【文章內(nèi)容簡介】 單片機電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要是完成與其他電路的接口，從而獲得數(shù)據(jù)進行處理，將處理的結(jié)果采用某種方式表示出來，比如顯示或報警。從單片機最小系統(tǒng)電路可以看出，單片機的接口電路非常簡單，分別采用單片機的一般 I/O 口實現(xiàn)與其他電路的連口，在單片機的時鐘設(shè)計上與其他單片機有一定的區(qū)別， MSP430F149 單片機采用兩個時鐘輸入，一個 32kHz 的時鐘信號，一個 8MHz 的時鐘信號。該系統(tǒng)的時鐘部分都是采用晶體振蕩器實現(xiàn)的 [7]?？紤]到電源的輸入紋波對單片機的影響，在電源的管腳增加一個 的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。另外單片機還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題，在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源輸入端增加一個濾波電容以減小干擾。單片機最小系統(tǒng)電路如圖 31 所示。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 31 單片機最小系統(tǒng)電路 167。 電源及復(fù)位模塊 電壓電路： 由于 MSP430F149 單片機的工作電壓一般是 ～ ，并且功耗極低。為了方便起見，本系統(tǒng)采用電池（如 2 節(jié)普通 5 號電池）供電，因此輸出電壓為 3V。而整個系統(tǒng)采用 供電，考慮到硬件系統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗等特點，因此該硬件系統(tǒng)的電源部分采用 TI 公司的 TPS76033 芯片實現(xiàn)，該芯片能很好滿足該硬件系統(tǒng)的要求，另外該芯片具有很小的封裝，因此能有效節(jié)約 PCB 板的 面積 [8]。為了使輸出電源的紋波小，在輸出部分用了一個 和 的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個 的濾 波畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 電容，減小輸入端受到的干擾。 電源電路具體如圖 32 所示。 圖32 電源電路 復(fù)位電路： 在單片機系統(tǒng)里，單片機需要復(fù)位電路，復(fù)位電路可以采用 RC 復(fù)位電路，也可以采用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路， RC 復(fù)位電路具有經(jīng)濟性，但可靠性不高，用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路具有很高的可靠性，因此為了保證復(fù)位電路的可靠性，該系統(tǒng)采用 復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路，該系統(tǒng)采用 MAX809 芯片 [1]。為了減小電源的干擾，還需要在復(fù)位芯片的電源輸入腿加一個 的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。復(fù)位電路如圖 33 所示。 圖 33 復(fù)位電路 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 167。 采集模塊 該系統(tǒng)采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20來采集溫度數(shù)據(jù) ,作為單片機 MSP430149 的溫度傳感器，該芯片很多優(yōu)點，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理。由于每片 DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息，僅需要一根口線（單線接口）。由于該系統(tǒng)采用 DS18B20 作為溫度采集傳感器，這部分電路就比較簡單了，圖 34 為溫度采集電路 [1]。 圖 34 溫度采集電路 通過 圖 34 可以看出該集成電路具有簡單、實用等特點。 I/O 口可以與 MSP430F149 的 口直接相連，來完成數(shù)據(jù)的 傳送。 167。 鍵盤輸入模塊 鍵盤輸入電路主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互。該系統(tǒng)的鍵畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 盤設(shè)計是采用掃描方式實現(xiàn)的矩陣鍵盤。 鍵盤電路圖 如 圖 35 所示 。 圖 35 鍵盤輸入電路 該矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成， 、 、 和 構(gòu)成鍵盤的行線， 、 、 和 構(gòu)成鍵盤的列線。