【文章內(nèi)容簡介】 主要就是 A/D 轉(zhuǎn)換和接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。 下圖 33是 MSP430F149 單片機引腳的分配 : 14 圖 33MSP430F149 引腳圖 由于不同的 設(shè)計實現(xiàn)功能的而不同，所以選用單片機的引腳也不盡相同，下圖34介紹一下本設(shè)計中用到的引腳，如下表 : 引腳名稱 引腳編號 說明 AVCC 64 模擬電源的正極，僅提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬部分 AVSS 62 模擬電源的負(fù)極，僅提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬部分 DVCC 1 數(shù)字電源的正極，供給所有數(shù)字部分 DVSS 63 數(shù)字電源的負(fù)極，供給所有數(shù)字部分 ，模擬信號的輸入端 ~ 一般數(shù)字 I/O，接顯示屏的位選端 15 ~48 XIN 8 低速晶體振蕩器的輸入端 XOUT/TCLK 9 低速晶體振蕩器的輸出端 ~~43 一般數(shù)字 I/O，接顯示屏的段碼端 ~ ~27 通用數(shù)字 I/O，接 DA 數(shù)據(jù)輸入端 XT2IN 53 高速晶體振蕩器輸入端 XT2OUT 52 高速晶體振蕩器輸出端 ，發(fā)送數(shù)據(jù)輸出 USART1/UART 方式 ，接收數(shù)據(jù)輸入 USART1/UART 方式 RST /NMI 58 復(fù)位輸入端 圖 34 單片機引腳分配 單片機的最小系統(tǒng) 單片機的最小系統(tǒng)，是整個設(shè)計中最核心的部分，因為它控制著液晶顯示屏和直流電機，而對于 MSP430F149 單片機來說，晶振電路和復(fù)位電路就構(gòu)成了MSP430F149 單片機的最小系統(tǒng)。 單片機上各個部件能構(gòu)自動工作，并且不出問題，這實際上是在單片機的系統(tǒng)時鐘的作用下，由控制器控制芯片內(nèi)各個部件能夠正常工作，使內(nèi)部的邏輯硬件上產(chǎn)生的所需的脈沖信號得以實現(xiàn)。 晶振電路的 設(shè)計如圖 35所示 16 圖 35 晶振電路 本系統(tǒng)中采用的是 XTAL 的晶體，該晶體兩端分別連接到 MSP430F149 單片機的XT2IN、 XT2OUT 引腳，并且連接兩個 100pF 的電容，使單片機能夠正常工作。 在所有含有控制器的單片機系統(tǒng)中，都有相對應(yīng)的復(fù)位電路，這樣才能使系統(tǒng)在接上電后能正常的復(fù)位，使單片機系統(tǒng)處在一個穩(wěn)定運行的狀態(tài)。單片機系統(tǒng)復(fù)位電路的好壞，直接關(guān)系到整個單片機系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，因此復(fù)位電路的設(shè)計十分重要。 MSP430F149 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)位電路是通過人為控制按鍵，來防止程序跑飛或出 錯時可以讓程序從頭開始執(zhí)行程序，達(dá)到正常運行狀態(tài)。復(fù)位電路如圖 36所示： 圖 36復(fù)位電路 17 液晶顯示模塊 液晶顯示屏的選擇 LCD1602 液晶顯示屏是一種工業(yè)級別的字符型液晶顯示屏，它能夠在屏幕上同時顯示 16X02 也就是 32 個字符，這也是 1602 名字的由來。 在基于單片機的電子油門檢測系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中需要的液晶顯示屏是要將滑動變阻器阻值變化時的模擬信號經(jīng)過 MSP430F149 單片機然后將轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號在顯示屏上顯示，而 1602 液晶顯示屏就是一種專門用來顯示字母、數(shù)字等的字符型液晶顯示屏。 它是由很多個點陣字符位組成，每一個點陣字符位都可以在 1602 顯示屏上顯示一個字符。 1602 液晶顯示屏就是指顯示的內(nèi)容為 32 個字符 ,可以顯示兩行，每行有 16 個字符的液晶模塊。 1602 液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口 ,下圖 37為 1602 管腳分布圖： 圖 37LCD1602 管腳分布圖 在不同的設(shè)計中，由于實現(xiàn)功能的不同，所以同一種單片機所使用的顯示器的引腳也各不相同，下圖 38 所示為本次設(shè)計當(dāng)中 LCD1602 液晶顯示屏上各引腳的功能圖： 18 圖 38LCD1602 管腳功能圖 液晶顯示模塊電路設(shè)計 早起廣泛使用的 LED 顯示屏由于功耗方面和體積方面的原因已不能再滿足人們的需要，所以在各行各業(yè)開始越來越多的使用液晶 LCD。 LCD 有很種類型，常用的有圖形式液晶、字符式液晶、段式液晶等。但是根據(jù)本次設(shè)計的要求，決定采用 1602液晶顯示屏。 1602 的液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器自身就存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這其中有我 們設(shè)計需要的數(shù)字和英文字母，并且每個字符對應(yīng)一個固定代碼，這樣就很方便我們?nèi)ゾ幊?。液晶模塊電路圖如圖 39 所示，它還可以通過調(diào)節(jié)變阻器 10K 的電阻 R6接入電路中阻值的大小來調(diào)節(jié)液晶顯示屏的亮度。 19 圖 39液晶模塊接口電路 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 圖 310 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 本次數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本流程如上圖所示，當(dāng)滑動變阻器阻值發(fā)生變化時，會在電路中產(chǎn)生電壓的變化，單片機 MSP430F149 采集滑動變阻器移動后的變化的電壓值，并通過單片機自身身所具有的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，將模擬信號 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號的值存儲，通過 LCD1602 液晶顯示屏顯示出來。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以 MSP430F149 單片機為控制核心，通過 A/D 電路將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后顯示在 LCD1602 液晶顯示屏上。而滑動變阻器的三個接線柱分別與電源和地線和單片機 MSP430F149 的 58 號端口的 ，作為模擬信號的輸入端。 