【導(dǎo)讀】所產(chǎn)生的各種效應(yīng)。目前最常用的檢測器有三類，即電離型檢測器、閃爍。本文設(shè)計(jì)了一種基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的有害射線監(jiān)測器。具有數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示、閾值設(shè)定、通訊、越限報(bào)警等主要功能。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼顯示、鍵盤、參數(shù)設(shè)定、開發(fā)環(huán)境和C語言調(diào)試器作為程序開發(fā)工具完成了軟件的調(diào)試。

　　

【正文】 理中斷的信息，即相應(yīng)引腳是否有中斷請求。寄存器定義如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 PnIFG.7 PnIFG.7 PnIFG.7 PnIFG.7 PnIFG.7 PnIFG.7 0：沒有中斷請求； 1：有中斷請求。 (7) P1SEL， P2SEL P1 和 P2 端口功能選擇寄存器 P1 和 P2 兩端口還具有其他片內(nèi)外設(shè)功能，為了減少引腳，將這些功能與芯片外的聯(lián)系通過復(fù)用 P1 和 P2 引腳的方式來實(shí)現(xiàn)。 P1SEL 和 P2SEL 用來選擇引腳的 I/O 端口功能與外圍模塊功能。 0：選擇引腳為 I/O 端口； 1：選擇引腳為外圍模塊功能。 端口 P5 和 P6 端口 P5 和 P6 沒有中斷能力，其余功能同 P1 和 P2，可以實(shí)現(xiàn)輸入 /輸出功能和外圍模塊功能。除掉端口 P1 和 P2 與中斷相關(guān)的 3 個(gè)寄存器，端口 P5 和 P6 有 4 個(gè)寄存器供用戶使用。用戶可通過這 4 個(gè)寄存器對它們進(jìn)行訪問和控制。 每個(gè)端口的 4 個(gè)寄存器分別為： P5 和 P6 端口方向選擇寄存器 (PnDIR)，第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設(shè)計(jì) 23 輸入寄存器 (PnIN)，輸出寄存器 (PnOUT)，功能選擇寄存器 (PnSEL)。具體定義和用法同 P P2 端口 ]10[ 。 定時(shí)器 定時(shí)功能模塊是 MSP430 應(yīng)用系統(tǒng)中經(jīng)常用到 的重要部分，可用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、延遲、頻率測量、脈寬測量和信號產(chǎn)生、信號檢測等。此外還可以作為串行接口的可編程波特率發(fā)生器，在多任務(wù)的系統(tǒng)中用來作為中斷信號實(shí)現(xiàn)程序的切換。 MSP430 系列有豐富的定時(shí)器資源：看門狗定時(shí)器 (WDT)，基本定時(shí)器 (Basic Timer1)，定時(shí)器 A(Timer_A)和定時(shí)器 B (Timer_B)等。器件因系列不同可能包含這些模塊的全部或部分。這些模塊除了都具有定時(shí)功能外，各自還有一些特定用途，在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)需求選擇多種定時(shí)器模塊。本設(shè)計(jì)用到的定時(shí)器有看門狗定時(shí)器 (WDT)和定 時(shí)器A(Timer_A)，所以下面簡單介紹一下這兩個(gè)定時(shí)器。 看門狗定時(shí)器 (WDT) 看門狗定時(shí)器 (WDT)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)定時(shí)器，其主要功能是：當(dāng)程序發(fā)生故障時(shí)能使受控系統(tǒng)重新啟動。如果 WDT 超過所定時(shí)的時(shí)間，即發(fā)生系統(tǒng)復(fù)位。如果系統(tǒng)不需要看門狗功能，也可將它當(dāng)定時(shí)器使用，當(dāng)?shù)竭_(dá) WDT所定時(shí)的時(shí)間能產(chǎn)生中斷。 WDT 有如下特性： (1) 其主體是一個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器； (2) 需要口令才能對其操作； (3) 有看門狗和定時(shí)器兩種模式； (4) 有 8 種可選的定時(shí)時(shí)間。 WDT 有一個(gè)專門的控制寄存器 WDTCTL， WDTCTL 由兩部分組成：高 8 位被用作口令，低 8 位是對 WDT 操作的控制命令。要寫入操作 WDT的控制命令，出于安全原因必須先正確寫入高字節(jié)看門狗口令?？