè)；有三個 16 位的定時器或者計數(shù)器，一個有 6 向量和 2級中斷的結(jié)構(gòu)，但是相比于當(dāng)下應(yīng)用較廣泛的芯片，例如：MSP430，STC32，DSP 等等芯片， 89C52 的缺陷也是很明顯的，其中一個最主要的原因就是其內(nèi)存空間只有 8K，對于大多數(shù)芯片來說這個內(nèi)存空間實在是太小了。（2） AT89C52 這款單片機外設(shè)硬件太少，主要應(yīng)用與微型設(shè)備和初學(xué)者學(xué)習(xí)，對于大多數(shù)復(fù)雜的設(shè)備，其功能就不能滿足了。一個基于單片機的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計制作5：（1） MSP430F14X 單片機應(yīng)用在大學(xué)生中逐漸廣泛，這款單片機的優(yōu)點也是很明顯的：單片機有較多的中斷源，而且能夠任意嵌套，靈活方便的使用；超低的功耗：MSP430F14X 單片機功耗之所以超低，因為在降低其芯片的電壓和靈活而且運行時鐘可控的方面都有獨到之處；充足的外圍模塊：MSP430F14X 單片機的各模塊都集成了較多片內(nèi)外設(shè)；它們分別為看門狗（WDT）和模擬比較器 A 和定時器 A 和定時器 B和串口和硬件乘法器和液晶驅(qū)動器和 12 位 ADC 和 IIC 總線和端口 1~6和基本定時器等一些外圍的不同組合模塊，相比于 AT89C52 單片機，這款單片機已經(jīng)不止提升一個檔次這么簡單。（2） 其豐富的外設(shè)，及靈活的芯片應(yīng)用正是我這個項目所需要的。：（1） STM32 的 ARM 芯片是芯片當(dāng)中的佼佼者，不管在實際應(yīng)用當(dāng)中還是學(xué)習(xí)認知之中，他都是當(dāng)之無愧的霸主，其優(yōu)點很多：1. 中斷控制器先發(fā)制人，為自動的支持，硬件保護和恢復(fù)，中斷嵌套，只需要保護和恢復(fù)站點；2. 外設(shè)的引腳可以重影射；3. 芯片進入低功耗模式，可以通過“事件”醒來，而不中斷子程序等等。（2） 對于這款芯片我十分推崇，但是在本項目當(dāng)中用這個芯片真的是大材小用了，他豐富的功能在這個項目上應(yīng)用的不多。綜上所述：我選擇用 MSP430 單片機作為本次項目的主芯片。MSP430 系列單片機具有強大的處理功能，而且其超低功耗的特點非常適合電池供電的儀表儀器。嘉興學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計63 系統(tǒng)硬件設(shè)計 MSP430單片機MSP430F14X 是一個具備精簡指令的 16 位超低功耗的混合型的單片機,具有巨大的綜合優(yōu)點。 MSP430單片機特點在運算本領(lǐng)方面，MSP430F14X 單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令的集合，具有很多的尋址方式(源操作數(shù)的尋址 7 種、操作數(shù)的尋址 4 種目)、簡明的 27 條內(nèi)核的指令和大量模擬的指令；大量寄存器和片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器都是可以參加各種運算；還有查表處理指令很高效的；處理速度較高，在 8MHz 的晶體的驅(qū)動下指令的周期僅為 125ns 。這一些特點足以保證了可編出有高效率的源程序。 在運算速率方面，MSP430F14X 單片機能在 8MHz 的晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)多功能的硬件的乘法器(并且能實現(xiàn)乘加)相適合，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字的信號處理的某一些算法(如 FFT 等)。 MSP430F14X 單片機的中斷源很多，而且且可以隨意嵌套，使用很靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)在省電的狀態(tài)時，可以用中斷的請求把它喚醒只需要 6181。ｓ。 超低功耗 MSP430F14X 單片機有超低功耗，因為在降低其芯片的電壓和靈活而且運行時鐘可控的方面都有獨到之處。而由于系統(tǒng)在運行時能打開的功能模塊是不同，那么采用的工作模式不同，芯片有著顯著的不同的功耗。