【正文】 路設(shè)計 模擬地與數(shù)字地隔離電路 在 MSP430 系列單片機(jī)中數(shù)字地與模擬地不能接在一起的，因為模擬信號和數(shù)字信號都要回流到地，因為數(shù)字信號變化速度快，從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會很大，而模擬信號是需要一個干凈的地參考工作的。 圖 36 為MSP430F5529 芯片的管腳。 MSP430F5529 單片機(jī)開發(fā)方式及其方便 ， 利用單片機(jī)本身具有的 JTAG 接口，可以實現(xiàn)程序下載 、 調(diào)試為整個項目的開發(fā)提供方便。另外 MSP430F5529 采用矢量中斷， 2 個 8 位端口有中斷能力，支持十多個中斷源，并可以任意嵌套。另外 MSP430F149 采用了 16 位多功能硬件乘法器等先進(jìn)的體系基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤稒z測儀設(shè)計 第 10 頁 共 38頁 結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了其數(shù)據(jù)處理和運算能力能夠做到跟蹤監(jiān)控能力。由于本論文要求在停電時也能進(jìn)行監(jiān)控所以此款單片機(jī)十分符合本設(shè)計要求。 JTAG 調(diào)試接口1 23 45 67 89 1011 1213 14J1JTAGTESTTCKTMSTDI/TCLKTDORSTVCCGND 圖 35 JTAG 接口電路 表 1 JTAG引腳圖 單片機(jī)的選型 本論文的核心部件為以單片機(jī) MSP430 為核心的控制模塊， TI公司的超低耗單片機(jī)特別適合與便攜式的或雙電源供電的設(shè)備， MSP430F5529 單片機(jī)的電源電壓采用。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI、 TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和 數(shù)據(jù)輸出 線。 JTAG(Joint Test Action Group；聯(lián)合測試行動小組 )是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議（ IEEE 兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試。 （ 3） JTAG 為了更方便本設(shè)計要求 ， 本設(shè) 計采用 JTAG 接口直接對核心芯片 MSP430F5529 進(jìn)行電氣規(guī)則檢查和編程， 傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進(jìn)行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上， 現(xiàn) 簡化流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程，從而大大加快工程進(jìn)度。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位 則程序計數(shù)器 PC將得不到一個合適的初值 因此 CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。在復(fù)位電路中 當(dāng) Vcc 掉電時 必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下 但是由于內(nèi)部電路的限制作用這個負(fù)電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位 RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。F。 圖 手動按鈕復(fù)位電路 基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤稒z測儀設(shè)計 第 8 頁 共 38頁 上電復(fù)位： C51 的上電復(fù)位電路如 圖 34 所示 只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端 下接一個電阻到地即可。手動按鈕復(fù)位的電路如 圖 33 所示。一般采用的辦法是在 RST端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。 當(dāng)供電電壓 VCC緩慢上升時， POR 監(jiān)測器保持 POR信號有效直到 VCC超出 VPOR水平 ， 當(dāng)供電電壓 VCC 快速上升時， POR 延時 t(POR DELAY)提供了足夠長的有效 POR信號以確保 MSP430 有足夠的時間進(jìn)行初始化。 電源 電路 晶振 電路 復(fù)位 電路 通信接 口電路 數(shù)據(jù) 存 儲電路 MSP430 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 38頁 Y24MC1112PC1312PGNDXT1INXT1OUT 圖 32 時鐘電路圖 MSP430 的復(fù)位電路包括一個上電復(fù)位 (POR)和上電清除信號 (PUC)。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。 （ 2）復(fù)位電路： 復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的部分，其好壞影響整個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。 高速晶振也稱為第二振蕩器 XT2，它為 MSP430 工作在高頻模式時提供時鐘， XT2最高可達(dá) 8MHz。 圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖 （ 1）時鐘電路 在時鐘電路中，低速晶體振蕩器 (LFXTl)滿足了低功耗及使用 32． 768kHz 晶振的要求。 ESD 保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)；低電壓供電；多達(dá) 64KB 尋址空間，包含 ROM、 RAM、閃存 RAM 和外圍模塊；外部中斷引腳； I／ 0 口具有中斷能力；外圍模塊地址為存儲器分配；全部寄存器不占用 RAM 空間，均在模塊內(nèi)；定時器中斷可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤稒z測儀設(shè)計 第 6 頁 共 38頁 看門狗功能； A／ D 轉(zhuǎn)換器 (10 位、 12 位、 16 位或更高精度 )并且支持 C 語言和匯編語言。同其它單片機(jī)相比， MSP430 系列可以大大延長電池的使用壽命 。 16 位數(shù)據(jù)寬度 ，125ns 的指令周期以及多功能 的硬件乘法器 (能實現(xiàn)乘加 )相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法。其 原 因就在于它是一個 16 位的精簡指令構(gòu)架，有大量的工作寄存器和數(shù)據(jù)存儲器，其 RAM 單元也可以實現(xiàn)運算。 MSP430 雖屬微控制器，但在眾多單片機(jī)系列中有獨特的優(yōu)勢。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，給用戶提供了一個較為理想的樣機(jī)開發(fā)方式。 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。 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 本設(shè)計以單片機(jī)為核心，主要是通過采集燃?xì)庠钶敵龅拿}沖流量的大小通過與設(shè)定值進(jìn)行比較來判斷是否泄漏，并配合以液晶顯示模塊顯 示當(dāng)前狀態(tài)， 配合 串口通信模塊將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，使 燃?xì)獍踩臑榧彝ハM者所用其系統(tǒng) 構(gòu)成 框圖 如下 圖 21 所示 : 圖 21 系統(tǒng) 構(gòu)成 框圖 電壓采集 流量脈沖采集 單片機(jī) 電磁閥 煤氣罐 熱水器信號采集 信號報警 上位機(jī) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 38頁 3 燃?xì)庑孤z測儀硬件設(shè)計 MCU 核心模塊設(shè)計 為了更好地滿足設(shè)計要求，通過 89C51 系列單片機(jī)與 MSP430 系列單片機(jī)的論證與比較 ， 本設(shè)計采用 的是 MSP430 系列單片機(jī)為本設(shè)計的 MCU核心模塊。 