【文章內容簡介】 主要就是 A/D 轉換和接收數(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)轉換器的模擬部分 AVSS 62 模擬電源的負極，僅提供給模數(shù)轉換器的模擬部分 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，晶振電路和復位電路就構成了MSP430F149 單片機的最小系統(tǒng)。 單片機上各個部件能構自動工作，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各個部件能夠正常工作，使內部的邏輯硬件上產生的所需的脈沖信號得以實現(xiàn)。 晶振電路的 設計如圖 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，都有相對應的復位電路，這樣才能使系統(tǒng)在接上電后能正常的復位，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)復位電路的好壞，直接關系到整個單片機系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，因此復位電路的設計十分重要。 MSP430F149 單片機最小系統(tǒng)設計的復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，達到正常運行狀態(tài)。復位電路如圖 36所示： 圖 36復位電路 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)的設計當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過 MSP430F149 單片機然后將轉化的數(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 液晶顯示屏采用標準的 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 所示為本次設計當中 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)本次設計的要求，決定采用 1602液晶顯示屏。 1602 的液晶模塊內部的字符發(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 們設計需要的數(shù)字和英文字母，并且每個字符對應一個固定代碼，這樣就很方便我們去編程。液晶模塊電路圖如圖 39 所示，它還可以通過調節(jié)變阻器 10K 的電阻 R6接入電路中阻值的大小來調節(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，當滑動變阻器阻值發(fā)生變化時，會在電路中產生電壓的變化，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)轉換功能，將模擬信號 轉化為數(shù)字信號，并將轉換后的數(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 直流電機調速 PWM 是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，從而改變負載兩端的電壓，進 滑動變阻器模擬信號 AD 轉換電路 單片機 MSP430F149 1602 顯示 屏 20 而達到控制要求的一種電壓調整方法。 PWM 可以應用在許多方面，如電機調 速、溫度控制、壓力控制等。在 PWM 驅動控制的調整系統(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“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速。因此， PWM 又被稱為“開關驅動裝置”。在脈沖作用下，當電機通電時，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，即可讓電機轉速得設電機始終接通電源時，電機轉速最大為，設占空比為 D=t／ T，電樞電壓“占空比”與平均電壓關系 =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，從而達到調速的目的。嚴格地講，平均速度與占空比 D并不是嚴格的線性關系，在一般的應用中，可以將其近似地看成線性關系。 PWM 電機 電路設計 ， 放大電路是電子電路中應用最多的單元電路。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載工作，完成預定任務。放大電路有很多種，本系統(tǒng)采用結構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 電機調速的設計中，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，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 本章簡單的介紹單片機和它在各方面的應用，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 電機調速系統(tǒng)的設計，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，達到最初設計的目的。 22 4 軟件設計和實物結果分析 編寫語言的選擇 對于單片機的開發(fā)應用中，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、維護等優(yōu)點，且編寫的模塊程序易于移植?；?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試器等在內的完整開發(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 轉換， LED 顯示， D/A 轉換電機控制，流程圖如下： 23 程序見附錄 1 實物結果分析 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，仔細測量各點電位是否正常，尤其應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)機調試做準備。 在將設計所需的元器件都配好以后，安裝原理圖在面包板上進行焊接調試，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，經過多次調試后，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 調速的直流電機。 開始 初始化 調 A/D 轉換程序 調 A/D 轉換結果處理程序 調用顯示子程序 調 D/A 轉換程序 結束 24 圖 41 實物圖 當兩個電源連上之后之后，將滑動變阻器的阻值調到 0，此時相當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