【正文】 的信號處理進程， DMA傳輸?shù)挠|發(fā)來源對 CPU 來說是完全透明的， DMA控制器可在內(nèi)存與外部及外部硬件之間進行精確的傳輸控制。 硬件介紹： MSP430F15X/16X 系列單片機具有 DMA 控制器，從而能夠為數(shù)據(jù)高速傳輸提供保證。這種方式通常用來傳送數(shù)據(jù)塊。本設(shè)計根據(jù) MSP430的使用手冊，采用了 10uF的有極性電容和100nF的無極性性電容進行減弱噪 聲影響 [17]。 擴展示例模式時序圖 : 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 22 頁 共 51 頁 圖 拓展模式轉(zhuǎn)換時序圖 脈沖示例模式： SHP=1， SHI用來觸發(fā)采樣?？刂萍拇嫫骺刂聘鱾€轉(zhuǎn)換寄存器 必須選擇的轉(zhuǎn)換條件。 5. 轉(zhuǎn)換結(jié)果緩存 ADC112共有 12個轉(zhuǎn)換通道，設(shè)置了 16個轉(zhuǎn)換存儲器，用于暫存轉(zhuǎn)換結(jié)果，合理設(shè)置后， ADC12硬件會自動將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到相應(yīng) 的 ADC12MEM寄存器中。當(dāng)輸入模擬電壓等于或者高于 VR+shi ,ADC12輸出滿量程值 0FFFH，當(dāng)輸入小于或者等于 VR+時， ADC12輸出 0。 3. 具有采樣和保持功能的 12位轉(zhuǎn)換器內(nèi)核： ADC12是一個 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并能夠?qū)?shù)據(jù)保存在轉(zhuǎn)換存儲器中。 其中 VR+有： AVCC（模擬電源正端） VREF+（ A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部參考電源的輸出正端） VeREF+(外部參考電源的正輸入端 ) VR有： AVSS（ 電源負端） VREF或 VeREF（ A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部或者外部參考電源負端） 2. 模擬多路器： 對多個模擬信號進行采 樣并轉(zhuǎn)換時，由于 A/D只有一個轉(zhuǎn)換內(nèi)核，每次只能選通一個信號進行采樣并轉(zhuǎn)換。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 19 頁 共 51 頁 □ 轉(zhuǎn)換啟動的軟件 ,Timer_A,或 Timer_B □ 軟件可選片上參考電壓一代 ( V或 V) □ 軟件可選的內(nèi)部或外部引用 □ 八個單獨配置外部輸入通道 (12個 MSP430FG43x和 MSP430FG461x設(shè)備 ) □ 轉(zhuǎn)換頻道為內(nèi)部溫度傳感器 ,AVCC,和外部引用 □ 獨立 channelselectable參考來源為 正 和 負 引用 □ 選擇轉(zhuǎn)換時鐘源 ,重復(fù)單次 轉(zhuǎn)換 、順序及 重復(fù) 序 列 ADC12的功能模塊； 1. 參考電壓發(fā)生器； AD都需要一個基準(zhǔn)信號，通常 為電壓基準(zhǔn)。這個模塊包含 12位的內(nèi)核、內(nèi)部參考 和 16位的轉(zhuǎn)換控制緩沖寄存器，這個轉(zhuǎn)換控制緩沖允許 16通道的信號獨立轉(zhuǎn)換不受 CPU的干預(yù) [2]。該系列單片機多用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中 [2]。 性能及特點： 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 共 51 頁 (1) (2) 最高工作速率 2Mbps，高效 GFSK調(diào)制，適合短距離無線控 (3) 125 頻道，滿足多點通 信和跳頻通信需要 (4) 內(nèi)置硬件 CRC 檢錯和點對多點通信地址控制 (5) 低功耗 ～ 工作， Power down 模式下狀態(tài)僅為 1uA (6) 可軟件設(shè)地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示 ) (7) 提供二次開發(fā)包，提供實例源代碼，無需掌握 USB驅(qū)動和 USB協(xié)議以及無線通信協(xié)議，只需要通過軟件編程來控制無線收發(fā) (8) 室內(nèi)通訊距離約為 15~30米，看具體環(huán)境和通信速率而定 (9) 模塊尺寸 : U盤大小 (可以根據(jù)需要定制外觀和尺寸 ) 圖 NETUSB2401實 物圖片 單片機控制模塊 MSP430 的簡介 MSP430系列單片機是美國德州儀器（ TI） 1996年開始向市場推出的一種超低功耗擁有精簡指令集（ RISC ）處理器的混合信號（ Mixed Signal Processor）。 所用引腳如圖，其他采用懸空處理 [16]。 SPI時序： Sn狀態(tài)寄存器位 ； Dn數(shù)據(jù)位 。通過設(shè)置可屏蔽中斷位為高，則中斷響應(yīng)被禁止。當(dāng) MCU給中斷源寫 1時，中斷引腳被禁止。 SPI指令設(shè)置： CSN為低后 SPI接口等待執(zhí)行指令，每條指令的執(zhí)行都必須通過一次 CSN由高到低的變化。 SPI接口： SPI接口是標(biāo)準(zhǔn)的 SPI接口，其最大的數(shù)據(jù)傳輸率為 10Mbps。 