綜上所述，從性能上考慮 MSP430 單片機(jī)擁有較多的引腳，單片機(jī)本身 具有較強(qiáng)的處理能力，方便了電路設(shè)計， 它采用精簡指令集結(jié)構(gòu)，在 8MHZ 時指令速度可達(dá) 8MIPS。 MSP430 系列單片機(jī)在低功耗方而的優(yōu)越之處，則是 89C5l 系列不可比擬的。這也就是為什么 MSP430系列 產(chǎn)品和其中功能部件迅速增加的原因。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強(qiáng)，運行的速度快。 方案二： 采用低功耗的 MSP430 單片機(jī)，利用其功耗小功能強(qiáng)大的特點， 內(nèi)含 A/D 轉(zhuǎn)換部分 ，及外圍電路達(dá)到設(shè)計要求。 89C51 系列 單片機(jī)本身的電源電壓是 5 伏，有兩種低功耗方式：待機(jī)方式和掉電方式。 在開發(fā)工具上面 ， 對于 89C51 來說，由于它是最早進(jìn)入中國的單片機(jī)，人們對它在熟悉不過了，再加上我國各方人士的努力，創(chuàng)造了不少適合我們使用的開發(fā)工具。其指令是采用的被稱為 “CISC”的復(fù)雜指令集，共具有111 條指令。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 共 38頁 2 燃?xì)庑孤z測 儀 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 系統(tǒng)構(gòu)成方案及論證 為了更好 地滿足設(shè)計需要 ， 本設(shè)計介紹了兩種設(shè)計方案： 方案一： 選用一般性能的普通 51 系列單片機(jī)，配合看門狗電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路， 液晶顯示屏驅(qū)動電路等附屬電路完成設(shè)計。第五章 主要敘述了硬件的安裝與調(diào)試，詳細(xì)介紹了在繪制電路板時、調(diào)試電路板時基于單片機(jī)的燃?xì)庑孤稒z測儀設(shè)計 第 2 頁 共 38頁 所需要的注意 的問題。 本論文第三章主要闡述了 本設(shè)計所選系列單片機(jī)的發(fā)展歷程、 特點、及最小單片機(jī)系統(tǒng)和 各個模塊的硬件設(shè)計及與應(yīng)用電路，具體的敘述了，采集模塊、雙電源模塊、串口通信模塊、核心控制模塊、及 LCD 顯示模塊的設(shè)計方法。 本設(shè)計以低功耗的 MSP30 系列 單片機(jī)為控制核心，配合采集模塊、串口傳輸模塊、LCD 顯示屏模塊并通過軟件編程來控制不正常 流量下的設(shè)備反應(yīng)，增強(qiáng)了電路的實時監(jiān)控性 ， 很好地滿足了實際要求。 本 燃?xì)庑孤z測系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，當(dāng)燃?xì)庠钶敵鋈細(xì)饬髁砍鰳?biāo)準(zhǔn) ， 程序 會判斷流量是否異常，若異常檢測儀將進(jìn)行報警并給出相應(yīng)動作并自動關(guān)閉閥門，保證了燃?xì)馐褂玫陌踩?。而大型的監(jiān)控系 統(tǒng)價格昂貴，需專門的技術(shù)人員管理，不適合家用。然而，由于使用不當(dāng)或者設(shè)備老化等原因?qū)е碌娜細(xì)庑孤┮l(fā)的中毒、爆炸、 火災(zāi) ， 時有發(fā)生，直接威脅著人們的生命安全和財產(chǎn)安全，及時發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w的泄漏將是安全使用可燃?xì)怏w的一個重要方面。 draft fan 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 共 38頁 1 緒論 課題背景 及研究意義 近年來，隨著生活水平的增高，全國煤氣行業(yè)發(fā)展迅猛，煤氣，液化氣，天然氣等能源已在千家萬戶得到了廣泛的應(yīng)用。 alarm。 關(guān)鍵詞 ： MSP430 單片機(jī)；燃?xì)?；報警；控? 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） III Design of detection instrument based on MCU gas leakage Introduction Gas has bee the people essential to life energy, liquefied petroleum gas, natural gas as a clean energy, such as in business and is widely used in urban residents users. But as the gas is widely used, due to gas leakage caused by explosion, fire and poisoning accidents also happen from time to tome, this to some extent increase the unsafe and unstable factors of the city. Gas using the units and residents the user to select a suitable gas alarm system bee necessary. Gas leakage detector based on singlechip microputer, is a kind of suitable for family use small gas security products. Can effectively avoid explosion caused by gas leaks, fire, poisoning and other malignant accidents, has most of the countries and regions are widely used all over the world. Gas leakage detector based on singlechip microputer is the security guards of the gas field, in case of gas leakage, it can timely remind consumer to avoid all kinds of lead poisoning accident. In some developed countries are heavily promoted even mandatory gas alarm, such as Tokyo and Osaka, Seoul, South Korea, Hamburg, Germany and other cities, there are more than 80% of the households to install all kinds of gas leakage detector based on singlechip microputer. Also, in some domestic cities such as Beijing, chengdu, Harbin and other cities, according to gas poisoning accidents occurred one after another, take decisive measures, in a couple of years ago, will be installed gas leakage alarm set forth in the form of local legislation, and the results of gas accidents declined