PWM 直流電機調(diào)速 PWM 是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn) 滑動變阻器模擬信號 AD 轉(zhuǎn)換電路 單片機 MSP430F149 1602 顯示 屏 20 而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。 PWM 可以應(yīng)用在許多方面，如電機調(diào) 速、溫度控制、壓力控制等。在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此， PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。在脈沖作用下，當(dāng)電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為，設(shè)占空比為 D=t／ T，電樞電壓“占空比”與平均電壓關(guān)系 =VmD (2)式中， —— 電機的平均 速度； — — 電機全通電時的速度 (最大 )； D=／卜占空比。由公式 (2)可見，當(dāng)我們改變占空比 D： t／ T時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格地講，平均速度與占空比 D并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似地看成線性關(guān)系。 PWM 電機 電路設(shè)計 ， 放大電路是電子電路中應(yīng)用最多的單元電路。利用放大電路可以把微弱的電信號放大到足夠的幅度去帶動負(fù)載工作，完成預(yù)定任務(wù)。放大電路有很多種，本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)最簡單的單管放大電路。晶體三極管，主要的功能是就電流放大作用，是電子電路的核心元件。 在本次 PWM 電機調(diào)速的設(shè)計中，單片機 MSP430F149 將信號傳給放大電路，通過放大電路帶動直流電機旋轉(zhuǎn)，放大電路與單片機的 ，電路圖如圖311 所示： 圖 311 電機電路圖 本章小結(jié) 本章簡單的介紹單片機和它在各方面的應(yīng)用，以及單片機的各種功能和基于單片機的電子油門檢測系統(tǒng)設(shè)計中選用的單片機 MSP430F149 和液晶顯示屏 LCD1602，并且包括各個引腳的功能和選擇這些元器件的原因，以及基于單片機的電子油門檢 21 測系統(tǒng)的硬件各部分的設(shè)計，包括 MSP430F149 單片機的最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)、液晶顯示系統(tǒng)、 PWM 電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，使其實現(xiàn)基于單片機的電子油門檢測系統(tǒng)所需的各種功能，達(dá)到最初設(shè)計的目的。 22 4 軟件設(shè)計和實物結(jié)果分析 編寫語言的選擇 對于單片機的開發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級語言， C 語言就是其中的一種。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優(yōu)越性。程序編寫語言比較常見的有 C 語言、匯編語言。匯編語言的機器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。 C 語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習(xí)慣。還有很多處理器都支持 C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點，且編寫的模塊程序易于移植。基于 C語言和匯編語言的優(yōu)缺點，本系統(tǒng)采用 C語言編寫方法。 軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實現(xiàn)的功能寫各個子程序。整個軟件程序的編寫采用查詢式方式編寫的。 編譯軟件介紹 Keil 軟件簡介： 單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)?CPU 可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法 ，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于 MCS51 單片機的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將 這些部份組合在一起。運行 Keil 軟件需要 Pentium 或以上的 CPU，16MB 或更多 RAM、 20M 以上空閑的硬盤空間、 WIN9 NT、 WIN20xx、 WINXP 等操作系統(tǒng)。 程序所實現(xiàn)的功能 系統(tǒng)分為初始化， A/D 轉(zhuǎn)換， LED 顯示， D/A 轉(zhuǎn)換電機控制，流程圖如下： 23 程序見附錄 1 實物結(jié)果分析 在樣機加電之前，首先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。應(yīng)特別注意 電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，并重點檢查擴展系統(tǒng)總線是否存在相互間的短路或與其它信號線的短路。第二步是加電后檢查各個插件上引腳的電位，仔細(xì)測量各點電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機插座上的各點電位，若有高壓，聯(lián)機時將會損壞 部分元器件 。第三步是在不加電情況下，除單片機以外，插上所有的元器件，最后 將所有接口按照原理圖相連 ，為聯(lián)機調(diào)試做準(zhǔn)備。 在將設(shè)計所需的元器件都配好以后，安裝原理圖在面包板上進(jìn)行焊接調(diào)試，元器件在面包板上焊接完成之后再將電源和直流電機連接在電路當(dāng)中， 并將直流電機粘在面包板上。 將所有 的元器件配好完成焊接后，經(jīng)過多次調(diào)試后，焊接好的實物如圖 41 所示 USB 口接上電源之后給單片機最小系統(tǒng)和液晶顯示屏供電，插座電源連上之后給直流電機供電。其中單片機的 端口接 PWM 調(diào)速的直流電機。 開始 初始化 調(diào) A/D 轉(zhuǎn)換程序 調(diào) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果處理程序 調(diào)用顯示子程序 調(diào) D/A 轉(zhuǎn)換程序 結(jié)束 24 圖 41 實物圖 當(dāng)兩個電源連上之后之后，將滑動變阻器的阻值調(diào)到 0，此時相當(dāng)于油門踏板深度為零，此時顯示器如圖 42 所示，此時液晶顯示屏上的數(shù)字為 0，直流電機不