【正文】 的 C 語言編寫。結(jié)合 16 位的總線結(jié)構(gòu)，大大增加了程序運(yùn)行總體速度。 微電子技術(shù)的不斷發(fā)展極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的普及和迅猛發(fā)展，無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)也獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著信息化帶動(dòng)各行業(yè)進(jìn)程的逐步深入，在工業(yè)測控領(lǐng)域，有廣泛的應(yīng)用前景。它既可以作為單機(jī)控制 器，又可以作為多級(jí)控制的前沿處理機(jī)用于控制系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 智能化的儀表儀器：單片機(jī)用于包括溫度、濕度、流量、流速、電壓、頻率、功率、厚度、角度、長度、硬度、元素測定等各類儀器儀表中，使儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，功能大大提高。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信方面：單片機(jī)可以可用于 BIT BUS、 CAN、以太網(wǎng)等構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還可用于調(diào)制解調(diào)器、各種智能通信設(shè)備（例如小型背負(fù)式通信機(jī)、列車無線電通信等）、無線遙控系統(tǒng)等。 總之，單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳選擇。傳統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)方法正在演變?yōu)檐浖陀布嘟Y(jié)合的方法，許多電路設(shè)計(jì)問題將轉(zhuǎn)化為程序設(shè)計(jì)問題。下位機(jī)采用 MSP430系列的單片機(jī)，它功耗低，外設(shè)豐富，易于接外部接口電路，用來監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)。本課題的雙級(jí)監(jiān)控管理系統(tǒng)正是結(jié)合了上位機(jī)和下位機(jī)各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn) 了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控和管理。設(shè)計(jì)中，硬件部分即系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)是利用電路CAD 工具軟件 Protel 設(shè)計(jì)完成的。 設(shè)計(jì)主要分為三大部分：第一部分，系統(tǒng)硬件的選用及電路設(shè)計(jì)。主要包括數(shù)據(jù)采集處理程序，數(shù)據(jù)顯示程序，串口通信程序和主處理模塊。二是數(shù)據(jù)接收程序，主要是接收發(fā)送碼并將其還原，顯示所接收到的數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖如圖 1所示： 第一章 引言 6 圖 1 系統(tǒng)原理圖 由圖 1可以看出，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、串口通信模塊、單片機(jī)模塊和微機(jī)（上位機(jī)）組成。下面分別介紹系統(tǒng)幾個(gè)主要硬件 器件的選擇和各模塊的實(shí)現(xiàn)。稱之為混合信號(hào)處理器，主要是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用要求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供單片解決方案。 MSP430 系列單片機(jī)針對(duì)各種不同應(yīng)用，包括一系列不同型號(hào)的器件。 MSP430 系列單片機(jī)有獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（ FLL 和 FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)或數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)使用的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有明顯的差異。 另外， MSP430 系列單片機(jī)采用矢量中斷，支持十多個(gè)中斷源，并可以任意嵌套。 在這里需要對(duì)低功耗問題作一些說明。在計(jì)算機(jī)體系機(jī)構(gòu)中，是用 W/MIPS(瓦特 /百萬指令每秒 )來衡量處理器的功耗與性能的關(guān)系的，這種標(biāo)稱方法是合理的。 其次，作為一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)功耗是整個(gè)系統(tǒng)的功耗，而不僅僅是處理器的功耗。 MSP430單片機(jī)輸入端口的漏電流最大為 50nA，遠(yuǎn)低于其他系列單片機(jī)（一般為 1~10μ A）。