【文章內(nèi)容簡介】 術(shù)特點(diǎn)，但也有不盡如人意之處。它的許多重要特性如：片內(nèi)串行通信接口、硬件乘法器、足夠的 I/O引腳等，只有 33x系列才具備。 33x系列價格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)用戶設(shè)計需要更多考慮成本時， 33x并不一定是最適合的。而片內(nèi)高精度 A/D轉(zhuǎn)換器又只有 32x系列才有 。 2021年 7月推出了 F13x/F14x系列，在 2021年 7月到2021年又相繼推出 F41x、 F43x、 F44x。這些全部是 Flash型單片機(jī)。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 F41x系列單片機(jī)有 48個 I/O口， 96段 LCD驅(qū)動。 F43x、 F44x系列是在 13x、14x的基礎(chǔ)上，增加了液晶驅(qū)動器，將驅(qū)動 LCD的段數(shù)由 3xx系列的最多 120段增加到 160段。并且相應(yīng)地調(diào)整了顯示存儲器在存儲區(qū)內(nèi)的地址，為以后的發(fā)展拓展了空間。 MSP430系列的部分產(chǎn)品具有 Flash存儲器，在系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)調(diào)試及實際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點(diǎn)。 TI公司推出具有 Flash 型存儲器及 JTAG 邊界掃描技術(shù)的廉價開發(fā)工具 MSPFET430X110，將國際上先進(jìn)的 JTAG技術(shù)和 Flash在 線編程技術(shù)引入 MSP430。這種以 Flash 技術(shù)與 FET開發(fā)工具組合的開發(fā)方式，具有方便、廉價、實用等優(yōu)點(diǎn)，給用戶提供了一個較為理想的樣機(jī)開發(fā)方式。 2021年 TI公司又公布了 BOOTSTRAPLOADER技術(shù)，利用它可在燒斷熔絲以后只要幾根線就可更改并運(yùn)行內(nèi)部的程序。這為系統(tǒng)軟件的升級提供了又一方便的手段。 BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可達(dá)到 32個字節(jié)的長度。 TI公司在 2021年底和 2021年期間又陸續(xù)推出了 F15x和 F16x系列的產(chǎn)品。 在這一新的系列中，有了兩個方面的發(fā)展。一是從存儲器方面來說，將 RAM容量大大增加，如 F1611的 RAM容量增加到了 10KB。二是從外圍模塊來說，增加了 I2C、 DMA、 DAC12 和 SVS等模塊 。 MSP430單片機(jī)的特點(diǎn) 處理能力強(qiáng) MSP430系列單片機(jī)是一個 16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集 (RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式 (7種源操作數(shù)尋址、 4種目的操作數(shù)尋址 )、簡潔的 27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 運(yùn)算速度快 MSP430系列單片機(jī)能在 25MHz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)40ns的指令周期。 16位的數(shù)據(jù)寬度、 40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器 (能實現(xiàn)乘加運(yùn)算 )相配合，能實現(xiàn) 數(shù)字信號處理 的某些算法 (如 FFT等 )。 超低功耗 MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因為其在降低第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 芯片的電源電壓和靈活而可控的運(yùn)行時鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 。因而可使其在 1MHz的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流最低會在 165μ A左右， RAM保持模式下的最低功耗只有 A。 其次， MSP430系列單片機(jī) 獨(dú)特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。在 MSP430系列中有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán) (FLL和FLL+)時鐘系統(tǒng)和 DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€晶體振蕩器(32768Hz)，也可以使用兩個晶體振蕩器。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。 