【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(shí)間；（6）充足的外圍模塊：MSP430F14X 單片機(jī)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(shí)器 A 和定時(shí)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(shí)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(diǎn)：（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(hù)和恢復(fù)，中斷嵌套，只需要保護(hù)和恢復(fù)站點(diǎn)，即使在恢復(fù)現(xiàn)場的時(shí)候再次中斷也不需要再次保護(hù)現(xiàn)場，只需6個(gè) Clk 的調(diào)整時(shí)間；（2）外設(shè)的引腳可以重影射；（3）芯片進(jìn)入低功耗模式，可以通過“事件”醒來，而不中斷子程序；（4）高達(dá)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(jī)芯片，這款單片機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)：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(gè) 16 位的定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器，一個(gè)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(gè)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(gè)內(nèi)存空間實(shí)在是太小了。（2） AT89C52 這款單片機(jī)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(gè)基于單片機(jī)的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)制作5：（1） MSP430F14X 單片機(jī)應(yīng)用在大學(xué)生中逐漸廣泛，這款單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也是很明顯的：單片機(jī)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(jī)功耗之所以超低，因?yàn)樵诮档推湫酒碾妷汉挽`活而且運(yùn)行時(shí)鐘可控的方面都有獨(dú)到之處；充足的外圍模塊：MSP430F14X 單片機(jī)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(shí)器 A 和定時(shí)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(shí)器等一些外圍的不同組合模塊，相比于 AT89C52 單片機(jī)，這款單片機(jī)已經(jīng)不止提升一個(gè)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(gè)項(xiàng)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(shí)際應(yīng)用當(dāng)中還是學(xué)習(xí)認(rèn)知之中，他都是當(dāng)之無愧的霸主，其優(yōu)點(diǎn)很多：1. 中斷控制器先發(fā)制人，為自動的支持，硬件保護(hù)和恢復(fù)，中斷嵌套，只需要保護(hù)和恢復(fù)站點(diǎn)；2. 外設(shè)的引腳可以重影射；3. 芯片進(jìn)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(xiàng)目當(dāng)中用這個(gè)芯片真的是大材小用了，他豐富的功能在這個(gè)項(xiàng)目上應(yīng)用的不多。綜上所述：我選擇用 MSP430 單片機(jī)作為本次項(xiàng)目的主芯片。MSP430 系列單片機(jī)具有強(qiáng)大的處理功能，而且其超低功耗的特點(diǎn)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(jì)63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) MSP430單片機(jī)MSP430F14X 是一個(gè)具備精簡指令的 16 位超低功耗的混合型的單片機(jī),具有巨大的綜合優(yōu)點(diǎn)。 MSP430單片機(jī)特點(diǎn)在運(yùn)算本領(lǐng)方面，MSP430F14X 單片機(jī)是一個(gè) 16 位的單片機(jī)，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(yùn)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(diǎn)足以保證了可編出有高效率的源程序。 在運(yùn)算速率方面，MSP430F14X 單片機(jī)能在 8MHz 的晶體的驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn)多功能的硬件的乘法器(并且能實(shí)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(jī)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(shí)，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(jī)有超低功耗，因?yàn)樵诮档推湫酒碾妷汉挽`活而且運(yùn)行時(shí)鐘可控的方面都有獨(dú)到之處。而由于系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)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(dá)到 。 此外，MSP430F14X 單片機(jī)的各模塊都集成了很豐富的片內(nèi)的外設(shè)。MSP430F14X 單片機(jī)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(gè) 16 位的定時(shí)器和一個(gè) 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(gè)比較器和一個(gè) DCO 的內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部的時(shí)鐘,支持 8M 時(shí)鐘。 [10]一個(gè)基于單片機(jī)的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)制作7 MSP430單片機(jī)結(jié)構(gòu)介紹圖 31 MSP430 結(jié)構(gòu)圖MSP430F14X 單片機(jī)包含有 CPU 、程序的存儲器、數(shù)據(jù)的存儲器 (RAM) 、運(yùn)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(jì)算機(jī)的部件，是一個(gè)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(shí)器（Basic Timer） 、16 位的定時(shí)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(gè) 16 位的 ALU、 16 個(gè)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(yùn)行正交的設(shè)計(jì)、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(shí)現(xiàn)控制，使得應(yīng)用開發(fā)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軟件算法和尋址模式。