诹顬?AH，如果口令寫錯(cuò)將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。讀 WDTCTL 時(shí)，不需要口令?？芍苯幼x取地址 120H 中的內(nèi)容，讀出數(shù)據(jù)低字節(jié)為 WDTCTL 的值，高字節(jié)始終為 69H。 WDTCTL 除了看門狗定時(shí)器的控制位之外，還有兩個(gè)位用于設(shè)置 NMI 引腳功能。 下面是 WDTCTL 寄存器各位的定義： 15~8 7 6 5 4 3 2 1 0 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 口令 HOLD NMIES NMI TMSEL CNTCL SSEL IS1 IS0 IS0， IS1 選擇看門狗定時(shí)器的定時(shí)輸出。其中 T 是 WDTCNT 的輸入時(shí)鐘源周期。 0： T 152 ； 1： T 132 ； 2： T 92 ； 3： T 62 。 SSEL 選擇 WDTCNT 的時(shí)鐘源。 0： SMCLK； 1： ACLK。 由 IS0、 IS1 及 SSEL 3 位便可確定 WDT 定時(shí)時(shí)間，因此通過軟件對計(jì)數(shù)器 設(shè)置不同的初始值就可實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的定時(shí)。與其他定時(shí)器不同之處在于， WDT 最多只能定時(shí) 8 種和時(shí)鐘源相關(guān)的時(shí)間。 CNTCL 當(dāng)該位為 1 時(shí)，清除 WDTCNT。 TMSEL 工作模式選擇。 0：看門狗模式； 1：定時(shí)器模式。 NMI 選擇 RST /NMI 引腳功能，在 PUC 后被復(fù)位。 0： RST /NMI 引腳為復(fù)位端； 1： RST /NMI 引腳為邊沿觸發(fā)的非屏蔽中斷輸入。 NMIES 選擇中斷的邊沿觸發(fā) 方式。 0：上升沿觸發(fā) NMI 中斷； 1：下降沿觸發(fā) NMI 中斷。 HOLD 停止看門狗定時(shí)器工作，降低功耗。 0： WDT 功能激活； 1：時(shí)鐘禁止輸入，計(jì)數(shù)停止 ]11[ 。 16 位定時(shí)器 A(Timer_A) TI 推出的所有 MSP430 系列 FLASH 型單片機(jī)都有定時(shí)器 A(Timer_A)，它是程序設(shè)計(jì)的核心。它由一個(gè)十六位定時(shí)器和多路比較 /捕獲通道組成。每一個(gè)比較 /捕獲通道都可以以 16 位定時(shí)器的定時(shí)功能為核心進(jìn)行單獨(dú)的控制。 MSP430 系列單片機(jī)的 TIMER_A 有以 下特性： 第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設(shè)計(jì) 25 (1) 輸入時(shí)鐘可以有多種選擇，可以是慢時(shí)鐘、快時(shí)鐘以及外部時(shí)鐘。 (2) 雖然沒有自動重載時(shí)間常數(shù)功能，但產(chǎn)生的定時(shí)脈沖或 PWM（脈寬調(diào)制）信號沒有軟件帶來的誤差。 (3) 不僅能捕獲外部事件發(fā)生的時(shí)間還可鎖定其發(fā)生時(shí)的高低電平。 (4) 可實(shí)現(xiàn)串行通訊。 (5) 完善的中斷服務(wù)功能。 (6) 4 種計(jì)數(shù)功能選擇。 (7) 8 種輸出方式選擇。 (8) 支持多時(shí)序控制。 (9) DMA 使能。 圖 44 為 Timer_A 結(jié)構(gòu)原理圖。 圖 44 Timer_A 結(jié)構(gòu)原理圖 從圖中可以看出， Timer_A 由以下部分組成： 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 (1) 計(jì)數(shù)器部分：輸入的時(shí)鐘源具有 4 種選擇，所選定的時(shí)鐘源又可以 4 或 8 分頻作為計(jì)數(shù)頻率， Timer_A 可以通過選擇 4 種工作模式靈活的完成定時(shí) /計(jì)數(shù)功能。 (2) 捕獲 /比較器：用于捕獲事件發(fā)生的時(shí)間或產(chǎn)生時(shí)間間隔，捕獲比較功能的引入主要是為了提高 I/O 端口處理事務(wù)的能力和速度。不同的MSP430 單片機(jī)， Timer_A 模塊中所含有的捕獲 /比較器的數(shù)量不一樣，每個(gè)捕獲 /比較器的結(jié)構(gòu)完全相同，輸入和輸出都決定于各自所帶的控制寄存器的控制字，捕獲 /比較器相互之間工作完全獨(dú)立。 (3) 輸出單元：具有可選的 8 種輸出模式，用于產(chǎn)生用戶需要的輸出信號。支持 PWM。 Timer_A 有豐富的寄存器資源，這里僅介紹 Timer_A 的控制寄存器TACTL，全部關(guān)于定時(shí)器及其操作的控制位都包含在定時(shí)器控制寄存器TACTL 中。 