還要注意，有些單片機(jī)的某些參數(shù)指標(biāo)中，雖然典型值可能很小，但最大值和典型 值相差數(shù)十倍，而設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到最壞情況，就應(yīng)該關(guān)心參數(shù)標(biāo)稱的最大值，而不是典型值。 強(qiáng)大的處理能力 MSP430系列單片機(jī)是 16位單片機(jī)，采用了目前最流行的、頗受學(xué)術(shù)界好評(píng)的精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令（傳統(tǒng)的 MCS51 單片機(jī)要 12個(gè)時(shí)鐘周期），使 MSP430在 8MHz晶振工作時(shí)，指令速度可以達(dá)到 8MIPS，同樣在 8MIPS的指令速度，在運(yùn)算能力上 16 位處理器比 8位處理器高遠(yuǎn) 不止兩倍。這些結(jié)構(gòu)在其他系列單片機(jī)中尚未使用。視型號(hào)不同可能組合有以下模塊：看門狗（ WDT），模擬比較器 A，定時(shí)器 A（ Timer_A）， 定時(shí)器 B（ Timer_B），串口 0,1（ USART0、 1），硬件乘法器，液晶驅(qū)動(dòng)器， 10/12/14 位 ADC， 12位 DAC， I2C總線，直接數(shù)據(jù)存取（ DMA），端口 1~6（ P1~P6），基本定時(shí)器（ Basic Timer）等。 MSP430 系列單片機(jī)的豐富片內(nèi)外設(shè)，在目前所有單片機(jī)系列產(chǎn)品中式非常突出的，為系統(tǒng)的單片解決方案提供的極大的方便。然后軟件可以設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。這種結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，在目前各系列單片機(jī)中是絕 無僅有的。 C，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高，所以設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適用于各種民用和工業(yè)環(huán)境。這些器件的開發(fā)手段不同，對(duì)于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用專用仿真器開發(fā)成功之后再燒寫或掩膜芯片。這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要專用仿真器和編程器。目前比較好用的軟件開發(fā)工具是 IAR Workbench。其他系列單片機(jī)的開發(fā)一般需要專用的仿真器或編程器。 BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令字可達(dá) 32個(gè)字節(jié)長度。在統(tǒng)一尋址空間內(nèi)，七種源地址模式和四種目的地址模式為用戶提供了無限制的立體空間尋址。與其他尋址方式相比，這種立體尋址方式的靈活性顯而易見。以 16 位結(jié)構(gòu)和接近 8MIPS的運(yùn)算速度為依托，使得 MSP430 能夠輕松完成 32位或 48 位浮點(diǎn)運(yùn)算。這種 SYSTEM－ ON－ A－ CHIP 結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的可靠性增加。 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì) 硬件部分即系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)是利用電路 CAD 工具軟件 Protel 設(shè)計(jì)完成的。融合了當(dāng)今 EDA最先進(jìn)的設(shè)計(jì)成果，能處理各種復(fù)雜的 PCB 設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn) PCB 和 FPGA 設(shè)計(jì)的多維設(shè)計(jì)輸入、信號(hào)仿真、信號(hào)完整性分析、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線和 CAM處理與驗(yàn)證等功能。 Protel 是當(dāng)今 EDA 最新發(fā)展中專門基于 Windows XP 和Windows 2022 Pro 平臺(tái)的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能為用戶提供全線的板級(jí)設(shè)計(jì)手段。 該系統(tǒng)的硬件部分主要由電源模塊，復(fù)位模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，串口通信模塊及單片機(jī)處理模塊構(gòu)成。 MSP430 F1232 單片機(jī)的輸入電壓范圍為 ～ ，而前置信號(hào)處理電路的工作需要＋ 5V電壓。電路如圖21所示： 第一章 引言 10 圖 21 電源電路圖 其中 DBPW1 是整流橋 ，另外還有電池可以在外部電源停止時(shí)作為備用。 圖 22 電源電路圖 ICL7660 是將正電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)電壓的一款芯片，以供集成運(yùn)放工作需要。 