由于 系統(tǒng)運(yùn)行時開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式 (AM)和五種低功耗模式(LPM0~LPM4)。在實時時鐘模式下，可達(dá) A，在 RAM保持模式下，最低可達(dá) A。 片內(nèi)資源豐富 MSP430系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是 看門狗 (WDT)、 模擬比較器 A、定時器 A0(Timer_A0)、定時器 A1(Timer_A1)、定時器 B0(Timer_B0)、 UART、 SPI、 I2C、 硬件乘法器 、液晶驅(qū)動器、 10位 /12位 ADC、 16位 ADC、 DMA、 I/O端口、基本定時器 (Basic Timer)、 實時時鐘 (RTC)和 USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出 A/D轉(zhuǎn)換器； 16位定時器 (Timer_A 和 Timer_B)具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O端口， P0、 P P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 10/12位硬件 A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 160段；實現(xiàn)兩路的 12位 D/A轉(zhuǎn)換；硬件 I2C串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴(kuò)展；以及為了增加 數(shù)據(jù)傳輸速度 ，而采用的 DMA模塊。 MSP430系列單片機(jī)的這些片 內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 主控單片機(jī)引腳及部分外圍電路 如圖 21所示： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 DVcc123456VREF+7XIN8XOUT/TCLK9VeREF+10VREF/VeREF1112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051XT2OUT52XT2IN53TDO/TDI54TDI55TMS56TCK57RST/NMI58596061AVss62DVss63AVcc64U5MSP430F247IPMCD51powerDEVCC149采集D1D2D3D4D5D6D7CS RS WR RDRST_STND0DGNDDGNDCD52DGNDY2SIN1BACKLIGHTVCC149CD53DGND112233U99 SP809EK26 DGNDRXtckRSTtdotditmsrst556644332211J2JTAGDGNDI1G2G4O3Y18MHZCY220pFCY120pFDGNDDGNDTXVCC149 圖 21 主控芯第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 內(nèi)部 AD模塊簡介 MSP430模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 ADC12 MSP430單片機(jī)的 ADC12模塊是一個 12位精度的 A/D轉(zhuǎn)換模塊 ， 他具有高速度 ， 通用性等特點(diǎn)。大部分都內(nèi)置了 ADC模塊 .而有些不帶 ADC模塊的片子 ， 也可通過利用內(nèi)置的模擬比較器來實現(xiàn) AD的轉(zhuǎn)換。在系列產(chǎn)品中，我們可以通過以列表 21來簡單地認(rèn)識他們的 ADC功能實現(xiàn)。 表 21 各型號 ADC比較 系列型號 ADC功能實現(xiàn) 精度轉(zhuǎn)換 MSP430X1XX2 比較器實現(xiàn) 10位 MSP430F13X ADC模塊 12位 MSP430F14X ADC模塊 12位 MSP430F43X ADC模塊 12位 MSP430F44X ADC模塊 12位 MSP430X32X ADC模塊 14位 ADC12模塊中是由以下部分組成：輸入的 16路模擬開關(guān)， ADC內(nèi)部電壓參考源， ADC12內(nèi)核， ADC時鐘源部分，采集與保持 /觸發(fā)源部分， ADC數(shù)據(jù)輸出部分， ADC控制寄存器等組成。 輸入的 16路模擬開關(guān) 16路模擬開關(guān)分別是由 IC外部的 8路模擬信號輸入和內(nèi)部 4路參考電源輸入及 1路內(nèi)部溫度傳感器源及 AVCCAVSS/2電壓源輸入。外部 8路從 A0A7輸入，主要是外部測量時 的模擬變量信號。內(nèi)部 4路分別是 Veref+ADC內(nèi)部參考電源的輸出正端， Vref/VerefADC內(nèi)部參考電源負(fù)端 (內(nèi)部 /外部 )。 1路 AVCCAVSS/2電壓源和 1路內(nèi)部溫度傳感器源。片內(nèi)溫度傳感器可以用于測量芯片上的溫度，可以在設(shè)計時做一些有用的控制 ， 在實際應(yīng)用時用得較多。而其他電源參考源輸入可以用作 ADC12的校驗之用， 在設(shè)計時可作自 身校準(zhǔn)。 