鍵盤的行線作為鍵盤的控制輸出端，鍵盤的列線作為鍵盤的輸入端。在設(shè)計時為了程序設(shè)計的方便性，鍵盤的列線采用的是 、 、 和 ，這樣可 以利用該管腳的中斷功能。這樣在沒有按鍵按下的情況下，該四個管腳的電平為高電平，如果有按鍵按下時，則相應(yīng)的列線管腳為低電平，這時通過設(shè)置 、 、 和 為低電平觸發(fā)中斷方式，低電平就觸發(fā)中斷而進入中斷服務(wù)程序，從而獲得輸入的數(shù)據(jù) [9]。 鍵盤的工作原理具體如下：首先將 、 、 和 設(shè)置為輸出，將 、 、 和 設(shè)置為輸入，并將 、 、 和 設(shè)置為低電平觸發(fā)中斷方式；將 設(shè)置為低電平，如果該行上 有按鍵按下的話，則 、 、 或者 上為低電平，就會觸發(fā)中斷，進入中斷服務(wù)程序，獲得輸入的數(shù)據(jù)。如果沒有按鍵按下的話，則 、 和 上為高電平，不會進入中斷服務(wù)程序。依次將 、 、畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 和 設(shè)置為低電平來判斷該行是否有輸入，如果沒有輸入的話，、 、 和 均為高電平，如果有輸入的話， 、 、 或者 上為低電平 [10]，就會觸發(fā)中斷，進入中斷服務(wù)程序，獲得輸入數(shù)據(jù)。鍵盤的掃描時間很短，僅僅幾微妙的時間，然而按鍵的時 間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有按鍵按下的話是都可以被掃描到的。另外還要考慮鍵盤的抖動處理。 167。 顯示模塊 系統(tǒng)的顯示電路采用 LCD1602 液晶顯示器顯示 ，這樣的方式能滿足該系統(tǒng)的要求，也可很容易的完成。 圖 36 為該系統(tǒng)的顯示電路。 圖 36 顯示電路 通過 圖 35 可以看出，該顯示電路直接與單片機的數(shù)據(jù) I/O 口進行連接，由于 MSP430149 具有豐富的 I/O 口資源，這樣采用并行的接口方式非常容易，減小系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度，也可以增加系統(tǒng)的可靠性。 ～ 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 是用來顯 示數(shù)據(jù)， 、 和 是用來控制數(shù)碼管的選通狀態(tài)。 167。 報警模塊 該部分電路主要是驅(qū)動一個蜂鳴器，這樣只需要將蜂鳴器的一端接地，另一端以單片機進行相接就可以了，由于 MSP430F149 的驅(qū)動能力不是很夠，需要加一個放大電路。該電路具有簡單、實用等特點。為了減少電源的輸入紋波對放大電路的影響，在電源的管腳增加一個 的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。報警電路圖如圖 37 所示。 圖 37 報警電路 有圖 37 可知 LM386 的 IN+（ 3）端口與 MSP430F149 的 端口通過一個 100 歐姆的電阻相連接，來完成相應(yīng)的控制。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 經(jīng)過前面對系統(tǒng)硬件的了解，這一節(jié)介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計。系統(tǒng)的軟件主要包括采集模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊、報警模塊和主處理模塊。下面就具體介紹各個模塊的軟件設(shè)計 [1]。 167。 最小系統(tǒng)設(shè)計 主處理模塊主要是將各個模塊進行協(xié)調(diào)處理和實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。主處理模塊首先完成初始化工作，初始化后進入循環(huán)處理，在循環(huán)過程中主處理獲得采集模塊的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)處理后的結(jié)果來進行顯示或 者報警。由于報警的上限和下限需要設(shè)置，另外考慮到對數(shù)據(jù)的保存，因此主程序先檢查門限是否在 FLASH 里面有，如果沒有則進行等待設(shè)置數(shù)據(jù)，設(shè)置完成后才進入下一步處理，也就是程序必須在有設(shè)置數(shù)據(jù)的情況下才能正常運行 [11]。下面給出主處理的流程圖，如圖 41 所示。 程 序 初 始 化打 開 中 斷讀 F L A S H 的 內(nèi) 容 有 設(shè) 置 數(shù) 據(jù) ？等 待 設(shè) 置 數(shù) 據(jù)啟 動 定 時 器數(shù) 據(jù) 處 理 數(shù) 據(jù) 正 常 ？ 報警數(shù) 據(jù) 顯 示YN 圖 41 主處理器 流程圖 畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 考慮到需要對設(shè)置數(shù)據(jù)進行讀寫，這樣需要對 FLASH 進行操作，下面給出 FLASH 操作的 函數(shù)。