存儲器：MSP430F14X 單片機(jī)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(gè)地址的空間內(nèi)，就是共用一個(gè)空間對全部的功能模塊來尋址。支持外部的擴(kuò)展存儲器就是性能增強(qiáng)的目標(biāo)。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(yùn)行控制 MSP430F14X 單片機(jī)的運(yùn)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(biāo)志狀態(tài)嘉興學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)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(biāo)明。 振蕩器以及時(shí)鐘發(fā)生器：振蕩器 LFXT1（LF）是用來專門為低功耗 32768 Hz 的時(shí)鐘晶振進(jìn)行設(shè)計(jì)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(gè)高速晶振工作，這時(shí)侯需要外接負(fù)載的電容。 [10] LCD12864液晶顯示屏 LCD12864介紹本項(xiàng)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(biāo)的一級和二級簡體的中文字庫點(diǎn)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(gè)16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 簡單的指令，可構(gòu)建成全部中文以便人機(jī)交互的圖形界面。他可以顯示 84 行和 1616 的點(diǎn)陣漢字. 可完成來圖形的顯示。由這個(gè)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(gè)模塊的價(jià)格也是低于其他點(diǎn)陣液晶模塊。 [11] LCD12864電路連接圖 32 LCD12864 電路連接一個(gè)基于單片機(jī)的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)制作9 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)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(shí)上是種單相或者多相的同步的電動機(jī)。單相的步進(jìn)電動機(jī)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(jìn)電動機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。步進(jìn)電機(jī)的工作原理：步進(jìn)電機(jī)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(jìn)的驅(qū)動器接接收到一個(gè)脈沖的信號，它就會驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定好的方向進(jìn)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(jìn)行運(yùn)行的。要控制角位的移量可以用控制脈沖個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到準(zhǔn)確的定位；同時(shí)也可以控制脈沖的頻率作為控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和加速度，來達(dá)到調(diào)速目的。 [12]本項(xiàng)目所采用的是兩相四線制步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)選擇（1）計(jì)算慣性轉(zhuǎn)矩根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，設(shè)步進(jìn)電機(jī)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(jì)算電機(jī)慣性矩： （31） （32）副電機(jī)上需要用齒輪以及齒條。齒條齒間距為 D,負(fù)載質(zhì)量為 M；根據(jù)公式計(jì)算電機(jī)慣性矩： （33）（2）計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩根據(jù)計(jì)算公式： 嘉興學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10 （34）M：負(fù)載質(zhì)量；μ：摩擦系數(shù)；γ：機(jī)械效率；D：直徑（3）臨時(shí)選擇電機(jī)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(jì)算最短的加速/減速時(shí)間（轉(zhuǎn)矩） （35） （36）N：轉(zhuǎn)速；JD：額定慣性矩；TD：額定轉(zhuǎn)矩（5）計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)矩 （37 ）tr：間歇時(shí)間；tp：負(fù)載轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)間根據(jù)以上公式，測量得本項(xiàng)目所需要的用的機(jī)械器材的參數(shù)變量，得出：本項(xiàng)目控制周期性轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機(jī)采用 42BYGH47401A 型號，而在控制機(jī)器前后運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)則采用 57BYGH78401A 型號。一個(gè)基于單片機(jī)的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)制作11 步進(jìn)電機(jī)電路連接圖 33 步進(jìn)電機(jī)電路連接電機(jī)脈沖 O1（O2）接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的 PUL上，正反轉(zhuǎn) O1（O2）接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的 DIR上，這樣通過單片機(jī)發(fā)送脈沖信號給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制步進(jìn)電機(jī)安裝自己需設(shè)計(jì)的方式運(yùn)作 按鍵設(shè)計(jì) 3*3矩陣鍵盤設(shè)計(jì)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(gè)交叉的點(diǎn)上，放置一個(gè)按鍵。這種鍵盤里按鍵個(gè)數(shù)就是 33 個(gè)。這樣行列式的鍵盤的結(jié)構(gòu)能夠使單片機(jī)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(jì)12 獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)圖 35 獨(dú)立按鍵電路連接4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)函數(shù)名稱：Main（）功 能：程序允許起點(diǎn)、系統(tǒng)初始化、按鍵初始化、計(jì)數(shù)值判斷功能參數(shù)：計(jì)數(shù)值 T返 回 值：計(jì)數(shù)值 T、電機(jī)狀態(tài)等一個(gè)基于單片機(jī)的眼肌訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)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(jī)運(yùn)行R u n ( )是判斷計(jì)數(shù)T 1 5 ?否