ADC內(nèi)部電壓參考源 ADC電壓參考源是用于給 ADC12內(nèi)核作為一個基準(zhǔn)信號之用的，這是 ADC必不可少的一部分。在 ADC12模塊中基準(zhǔn)電 壓源可以通過軟件來設(shè)置 6種不同的組合。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 ADC12內(nèi)核 ADC12的模塊內(nèi)核是共用的，通過前端的模擬開關(guān)來分別來完成采集輸入。 ADC12是一個精度為 12位的 ADC內(nèi)核， 1位非線性微分誤差， 1位非線性積分誤差。內(nèi)核在轉(zhuǎn)換時會參用到兩個參考基準(zhǔn)電壓，一個是參考相對的最大輸入最大值，當(dāng)模擬開關(guān)輸出的模擬變量大于或等于最大值時 ADC內(nèi)核的輸出數(shù)字量為滿量程，也就是 0xfff；另一個則是最小值，當(dāng)模擬開關(guān)輸出的模擬變量大小或等于最大值時 ADC內(nèi)核的輸出數(shù)字量為最低量程，也就是 0x00。而這兩個參考 電壓是可以通過軟件來編程設(shè)置的。 ADC時鐘源部分 ADC12的時鐘源分有 ADC12OSC， ACLK，MCLK， SMCLK。通過編程可以選擇其中之一時鐘源，同時還可以適當(dāng)?shù)姆诸l。 采集與保持觸發(fā)源部分 ADC12模塊中有著較 好的采集與保持電路，采用不的設(shè)置有著靈活的應(yīng)用。 ADC數(shù)據(jù)輸出部分 ADC內(nèi)核在每次完成轉(zhuǎn)換時都會將相應(yīng)通道上的輸出結(jié)果存貯到相應(yīng)用通道緩沖區(qū)單元中，共有 16個通道緩沖單元。同時 16個通道的緩沖單元有著相對應(yīng)的控制寄存器，以實 現(xiàn)更靈活的控制。 如表 22所示： 表 22 控制寄存器 ADC12CTL0 轉(zhuǎn)換控制寄存器 0 ADC12CTL1 轉(zhuǎn)換控制寄存器 1 ADC12IE 中斷使能寄存器 ADC12IFG 中斷標(biāo)志寄存器 ADC12IV 中斷向量寄存器 ADC12MEM015 存儲控制寄存器 015 ADC12MCTL015 存儲控制寄存器 015 信號放大部分 由于信號傳感器傳出來的信號為微弱是毫安級別的，所以應(yīng)該應(yīng)用放大器將采集到的信號放大到單片機(jī) AD轉(zhuǎn)換能準(zhǔn)確分辨的電壓范圍，故選用了INA126U信號放大器，簡單只需簡單加一電阻就能將增益計算出來第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 信號放大器 INA126U芯片簡介 INA126U是精密低噪聲差分信號采集儀表放大器，內(nèi)部采用兩個運(yùn)放設(shè)計，使之具有非常低的靜態(tài)電流 (175μA)和有很寬電源供電范圍 (177?！?77。18V)，可用于便攜式儀表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。 此元件 采用 8引腳封裝方式， 增益可以設(shè)置從 5V/V到 10000V/V的外部電阻。微調(diào)輸入電路提供低失調(diào)電壓 (250μV最大值 )，低失調(diào)電壓漂移(3μV/℃max)和出色的共模抑制。 電源電壓范圍 36V~+36V，輸入信號電 壓范圍 ~+。 增益是由連接外部電阻 RG來計算的。 信號放大電路 采用 INA126對溫度傳感器傳回來的電壓值進(jìn)行放大，然后送到 MSP430單片機(jī)的 AD接口 ，放大電路如圖 22所示： 12345678US1INA126URS710KC11uFCA71 23 4P1+5V5+5CAIJI 圖 22 信號放大部分電路 此電路中， RG=10K， 由此可知放大倍數(shù)為 8005 倍。電容 C1 用來濾波，電容 CA7 是為了防止電壓有大的毛刺，也起到濾波作用，這樣可以使外部環(huán)境干擾降到最低。 電源部分 直流穩(wěn)壓電源是電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，其作用是為電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電能。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可 以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反應(yīng)一個穩(wěn)壓電源的優(yōu)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個方面的要求：穩(wěn)定性好、輸出電阻小、電壓溫度系數(shù)小、輸出電壓波紋小。此系統(tǒng)需要 +5V電壓為主機(jī)、傳感器、運(yùn)放等提供電能。 穩(wěn)定直流電源設(shè)計的一般思路是讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網(wǎng)絡(luò)，然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)最后經(jīng)過穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)。 穩(wěn)壓芯片 MCP1701介紹以及電路設(shè)