【正文】 + 5V12J1C O N 2GND 2020屆畢業(yè)設計（論文） １ ２ 信號為 0~，以保證不會燒毀單片機，系統(tǒng)各元件參數(shù)及型號。再經(jīng)過理想運算放大器的電壓并聯(lián)負反饋將 I 轉換成 ~ + 。 如圖 3 所示，電流實際值經(jīng)過霍爾傳感器及采樣電阻后，轉換成 5V電壓信號 (I02)，此 5V信號是反向的。 2020屆畢業(yè)設計（論文） １１ 圖 2 MSP430F169 單片機最小系統(tǒng) 檢測電路 、 控制電路 和輔助電源 的設計 電流檢測電路 傳感器選擇霍爾電流傳感器 DT50P，它的性能也穩(wěn)定可靠，易于安裝。 JTAG 調試接口設計 由于 TI 公司生產(chǎn) JTAG 調試接口 , 所以我們只需要把單片機的調試接口按照標準引出 , 在調試時與購買的 JTAG 調試器連接 , 即可在線調試程序 , 在圖中顯示 JTAG 是有 14 條線的接口 ,我們用了其中的 5 條 ,其余引腳未用 , 跳線 SIP3 用來選擇 JTAG 調試器使用外接電源還是內部電源 , 當外圍電路功率比較大時 , 應使用外接電源 。 MSP430F169 是具有 60 KB 可電擦寫的 FLASH 存儲器型 MCU,并具有 J TAG 調試接口 , 因此采用先通過 JTAG 調試器將編輯好的程序從 PC 機直接下載到 FLASH 內 , 再由 JTAG 接口控制程序運行、讀取片內 CPU狀態(tài) , 以及存儲器內容等信息供設計者調試 , 整個開發(fā) (編譯、調試 ) 都可以在同一個軟件集成環(huán)境中進行 , 不需要 專門的仿真器和編程器。 TMS 為測試模式選擇 , TMS 用來設置 JTAG 接口處于某種特定的測試模式 。 TDI 為測試數(shù)據(jù)輸入 , 數(shù)據(jù)通過 TDI 引腳輸入 JTAG 接口 。現(xiàn)在 , JTAG 接口還常用于實現(xiàn) ISP ( In System Programmable 在線編程 ),對 FLASH 等器件進行編程。 JTAG 接口設計 JTAG 調試器概述 JTAG 最初是用來對芯片進行測試的 ,理 是在器件內部定義一個 TAP ( Test Access Port 測試訪問口 ) 通過專用的 JTAG 測試工具對進行內部節(jié)點進行測試。 高速晶振也稱為第二振蕩器 XT2 ，它為 MSP430F169工作在高頻模式時提供時鐘， XT2 最高可達 8MHz。 LFXT1振蕩器默認工作在低頻模式，即 ，也可以通過外接 450kHz～ 8MHz 的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式。數(shù)字控制振蕩器 DCO已經(jīng)集成在 MSP430 內部，在系統(tǒng)中只需設計高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器兩部分電路。 晶振電路設計 MSP430系列單片機時鐘模塊有高速晶體振蕩器、低速晶體振蕩器和數(shù)字控制振蕩器 DCO 等 3個時鐘源。 RST端輸出為低電平 ， 系統(tǒng)處于復位狀態(tài) ； 當 C1兩端的電壓達到高電平的門限電壓時 ， RST端輸出為高電平 , 系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。經(jīng)使用證明 , 其復位邏輯是可靠的。在系統(tǒng)中 ， 復位電路主要完成系統(tǒng)的上電復位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復位 ， 復位電路可由簡單的 RC電路構成 ， 也可使用其他的相對較復雜 ， 但功 能更完善的電路。在電源模塊中通過 3個電容進行電源穩(wěn)壓濾波 ， 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源 。在本系統(tǒng)中 ， 以 5V 直流電壓為輸入電壓 ,通過 AMS1117 – 將 5V直流電壓轉換成 。下面我將對各模塊電路進行設計。 最小系統(tǒng)主要由主控 MCU， 電源、復位電路、時鐘電路、 JTAG調試電路 , 串行通訊等模塊組成 , 與此同時還要設計 MCU時鐘電路，電源電路和 JTAG調試電路。MSP430F169是 FLASH存儲器型單片機，具有良好的仿真開發(fā)技術，設置有 JTAG仿真接口和高級語言編譯器。諾依曼”結構， RAM、 ROM和全部外圍模塊都位于同一個地址空間內，最大尋址地址為 62KB (60 KB Flash , 2KB RAM) 。 3 單元電路設計 MSP430 單片機最小系統(tǒng) 的設計 MSP430系列單片機種類很多，此次我選用 MSP430F169單片機。 鍵盤電路：鍵盤分為 獨立式鍵盤和 行列式鍵盤。液晶顯示器具有功耗低、無輻射危險、平面直角顯示以及影像穩(wěn)定等，可視面積大，畫面效果好，也可以顯示漢字，分辨率高，抗干擾能力 強，顯示內容多等特點。 顯示方式：顯示方式包括數(shù)碼管顯示、液晶顯示屏顯示、 LED 屏顯示等。此次采用聲光報警電路。