POR 信號后 TACTL 的所有位都自動復(fù)位，但在 PUC 信號后不受影響。 TACTL 各位的定義如下： 15~10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 未用 SSEL1 SSEL0 ID1 ID0 MC1 MC0 未用 CLR TAIE TAIFG SSEL1， SSEL0 選擇定 時(shí)器進(jìn)入輸入分頻器的時(shí)鐘源。 00： TACLK； 01： ACLK； 10： MCLK； 11： INCLK。 ID1， ID0 輸入分頻選擇。 00：不分頻； 01： 2 分頻； 10： 4 分頻； 11： 8 分頻。 由 SSEL0 和 SSEL1 兩位選擇時(shí)鐘源，然后再由 ID0 和 ID1 選擇分頻系數(shù)將輸入信號分頻，分頻后的信號才用于計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 MC1， MC0 計(jì)數(shù)模式控制位。 00：停止模式； 01：增計(jì)數(shù)模式； 10：連續(xù)計(jì)數(shù)模式； 第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設(shè)計(jì) 27 11：增 /減計(jì)數(shù)模式。 CLR 定時(shí)清除位。 TAIE 定時(shí)器中斷允許位。 0：禁止定時(shí)器溢出 中斷； 1：允許定時(shí)器溢出中斷。 TAIFG 定時(shí)器溢出標(biāo)志位。 增計(jì)數(shù)模式：當(dāng)定時(shí)器由 CCR0 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)， TAIFG 置位。 連續(xù)計(jì)數(shù)模式：當(dāng)定時(shí)器由 0FFFFH 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)， TAIFG 置位。 增 /減計(jì)數(shù)模式：當(dāng)定時(shí)器由 CCR0 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)， TAIFG 置位。 液晶顯示 在單片機(jī)系統(tǒng)中， 比較 常用的顯示 設(shè)備 有：發(fā)光二極管，簡稱 LED(Light Emitting Diode)；液晶顯示器，簡稱 LCD；熒光管顯示器，簡稱 VFD(Vacuum Fluorescents Display)。其中 LCD是一種極低功耗 顯示器，廣泛應(yīng)用于電子表、計(jì)算器、袖珍式儀表、便攜式微型計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品中，最適于在本次設(shè)計(jì)中采用。 段式 LCD 的基本原理 液晶是一種具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物，它即不是固體也不是液體，而是介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)。液晶具有電光效應(yīng)和偏光的特性，這是它能用于顯示的主要原因。目前液晶顯示器可分成 3 大種類，分別是扭曲向列型 (Twisted Nematic，簡稱 TN)、超扭曲向列型 (Super Twisted Nematic，簡稱 STN)和彩色薄膜型 (Thin Film Transistors，簡稱 TFT)。 MSP430 液晶驅(qū)動模塊 MSP430 液晶驅(qū)動模塊有如下的特點(diǎn)： (1) 具有顯示緩存器； (2) 所需的 SEG、 COM 信號自動產(chǎn)生； (3) 4 種驅(qū)動方法； (4) 多種掃描頻率； (5) 段輸出端口可以切換為通常輸出端口； (6) 顯示緩存器可作為一般存儲器； 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 46 按鍵電路 圖 45 4MUX 模式 (7) 用 ACLK 經(jīng) Basic Timer 產(chǎn)生頻率。 MSP430的液晶顯示有靜態(tài)、 2MUX、 3MUX、 4MUX四種顯示模式，而最常用還是 4MUX模式。通俗講，就是有四個(gè)公共端 (相當(dāng)于數(shù)碼管掃描顯示的位選端 )、若干個(gè)驅(qū)動 端的模式。這種模式的最大優(yōu)點(diǎn)就是能使用最少的引腳提供最多的液晶顯示段。本設(shè)計(jì)所用的液晶顯示模式用的就是 4MUX模式。圖 45表示了4MUX顯示模式下的公共端與驅(qū)動端，其中 (a)說明了一個(gè)“ 8”字的四個(gè)公共端， (b)說明了兩個(gè)驅(qū)動端，當(dāng)分別給公共端與驅(qū)動端液晶信號時(shí)，就顯示對應(yīng)的數(shù)碼 ]12[ 。 