【正文】 的使用一個(gè)晶體振蕩器（32768Hz），有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4）。強(qiáng)大的處理能力： MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，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(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)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(qū)動(dòng)下指令周期為125 ns 。運(yùn)算速度方面：MSP430系列單片機(jī)能在8MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)125ns的指令周期。MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。系統(tǒng)工作穩(wěn)定：上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)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(shí)間。如果晶體振蕩器在用做CPU 時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。它們分別是看門狗（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(shí)器（Basic Timer）等的一些外圍模塊的不同組合。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。對(duì)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(duì)于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG 調(diào)試接口，還有可上電擦寫的FLASH存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)語言有匯編語言和C語言。適應(yīng)工業(yè)級(jí)別運(yùn)行環(huán)境MSP430系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為40~+ 85攝氏度 ，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下。 檢測(cè)電路和控制電路的方案設(shè)計(jì)在這一系統(tǒng)中，檢測(cè)電路由電壓檢測(cè)電路與電流檢測(cè)電路組成。CPU再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算和處理，再由D/A送給控制電路控制。直流采樣的缺點(diǎn)是硬件復(fù)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(shí)時(shí)反映交流信號(hào)的變化。電壓檢測(cè)電路：基于交流采樣的好處，所以采用交流采樣。由于是控制交流電的信號(hào)，所以此次采用繼電器控制。 方案一采用熱電偶傳感器熱電偶傳感器是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精度；測(cè)量范圍廣，可從50℃～1600℃進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,特殊的熱電偶如金,鐵,鎳,鉻最低可測(cè)到269℃，鎢,錸最高可達(dá)2800℃。另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測(cè)量時(shí)不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測(cè)量爐子，管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。 方案二采用半導(dǎo)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(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場(chǎng)合下（40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。所以不采用此方案。DS1820最高12位分辨率，精度可達(dá)177。此型號(hào)集成溫度傳感器可以采用?！娴某Ｓ玫氖覝鼐龋幊虝r(shí)易于實(shí)現(xiàn)。AD590具有較高精度和重復(fù)性（℃）其良好的非線性可以保證優(yōu)于177。℃測(cè)量精度。而且，在高精度測(cè)量電路中，必須考慮AD590的輸出電流不被分流影響。 方案四采用電阻式溫度傳感器電阻式傳感器廣泛應(yīng)用于測(cè)量200～960℃范圍內(nèi)的溫度。銅容易容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好而且電阻溫度系數(shù)大，溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高。而且銅易于氧化，一般只用于150℃以下的低溫測(cè)量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測(cè)量。鉑熱電阻是目前公認(rèn)的制造熱電阻最好的材料，它性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)104 K ，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。在氧化性介質(zhì)中、甚至在高溫下，其物理、化學(xué)性能都很穩(wěn)定，其阻值與溫度之間幾乎成線性變化。因此，主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)和高精度溫度測(cè)量。 人體檢測(cè)電路的方案設(shè)計(jì) 方案一采用紅外對(duì)管電路針對(duì)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。100－100k歐姆，是紅外接收管在不同光線條件下（室內(nèi)－陽光直射）的阻值的大小。當(dāng)隨著光線變化時(shí)，IOA0口讀進(jìn)來的電壓值也就發(fā)生變化。該電路可以避免可見光帶來的干擾，效果不錯(cuò)。所以不采用此方案。熱釋電紅外開關(guān)是BISS0001配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成的被動(dòng)式紅外開關(guān)。特別適用于企業(yè)，賓館、商場(chǎng)、庫(kù)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(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。所以此方案可采用。超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號(hào)越強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)信號(hào)越弱，通常在1mV～1V之間。超聲波的特點(diǎn)：超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中；超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離；超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息。所以，超聲波檢測(cè)電路可以作為人體檢測(cè)電路的一種方案。與有線通信方式相比，無線通信以其不需鋪設(shè)明線，使用便捷等一系列優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域占據(jù)重要地位。選擇無線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)考慮需要以下幾點(diǎn)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(jìn)行曼徹斯特編碼等。nRF40 1芯片內(nèi)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(diào)器(DEM)等電路。在發(fā)射模式中，數(shù)字信號(hào)經(jīng)DIN端輸入，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控振蕩器處理后進(jìn)入到發(fā)射功率放大器射頻輸出。