芯片具有帶后備電池的 31B 的非易失性數(shù)據(jù)存儲器。 可以對秒、分鐘、時鐘、小時、日期、星期、月、年信息，帶閏年自動補償。 與 nRF401無線收發(fā)芯片 ， CC1000無線收發(fā)芯片 作為 無線收發(fā)模塊 不如 nRF401效果好，所以不采用此芯片。 CC1000的主要工作參數(shù)可由一個串行接口編程設定，使用非常方便并且具有靈活性。 CC1000集成了射頻發(fā)射、射頻接收、 PLL合成、 FSK調制解調、可編程控制等多種功能。 因此， 無線收發(fā)模塊可以采用 nRF401無線收發(fā)芯片 。 nRF401采用抗干擾能力強的 FSK調制方式， 并采用 PLL頻率合成技術，頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射功率最大可達 10dBm，接收靈敏度最大為一 105dBm，數(shù)據(jù)傳輸速率可達 20Kbps，工作電壓在 +3～ 5V之間。 nRF401的 ANTI和 ANT2引腳是接收時低噪聲接收放大器 LNA的輸入，以及發(fā)送時發(fā)射功率放大器 PA的輸出。在發(fā)射模式中，數(shù)字信號經(jīng) DIN端輸入，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控振蕩器處理后進入到發(fā)射功率放大器射頻輸出。 nRF40 1芯片內包含有發(fā)射功率放大器 (PA)、低噪聲接收放大器(LNA)、晶體振蕩器 (OSC)、鎖相環(huán) (PLL)、壓控振蕩器 (VCO)、混頻器 (MIXFR)、解調器 (DEM)等電路。選擇無線收發(fā)芯片時應考慮需要以下幾點因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量、芯片成本、 數(shù)據(jù)傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼等。與有線通信方式相比，無線通信 以其不需鋪設明線，使用便捷等 一系列優(yōu)點， 在現(xiàn)代通信領域占據(jù)重要地位。所以， 超聲波 檢測電路 可以作為人體檢測電路的一種方案。 超聲波的特點 ： 超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中 ； 超聲波能在各種不同媒質中傳播，且可傳播足夠遠的距離 ； 超聲波與傳聲媒質的相互作用適中，易于攜帶有關傳聲媒質狀態(tài)的信息 。超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，通常在 1mV～1V 之間。所以此方案可采用。特別適用于企業(yè)，賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 熱釋電紅外開關是 BISS0001 配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成的被動式紅外開關。所以不采用此方案。 該電路可以避免可見光帶來的干擾，效果不錯。 2020屆畢業(yè)設計（論文） ７ 當隨著光線變化時， IOA0 口讀進來的電壓值也就發(fā)生變化。 100－ 100k 歐姆，是紅外接收管在不同光線條件下（室內－陽光直射）的阻值的大小。 人體檢測電路的方案設計 方案一采用紅外對管電路 針對一些紅外接收管容易受到可見光的影響，從而改變其阻值，容易造成系統(tǒng)的 誤判。因此，主要作為標準電阻溫度計和高精度溫度測量。在氧化性介質中、甚至在高溫下，其物理、化學性能都很穩(wěn)定，其阻值與溫度之間幾乎成線性變化。 鉑熱電阻是目前公認的制造熱電阻最好的材料，它性能穩(wěn)定，重復性好，長時間穩(wěn)定的復現(xiàn)性可達 104 K ，是目前測溫復現(xiàn)性最好的一種溫度計。而且銅易于氧化，一般只用于 150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質的溫度測量。銅容易容易提純、加工，價格便宜，復制性能好而且電阻溫度系數(shù)大，溫度范圍內線性關系好，靈敏度比鉑電阻高。 方 案 四采用 電阻式溫度傳感器 電阻式傳感器廣泛應用于測量 200～ 960℃ 范圍內的溫度。而且，在高精度測量電路中，必須考慮 AD590 的輸出電流不被分流影響?！?測量精度。 AD590 具有較高精度和重復性（重復性優(yōu)于 ℃ ）其良好的非線性可以保證優(yōu)于 177。 ℃的 常用的室溫精度，編程時易于實現(xiàn)。此型號 集成溫度傳感器 可以采用。 DS1820 最高 12 位分辨率，精度可達 177。 所以不采用此方案。 方案二采用 半導體熱敏電阻 熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（ 40～＋ 350℃ ）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子，管道內的氣體或 2020屆畢業(yè)設計（論文） ６ 液體的溫度及固體的表面溫度。 