極低的電流消耗 ： 當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為 6dBm 時電流消耗為 ，接收模式時為 ，掉電模式和待機模式下電流消耗更低。無線收發(fā)器包括 :頻率發(fā)生器、增強型 SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器?？紤]到 實時采集數(shù)據(jù) ,選擇 nRF24L01芯片作為無線傳輸芯片 [14,15]。 無線傳輸技術(shù)有 無線傳輸藍牙技術(shù) (Bluetooth Technology )， ZigBee（ IEEE ）， IrDA， (Infrared) 紅外技術(shù) ， WiFi(IEEE )： W ireless Fidelity， UWB (UltraWideband), nRF2401L射頻收發(fā)芯片 。 圖 復(fù)位電路 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 51 頁 時鐘電路 時鐘電路采用集成的四腳 8M 晶體振蕩器 SG350SCF8M，作為單片機 MSP430 的主系統(tǒng)時鐘 ,該電路設(shè)計比較簡單，連接方便 [13]。當(dāng)按鍵按下時， /MR 引腳為 ，在 /RESET 引腳產(chǎn)生信號，輸送給體統(tǒng)，使單片機復(fù)位。當(dāng)這一腳不用時，將它接地或接 VCC MAX708 /PF0電壓失敗輸出端。當(dāng)這一端的電壓低于 ， RS 端和 /RS端有信號產(chǎn)生 MAX708 PF1電壓失敗輸入端。 性能： ? RESET 信號 /RESET 信號輸出 ? 域值值為 用于電源失效或低電源警告的獨立比較器 ? 手動復(fù)位輸入 ? 需要 100 uA 的電源電流 ? 復(fù)位域值為 V ? 在 VCC = 1 V 時能提供有效的 RESET 信號 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 51 頁 應(yīng)用 ： ? 電池供應(yīng)的器件 ? 微處理器臨界狀態(tài)監(jiān)控 ? 控制器 ? 便攜式工具 芯片引腳圖： 圖 MAX708引腳圖 MAX708 是電壓監(jiān)測芯片，當(dāng)輸 入電壓低于某個值是， 708 產(chǎn)生復(fù)位信號。 這一功能是為器件發(fā)出復(fù)位信號前的正常關(guān)機 、 向操作者發(fā)送警報 、 或電源切換而考慮的 。 復(fù)位信號可由 VCC電壓 、 手動復(fù)位輸入 、 或由獨立的比較器觸發(fā) 。另外 還具有低噪聲，小包裝的優(yōu)勢。 具體電路如圖 33： 圖 電壓變換模塊電路圖 LP2985 芯片簡介 芯片優(yōu)勢 : 該芯片有能力提供 150mA 連續(xù)負載電流， 有 過熱保護。本電源的設(shè)計采用 LP2985 將 5V的電壓轉(zhuǎn)換為 ，此芯片低噪聲低壓差 。 電源管理電路 電路設(shè)計 因為 MSP430FG4618 單片機工作電壓為直流 ，且底層電路功耗很小。 無線模塊選用 NRF24L01 無線收發(fā)芯片，其配置比較簡單。時鐘選擇 芯片 SG350SCF，作為 MSP430 的主系統(tǒng)是時鐘，頻率為 8M。 MSP430 摸塊 電路圖設(shè)計相對而言比較復(fù)雜，其中電源管理電路、時鐘電路和復(fù)位電路 ，也要考慮到高頻收發(fā)電路布線的注意事項， 這是 主控 電路的重點與難點。 SPI 串口速率在通信協(xié)議和器件配置時已確定 [6～ 10]。其使用簡單、易與掌握。上位機硬件電路由計算機應(yīng)用軟件、 NETUSB24L01 無線模塊組成。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 共 51 頁 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)概述 本系統(tǒng) 模塊主要由上位機硬件電路和下位機硬件電路組成。由于采用的 MSP430 單片機，其以低功耗，體積小，功能模塊強而突出，使得本通信系統(tǒng)低功耗，減小了對于電源 的成本，更多的模塊功 能使得對于系統(tǒng)的升級應(yīng)用提供了很大的方便。 本課題的優(yōu)勢：采用無線通信，免去了有線傳輸中的高額布線成本和復(fù)雜的抗干擾方案設(shè)計，并且可以測量運動物體的參量，其應(yīng)用靈活。 可以實現(xiàn)對于一些在一定范圍內(nèi)運動的物體進行參數(shù)測量，從而省去了布線帶來的麻煩，還提高了傳輸效率。雖然動態(tài)的壓力數(shù)據(jù)采集可以通過數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)，然而數(shù)據(jù)采集卡開發(fā)成本較高，數(shù)據(jù)的采集也往往受限于某位置，靜止被測物體運動，這在一定程度上為測試帶來了不便，特別是針對于某些 運到參數(shù)的測量，如行走、運到等，被測對象因限于測量設(shè)備電源線、數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L度無法展開運到。 5． 