鍵盤功能 鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的部分。輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，都要用到鍵盤。鍵盤是單片機(jī)最簡單的輸入設(shè)備，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段，與顯示器同屬人 機(jī)通信部分。 微機(jī)鍵盤可分為編碼和非編碼兩種：編碼鍵盤采用硬件線路來實(shí)現(xiàn)鍵盤編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤能自動生成按鍵代碼，鍵數(shù)較多，而且還能由硬件實(shí)現(xiàn)去抖動和采取一些保護(hù)措施。這種鍵盤使用方便，可以節(jié)省中央處理器相當(dāng)多的時(shí)間，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜， PC(Personal Computer)機(jī)所使用的鍵盤就屬于這種；非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)的工作狀態(tài)，其它工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，但占用中央處理器較多時(shí)間，一般在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用。 非編碼式鍵盤可分獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤兩種：獨(dú)立式鍵盤中 ，每個(gè)鍵占用一根 I/O口線，每根 I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它I/O口線上的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按第 4 章 有害射線監(jiān)測器的硬件設(shè)計(jì) 29 鍵必須占用一根 I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)， I/O口線浪費(fèi)較大，且電路結(jié)構(gòu)顯得繁雜。故這種形式適用于按鍵數(shù)量較少的場合；行列式鍵盤又稱矩陣式鍵盤，設(shè)計(jì) 4行 4列 16個(gè)鍵，只占用 8根 I/O口線，所以鍵數(shù)目較多時(shí)，可節(jié)省 I/O 口線。這種結(jié)構(gòu)的軟件較繁瑣。在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)具體應(yīng)用情況，選擇了 獨(dú)立 式鍵盤。 本次設(shè)計(jì)獨(dú)立式鍵盤設(shè)置 4個(gè)按鍵，分別為功能選擇鍵和數(shù)值設(shè)定鍵。其中功能選擇 為工作模式、參數(shù)設(shè)置模式和報(bào)警模式。其中，參數(shù)設(shè)置模式可設(shè)置 6個(gè)（可擴(kuò)展）不同的參數(shù)或閾值，包括數(shù)值增減鍵和倍率增減鍵。其按鍵電路如圖 46所示 ]13[ 。 串行通信 本系統(tǒng)中單片機(jī)與上位機(jī)采用 RS232方式的串行通信。 RS232是使用最早，應(yīng)用最多的一種異步串行通訊總線，它是美國電子工業(yè)協(xié)會 (Electronic Industries Association)1962年公布的， 1969年最后一次修訂而成。其中 RS是Remended stander的縮寫， 232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識。 RS232主要用來定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間接口的電氣特性。由于MSP430系列單片機(jī)本身有一個(gè)異步串行通信接口，因此該系列單片機(jī)使用RS232串行總線極為方便。 許多外部設(shè)備和計(jì)算機(jī)是按照串行方式來進(jìn)行通信的。即數(shù)據(jù)是一位一位進(jìn)行傳輸?shù)?，在傳輸過程中，每一個(gè)數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。串行通信可分為同步和異步通信兩種類型。 本系統(tǒng)采用異步通信模式，因此對同步通信將不予以介紹 。 異步通信是以字符為單位進(jìn)行傳輸?shù)?，兩個(gè)字符之間的傳輸間隔是任意的，所以每個(gè)字符 的前后都要用一些數(shù)位來作為分隔位。這種通信