在系統(tǒng)中有一種活動的模式(AM)以及五種低功耗的模式(LPM0～LPM4)。在等待的方式下，耗電僅為 ，在節(jié)電的方式下，最低可以達到 。 此外，MSP430F14X 單片機的各模塊都集成了很豐富的片內(nèi)的外設(shè)。MSP430F14X 單片機的這些片內(nèi)的外設(shè)為系統(tǒng)的編程解決方案提供了很大的方便。MSP430F149 是 MSP430X14X 中的一種， 、兩個 16 位的定時器和一個 14 路 12位模數(shù)的轉(zhuǎn)換器和看門狗和 6 路的 P 口和兩路的 USART 通信的端口和一個比較器和一個 DCO 的內(nèi)部振蕩器和兩個外部的時鐘,支持 8M 時鐘。 [10]一個基于單片機的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計制作7 MSP430單片機結(jié)構(gòu)介紹圖 31 MSP430 結(jié)構(gòu)圖MSP430F14X 單片機包含有 CPU 、程序的存儲器、數(shù)據(jù)的存儲器 (RAM) 、運行的控制、外圍的模塊、振蕩器和倍頻器等主要的功能模塊。由此可以看出， MSP430F14X 內(nèi)部包含了所有計算機的部件，是一個真正的微控制器。 外圍模塊：分之為（16 位）字模塊和（8 位）字節(jié)模塊兩種。對于大多數(shù)的外圍模塊， MAB 是 16 位,MDB 是 8 位或者 16 位，包括基本的定時器（Basic Timer） 、16 位的定時器 (Timer_A 及 Timer_B) 、ADC 的轉(zhuǎn)換器、I/O 的 端口、異步和同步串行的通訊口（USART）以及液晶的顯示驅(qū)動的模塊等。外圍模塊經(jīng)過 MAB 和 MDB 與 CPU 相互連接。CPU：是由一個 16 位的 ALU、 16 個寄存器以及一套指令的控制邏輯組成。 在 CPU 的內(nèi)部有組 16 位的數(shù)據(jù)總線已經(jīng) 16 位地址總線； CPU 的運行正交的設(shè)計、對模塊的高度透明精簡的指令集；PC 、SR 和 SP 配合精簡的指令組能實現(xiàn)控制，使得應(yīng)用開發(fā)能實現(xiàn)復(fù)雜的軟件算法和尋址模式。存儲器：MSP430F14X 單片機采用的是“馮—紐曼結(jié)構(gòu)” 。所以，RAM、ROM和全部的外圍模塊都在同一個地址的空間內(nèi)，就是共用一個空間對全部的功能模塊來尋址。支持外部的擴展存儲器就是性能增強的目標。而特殊功能的寄存器和外圍模塊都安排在 000H1FFH 區(qū)域；RAM 和 ROM 共享 0200HFFFFH 區(qū)域，數(shù)據(jù)的存儲器（RAM）起始地址是 0200H 。 運行控制 MSP430F14X 單片機的運行主要被存儲在特殊的寄存器 (SFR) 中的信息控制。不同 SFR 中的位可以被允許中斷，用來支持取決在中斷標志狀態(tài)嘉興學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計8的軟件和定義外圍模塊的工作模式。 停止外圍模塊，可以有效減少電流的消耗，但保留在模塊寄存器中所存儲的數(shù)據(jù)。外圍的模塊工作的模式可以用 SFR 特定的位置來標明。 振蕩器以及時鐘發(fā)生器：振蕩器 LFXT1（LF）是用來專門為低功耗 32768 Hz 的時鐘晶振進行設(shè)計的。除了其晶體外接之外，所有模擬的元件都集成在片內(nèi)。但也可以僅用一個高速晶振工作，這時侯需要外接負載的電容。 [10] LCD12864液晶顯示屏 LCD12864介紹本項目所用的的帶有中文字庫的 12864ZW 是一塊有 4 位或 8 位并行和 2 線或 3 線的串行接口方式多種，在內(nèi)部都含有國標的一級和二級簡體的中文字庫點陣的圖形和液晶顯示的模塊；他的顯示分辨率是 12864, 內(nèi)部有 8192 個16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 簡單的指令，可構(gòu)建成全部中文以便人機交互的圖形界面。他可以顯示 84 行和 1616 的點陣漢字. 可完成來圖形的顯示。由這個模塊組成的液晶顯示的方案，不論是硬件的電路結(jié)構(gòu)還是顯示的程序都簡潔很多，而且這個模塊的價格也是低于其他點陣液晶模塊。 [11] LCD12864電路連接圖 32 LCD12864 電路連接一個基于單片機的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計制作9 步進電機 步進電機介紹步進電機稱之為能夠?qū)㈦姷拿}沖信號用來轉(zhuǎn)換成角的位移或是線位移的元件，它事實上是種單相或者多相的同步的電動機。單相的步進電動機是有單路的電脈沖來驅(qū)動，輸出的功率一般都很小，他的用途是給微小功率的驅(qū)動。多相的步進電動機有多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。步進電機的工作原理：步進電機能夠?qū)㈦姷拿}沖信號用來轉(zhuǎn)換成為角位移的元件。當(dāng)步進的驅(qū)動器接接收到一個脈沖的信號，它就會驅(qū)動步進電機按照設(shè)定好的方向進行轉(zhuǎn)動固定角度(稱之為“步距角”)，它旋轉(zhuǎn)是按照固定的角度進行運行的。要控制角位的移量可以用控制脈沖個數(shù)來實現(xiàn)，可以達到準確的定位；同時也可以控制脈沖的頻率作為控制電機的轉(zhuǎn)動速度和加速度，來達到調(diào)速目的。 [12]本項目所采用的是兩相四線制步進電機。 步進電機選擇（1）計算慣性轉(zhuǎn)矩根據(jù)本項目的實際應(yīng)用，設(shè)步進電機上的用長度為 L mm，空心，質(zhì)量為 W 的材質(zhì)。根據(jù)公式計算電機慣性矩： （31） （32）副電機上需要用齒輪以及齒條。齒條齒間距為 D,負載質(zhì)量為 M；根據(jù)公式計算電機慣性矩： （33）（2）計算負載轉(zhuǎn)矩根據(jù)計算公式： 嘉興學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計10 （34）M：負載質(zhì)量；μ：摩擦系數(shù)；γ：機械效率；D：直徑（3）臨時選擇電機容量J=JD100``````````````在速度控制中緩慢移動J=JD30````````````````在位置控制中定位T=TR``````````````` 安全系數(shù)（4）計算最短的加速/減速時間（轉(zhuǎn)矩） （35） （36）N：轉(zhuǎn)速；JD：額定慣性矩；TD：額定轉(zhuǎn)矩（5）計算實際轉(zhuǎn)矩 （37 ）tr：間歇時間；tp：負載轉(zhuǎn)矩運行時間根據(jù)以上公式，測量得本項目所需要的用的機械器材的參數(shù)變量，得出：本項目控制周期性轉(zhuǎn)動的步進電機采用 42BYGH47401A 型號，而在控制機器前后運動的步進電機則采用 57BYGH78401A 型號。一個基于單片機的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計制作11 步進電機電路連接圖 33 步進電機電路連接電機脈沖 O1（O2）接步進電機驅(qū)動器的 PUL上，正反轉(zhuǎn) O1（O2）接步進電機驅(qū)動器的 DIR上，這樣通過單片機發(fā)送脈沖信號給步進電機驅(qū)動器，用步進電機驅(qū)動器控制步進電機安裝自己需設(shè)計的方式運作 按鍵設(shè)計 3*3矩陣鍵盤設(shè)計矩陣鍵盤可稱之為行列式的鍵盤，它就是用幾條 I/O 口作為行線，幾條I/O 口作為列線來組成鍵盤。在行和列的每個交叉的點上，放置一個按鍵。這種鍵盤里按鍵個數(shù)就是 33 個。這樣行列式的鍵盤的結(jié)構(gòu)能夠使單片機系統(tǒng)中I/O 口的利用率很有效地提高。圖 34 3*3 按鍵電路連接嘉興學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計12 獨立按鍵設(shè)計圖 35 獨立按鍵電路連接4 系統(tǒng)軟件設(shè)計函數(shù)名稱：Main（）功 能：程序允許起點、系統(tǒng)初始化、按鍵初始化、計數(shù)值判斷功能參數(shù)：計數(shù)值 T返 回 值：計數(shù)值 T、電機狀態(tài)等一個基于單片機的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計制作13啟動L C D 初始化I n i _ L c d ( )按鍵初始化I n i t _ K e y p a d ( )W h i l e ( 1 )L C D 顯示L C D _ S h o w ( )電機運行R u n ( )是判斷計數(shù)T 1 5 ?否