設(shè)備維護上更容易實現(xiàn) 有線通訊鏈路的維護需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時，一般很難及時找出故障點，而采用無線數(shù)傳模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護數(shù)傳模塊，出現(xiàn)故障時則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運行 [3]。 4． 擴展性好 在用戶組建好一個通訊網(wǎng)絡(luò)之后，常常因為系統(tǒng)的需要增加新的設(shè)備。 2．建設(shè)工程周期短 當(dāng)要把相距數(shù)公里到數(shù)十公里距離的遠程站點相互連接通訊的時候，采用有線的方式，必須架設(shè)長距離的電纜或者挖掘漫長的電纜溝，這個工程周期可能就需要數(shù)個月的時間，而用數(shù)傳模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑恍枰茉O(shè)適當(dāng)高度的天線，工程周期只需要幾天或者幾周就可以，相比之下，無線的方式可以迅速組建起通信鏈路，工程周期大大縮短。相比之下用無線數(shù)傳模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，節(jié)省了人力物力，投資是相當(dāng)節(jié)省的?；诒痉矫娴膽?yīng)用要求，應(yīng)用 MSP430 單片機進行控制與 NRF24L01 無線傳輸可以實現(xiàn)此目的 [1,4]。由于在數(shù)據(jù)采集環(huán)境中，干擾嚴重，環(huán)境復(fù)雜，有線通信 由于布線不合理與電磁干擾等因素的影響， 對于數(shù)據(jù)的 正確 傳輸 受 到了很大的限制， 導(dǎo)致誤碼率低，信號失真嚴重。通過對于通信技術(shù)的學(xué)習(xí)，以及簡單的編程語言學(xué)習(xí)，作為一名具備一定基礎(chǔ)知識的大學(xué)生，應(yīng)該在此基礎(chǔ)上學(xué)會對于單片機的基本應(yīng)用，達到所學(xué)所用的目的。 單片機在醫(yī)療設(shè)備中的用途亦然很廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種智能分析儀，監(jiān)護清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 共 51 頁 儀，超聲診斷設(shè)備以及病床無線呼叫系統(tǒng)等。如今家用電器上 基本都有采用單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空 調(diào)、彩電、其他音箱視頻器材、再到電子天平設(shè)備，可謂五花八門，無所不在 [3]。 單片機也可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采用單片機控制使得一起儀表的數(shù)字化、智能化、微型化，且 功能比起采 用數(shù)字或電子電路更加強大。 自從 MSP430單片機問世以來，就以其體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛的在智能儀器儀表、工業(yè)控制、家用 電器、計算機網(wǎng)絡(luò)、通信領(lǐng)域、以及醫(yī)用設(shè)備等領(lǐng)域都得到了 應(yīng)用。另外在通信中常常需要傳輸?shù)?信號本身是低頻率的信號，但為了能夠依照頻率的劃分來區(qū)分各種信號，需要對信號進行調(diào)制，把低頻信號通過一定的調(diào)制信號附著在特定的頻率上再發(fā)送到空間中，以避免造成信號間的無序干擾 [1]。世界各國都有相關(guān)的無線電管理部門來負責(zé)管理本國的無線頻率資源，建設(shè)使用無線通信的網(wǎng)絡(luò)都需要經(jīng)過這些部門的審批，并購買一定范圍頻率資源的使用權(quán)才可以開始運營。s internal ADC12 analog signal and digital signal conversion, the results of the conversion application internal DMA to temporarily store in send nRF24L01 nRF24L01 data received through the wireless send NETUSB2401L through the terminal machine processing and analysis. Its core controller, small size, to achieve lowpower microcontroller MSP430. The system is mainly used in realtime wireless transmission of plex test environment pressure, temperature and other signals to the terminal for processing and analysis. Keywords: SCM the MSP430， NRF24L2401， Wireless transmission 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 I 頁 共Ⅱ頁 目 錄 1 引言 ................................................................... 1 課題的背景與來源 .....................................