方案 一采用 熱電偶傳感器 熱電偶傳感器是工業(yè)測量中應用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精度；測量范圍廣，可從 50℃ ～ 1600℃ 進行連續(xù)測量 ,特殊的熱電偶如金 ,鐵 ,鎳 ,鉻最低可測到 269℃ ，鎢 ,錸最高可達 2800℃ 。由于是控制交流電的信號，所以此次采用 繼電器控制 。 電壓檢測電路：基于交流采樣的好處， 所以 采用 交流采樣。直流采樣的缺點是硬件復雜、穩(wěn)定性差，而且由于受固有濾波環(huán)節(jié)的影響，采樣數(shù)據(jù)無法實時反映交流信號的變化。 CPU再對這些數(shù)據(jù)進行分析、運算和處理， 再由 D/A送給控制電路控制 。 檢測電路和控制電路的方案設計 在這一系統(tǒng)中，檢測電路由電壓檢測電路與電流檢測電路組成。適應工業(yè)級 別 運行環(huán)境 MSP430系列器件均為工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為 40~+ 85 攝氏度 ，所設計的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下。開發(fā)語言有匯編語言和 C 語言 。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調試環(huán)境，因為器件片內有 JTAG 調試接口，還有可上電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進行開發(fā)。MSP430 系列單片機 的這些片內外設為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。它們分別是看門狗（ WDT）、 模擬比較器 A、定時器 A（ Timer A）、定時器 B（ Timer B）、串口 0、1（ USART0 、 1）、硬件乘法器、液晶驅動器、 10 位 /12 位 ADC 、 16 位 SigmaDelta AD、直接尋址模塊（ DMA）、端口 0（ P0）、端口 1~6（ P1~P6）、基本定時器（ Basic Timer）等的一些外圍模塊的不同組合。如果晶體振蕩器在用做 CPU 時鐘 MCLK 時發(fā)生故障， DCO 會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。 系統(tǒng)工作穩(wěn)定：上電復位后，首先由 DCOCLK 啟動 CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。 MSP430 系列單片機的中斷源較多，并 且可以任意嵌套，使用時靈活方便。 運算速度方面： MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅動下，實現(xiàn) 125ns 的指令周期。 強大的處理能力： MSP430 系列單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令集（ RISC）結構，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 條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅動下指令周期為 125 ns 。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（ AM）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4）。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。有的使用 一個晶體振蕩器（ 32768Hz） ， 有的使用兩個晶體振蕩器）。其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設計。首先， MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是~ 電壓。對于 MSP430 系列而言，由于引進了 Flash 型程序存儲器和 JTAG 技術，不僅使開發(fā)工具變得簡便，而且價格也相對低廉，并且還可以實現(xiàn)在 線編程。對于 89C51 來說，由于它是最早進入中國的單片機，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。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。 再者， 89C51 系列單片機由于其內部總線是 8 位的，其內部功能模塊基本上都是 8 位的雖然經(jīng)過各種努力其內部功能模塊有了顯著增加，但是受其結構本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。而 MSP430 系列單片機在低功耗方面的優(yōu)越之處，則是 89C51 系列不可比擬的。 其次， 89C51 單片機本身的電源電壓是 5 V，有兩種低功耗方式：待機方式和掉電方式。而 MSP430 單片機是 16 位的單片機，采用