該函數(shù)的功能是將一個 WOED 類型的數(shù)據(jù)寫入到 FLASH 里面。 void FLASH_ww(int *pData int nValue) { PCTL3 = 0xA500。 //LOCK = 0。 PCTL1 = 0xA540。 // WRT = 1。 *pData = nValue。 } 該函數(shù)的功能是將一個 BYTE 類型的數(shù)據(jù)寫入到 FLASH 里面。 void FLASH_wb(char *pData char nValue) { PCTL3 = 0xA500。 //LOCK = 0。 PCTL1 = 0xA540。 // WRT = 1。 *pData = nValue。 } 該函數(shù)的功能是將 FLASH 里面的內(nèi)容擦除掉。 void FLASH_clr( int *pData ) { PCTL1 = 0xA502。 //ERASE = 1。 PCTL3 = 0xA500。 // LCOK = 0。 *pData = 0 。 } 根據(jù)上面流程圖給出簡單的程序，下面的程序是簡單化的處理，只是將得到的結(jié)果除以 100 獲得整數(shù)部分 ，該程序忽略小數(shù)部分的處理，該程序也是假定上下限在 0～ 100 之間。以下為具體的程序 [12]。見附錄 1 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 167。 采集模塊 采集模塊重要是 通過 DS18B20 溫度傳感器獲得 數(shù)據(jù)， 并 對采集來的數(shù)據(jù)進行處理 后 送給 MSP430F149 。 CPU 對 DS18B20 的訪問流程是：先對DS18B20 初始化，再進行 ROM 操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前 都要對 DS18B20 進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預(yù)定的操作 [13]。圖 42 為該模塊的程序流程圖。 跳 過 R O M溫 度 采 集 與 轉(zhuǎn) 換7 5 0 m s 處 理 完 畢開 始讀 取 溫 度 值初 始 化 D S 1 8 B 2 0發(fā) 送 數(shù) 據(jù)還 回 圖 42 采集模塊程序流程圖 畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 167。 鍵盤輸入模塊 鍵盤輸入電路主要是用來輸入數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)人機交互。該系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計是采用掃描方式實現(xiàn)的矩陣鍵盤。該矩陣掃描鍵盤由行線和列線組成， 、 、 和 構(gòu)成鍵盤的行線， 、 、 和 構(gòu)成鍵 盤的列線。鍵盤的行線作為鍵盤的控制輸出端，鍵盤的列線作為鍵盤的輸入端。在設(shè)計時為了程序設(shè)計的方便性，鍵盤的列線采用的是 、 和 ，這樣可以利用該管腳的中斷功能。這樣在沒有按鍵按下的情況下，該四個管腳的電平為高電平，如果有按鍵按下時，則相應(yīng)的列線管腳為低電平，這時通過設(shè)置 、 、 和 為低電平觸發(fā)中斷方式，低電平就觸發(fā)中斷而進入中斷服務(wù)程序，從而獲得輸入的數(shù)據(jù)[1]。 鍵盤的工作原理具體如下：首先將 、 、 和 設(shè)置為輸出，將 、 、 和 設(shè)置為輸入，并將 、 、 和 設(shè)置為低電平觸發(fā)中斷方式；將 設(shè)置為低電平，如果該行上有按鍵按下的話，則 、 、 或者 上為低電平，就會觸發(fā)中斷，進入中斷服務(wù)程序，獲得輸入的數(shù)據(jù)。如果沒有按鍵按下的話，則 、 和 上為高電平，不會進入中斷服務(wù)程序。依次將 、 、 和 設(shè)置為低電平來判斷該行是否有輸入，如果沒有輸入的話，、 、 和 均為高電平，如果有輸 入的話， 、 、 或者 上為低電平，就會觸發(fā)中斷，進入中斷服務(wù)程序，獲得輸入數(shù)據(jù)。鍵盤的掃描時間很短，僅僅幾微妙的時間，然而按鍵的時間一次至少需要幾十毫秒，所以只要有按鍵按下的話是都可以被掃描到的。另外還要考慮鍵盤的抖動處理 [13]。為了防止鍵盤的掃描而影響其他部分的處理，這里采用了定時器 B 來檢察是否有按鍵按下。圖 43 為該部分的程序流程圖。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 定 時 器 B 中 斷 到 來計 數(shù) 器 加 1設(shè) 置 行 線 輸 出端 口 中 斷 服 務(wù) 程 序 圖 43 輸入模塊流程圖 該模塊主要包括對定時器 B 和端口中斷的處理初始化部分 ：該部分主要完成端口的初始化和定時器 B 的初始化。 該部分端口的初始化程序。 void Int_INPUTPort(void) { //將管腳在初始化的時候設(shè)置為輸入方式 PIDIR = 0。 //將所以的管腳設(shè)置為一般 I/O 口 PISEL = 0。 //將 、 、 和 設(shè)置為輸入方向 PIDIR amp。=~（ BIT4)。PIDIR amp。=