復(fù)位電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)需要復(fù)位電路 ，接 RST/MIN管腳 。 R— C復(fù)位電路的經(jīng)濟(jì)成本比較低，但可靠性不高，用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)的電路具有較高的可靠性，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的成本。 數(shù)據(jù)采集電路分為溫度采集電路和轉(zhuǎn)速采集電路，如圖 4 所示： 圖 4 傳感器信號(hào)接口電路 1） 溫度采集電路 傳感器采集的溫度信號(hào)經(jīng)過 LM358 運(yùn)算放大器處理后送入單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換。 串口通信電路 圖 5 串口通信電路 由于單片機(jī)的輸入、輸出電平為 TTL電平，與 PC機(jī) RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣規(guī)范不一致，因此要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。下面對(duì)該芯片進(jìn)行簡單的介紹。 15kV ESD保護(hù)的雙電荷汞 。 這些器件在數(shù)據(jù)信號(hào)率達(dá)到 250 kbit/s且最大的 30V/μ s驅(qū)動(dòng)輸出回轉(zhuǎn)率時(shí)工作 。 在 FORCEON 為低且 FORCEOFF 為高時(shí)自動(dòng)掉電功能起作用 。 斷開串行端口或關(guān)閉外圍驅(qū)動(dòng)器將會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)掉電 。 當(dāng)自動(dòng)掉電被使能且在接收器輸入端加一個(gè)有效信號(hào)時(shí)器件被激活 。如果接收器輸入端電壓高于 V 或低于 – V 或在 177。 V 之間并持續(xù)超過 30μ s， 則 INVALID 為低 (數(shù)據(jù)無效 )。 15 kV時(shí)采用人體模型 (HBM) ? 自動(dòng)掉電特點(diǎn)可自動(dòng)使驅(qū)動(dòng)器失效以節(jié)約電源 應(yīng)用范圍 ? 電池上電 手持和便攜式設(shè)備 ? PDA和掌上個(gè)人電腦 ? 數(shù)碼相機(jī) ? 移動(dòng)電話和無線設(shè)備 二 特性 2 1 極限參數(shù) (除非另有規(guī)定 ,否則請(qǐng)?jiān)谕扑]工作溫度范圍內(nèi)工作 )* 電源電壓范圍 ,VCC – V 至 6 V 正極輸出電源電壓范圍 ,V+ – V 至 7V 負(fù)極輸出電源電壓范圍 ,V V 至 – 7V 正負(fù)極電源電壓差 ,V+ V 13V 輸入電壓范圍 ,VI； 驅(qū)動(dòng)器 (FORCEOFF、 FORCEON、 EN) – V 至 6 V 接收器 – 25 V 至 25 V 輸出電壓范圍 ,VO； 驅(qū)動(dòng)器 – V 至 V 接收器 (INVALID) – V 至 VCC + V 封裝熱阻抗 ,θ JA DB封裝 82176。 C/W 工作結(jié)點(diǎn)溫度 TJ 150176。 C 存儲(chǔ)溫度范圍 ,Tstg – 65176。 C 第一章 引言 14 *注： 強(qiáng)度超出所列的極限參數(shù)可能導(dǎo)致器件的永久性損壞 。 延長在極限參數(shù)條件下的工作時(shí)間會(huì)影響器件的可靠性 。圖 6為該系統(tǒng)的顯示電路。顯示器 直接 與單片機(jī)的 P1 口相連，單片機(jī) P3口的 — 74HS138譯碼器來控制 LED數(shù)碼管的顯示選通狀態(tài)。 單片機(jī)電路 單片機(jī)電路作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分，主要完成與其他電路的接口，在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場溫度信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集，并將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示，或通過按鍵將數(shù)據(jù)通過無線數(shù) 據(jù)模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)做進(jìn)一步處理。電源及復(fù)位模塊主要為整個(gè)系統(tǒng)提供可靠的電源，考慮到系統(tǒng)工作需要提供復(fù)位功能，因此電路也為系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào)。另外，單片機(jī)的時(shí)鐘模塊由低速晶體振蕩器，同時(shí)外加電容構(gòu)成。 同時(shí)還有程序下載接口，以便在程序的下載調(diào)試。 第一章 引言 16 上位機(jī)程序 本軟件與下位機(jī)軟硬件及其它相關(guān)元器件共同組成了一個(gè) 雙級(jí)測控管理 系統(tǒng)。 （ 2）顯示功能：實(shí)時(shí)顯示接收的數(shù)據(jù)，能夠選擇不同的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行顯示。 程序的運(yùn)行界面如下： 圖 8 串口