nRF401的ANTI和ANT2引腳是接收時(shí)低噪聲接收放大器LNA的輸入，以及發(fā)送時(shí)發(fā)射功率放大器PA的輸出。nRF401采用抗干擾能力強(qiáng)的FSK調(diào)制方式，并采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射功率最大可達(dá)10dBm，接收靈敏度最大為一105dBm，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20Kbps，工作電壓在+3～5V之間。因此，無線收發(fā)模塊可以采用nRF401無線收發(fā)芯片。CC1000集成了射頻發(fā)射、射頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制解調(diào)、可編程控制等多種功能。CC1000的主要工作參數(shù)可由一個(gè)串行接口編程設(shè)定，使用非常方便并且具有靈活性。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?？梢詫?duì)秒、分鐘、時(shí)鐘、小時(shí)、日期、星期、月、年信息，帶閏年自動(dòng)補(bǔ)償。芯片具有帶后備電池的31B的非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。此次采用聲光報(bào)警電路。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。液晶顯示器具有功耗低、無輻射危險(xiǎn)、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(qiáng)，顯示內(nèi)容多等特點(diǎn)。鍵盤電路：鍵盤分為獨(dú)立式鍵盤和行列式鍵盤。3 單元電路設(shè)計(jì) MSP430單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)MSP430系列單片機(jī)種類很多，此次我選用MSP430F169單片機(jī)。諾依曼”結(jié)構(gòu)，RAM、ROM和全部外圍模塊都位于同一個(gè)地址空間內(nèi)，最大尋址地址為62KB (60 KB Flash , 2KB RAM) 。MSP430F169是FLASH存儲(chǔ)器型單片機(jī)，具有良好的仿真開發(fā)技術(shù)，設(shè)置有JTAG仿真接口和高級(jí)語言編譯器。最小系統(tǒng)主要由主控MCU，電源、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAG調(diào)試電路, 串行通訊等模塊組成, 與此同時(shí)還要設(shè)計(jì)MCU時(shí)鐘電路，電源電路和JTAG調(diào)試電路。下面我將對(duì)各模塊電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中，以5V 直流電壓為輸入電壓,通過AMS1117 – 。在電源模塊中通過3個(gè)電容進(jìn)行電源穩(wěn)壓濾波，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。在系統(tǒng)中，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位，復(fù)位電路可由簡(jiǎn)單的RC電路構(gòu)成，也可使用其他的相對(duì)較復(fù)雜，但功能更完善的電路。經(jīng)使用證明, 其復(fù)位邏輯是可靠的。RST端輸出為低電平，系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)C1兩端的電壓達(dá)到高電平的門限電壓時(shí)，RST端輸出為高電平, 系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 晶振電路設(shè)計(jì)MSP430系列單片機(jī)時(shí)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(gè)時(shí)鐘源。數(shù)字控制振蕩器DCO已經(jīng)集成在MSP430 內(nèi)部，在系統(tǒng)中只需設(shè)計(jì)高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器兩部分電路。LFXT1振蕩器默認(rèn)工作在低頻模式，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。高速晶振也稱為第二振蕩器XT2 ，它為MSP430F169工作在高頻模式時(shí)提供時(shí)鐘，XT2 最高可達(dá)8MHz。 JTAG接口設(shè)計(jì) JTAG調(diào)試器概述JTAG最初是用來對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的,理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)TAP ( Test Access Port測(cè)試訪問口) 通過專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。現(xiàn)在, JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP ( In System Programmable 在線編程),對(duì)FLASH等器件進(jìn)行編程。 TDI為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入, 數(shù)據(jù)通過TDI 引腳輸入JTAG接口。 TMS為測(cè)試模式選擇, TMS用來設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測(cè)試模式。MSP430F169是具有60 KB可電擦寫的FLASH 存儲(chǔ)器型MCU,并具有J TAG調(diào)試接口, 因此采用先通過JTAG調(diào)試器將編輯好的程序從PC機(jī)直接下載到FLASH內(nèi), 再由JTAG接口控制程序運(yùn)行、讀取片內(nèi)CPU狀態(tài), 以及存儲(chǔ)器內(nèi)容等信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試, 整個(gè)開發(fā)(編譯、調(diào)試) 都可以在同一個(gè)軟件集成環(huán)境中進(jìn)行, 不需要專門的仿真器和編程器。 JTAG調(diào)試接口設(shè)計(jì)由于TI公司生產(chǎn)JTAG調(diào)試接口, 所以我們只需要把單片機(jī)的調(diào)試接口按照標(biāo)準(zhǔn)引出, 在調(diào)試時(shí)與購(gòu)買的JTAG調(diào)試器連接, 即可在線調(diào)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(diào)試器使用外接電源還是內(nèi)部電源, 當(dāng)外圍電路功率比較大時(shí), 應(yīng)使用外接電源。圖2 MSP430F169單片機(jī)最小系統(tǒng) 檢測(cè)電路、控制電路和輔助電源的設(shè)計(jì) 電流檢測(cè)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。如圖3所示，電流實(shí)際值經(jīng)過霍爾傳感器及采樣電阻后，轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)(I02)，此5V信號(hào)是反向的。~ +。最后經(jīng)過兩個(gè)串聯(lián)二極管的限幅，確保輸入單片機(jī)的信號(hào)為0~，以保證不會(huì)燒毀單片機(jī)，系統(tǒng)各元件參數(shù)及型號(hào)。CHV50P型電壓傳感器輸出端與原邊電路是電隔離的，可測(cè)量直流、交流和脈動(dòng)電壓或小電流。 由于CHV50P的輸入額定電流In1為10mA，本電路檢測(cè)的電壓是220V的交流電壓，則R9=U/ In1 =220V/10mA=，電阻R9消耗的功率P1，為P1=220V10 mA=。另外為了抑制共模干擾，在交流輸入側(cè)并聯(lián)了兩個(gè)電容C。由于CHV50P的輸入額定電流In2為50mA，為了交流電壓采樣電路檢測(cè)，必須把輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，所以在電壓傳感器的輸出側(cè)串聯(lián)了電阻R11。由于電阻R11消耗功率比較小，電阻R11選擇上對(duì)功率沒有特殊的要求。該電路采用了運(yùn)算放大器加電壓跟隨器的方式，電壓跟隨器起到了隔離作用，以便在A/D入口前進(jìn)行阻抗匹配。來自檢測(cè)通道的電壓互感器的電流號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后經(jīng)電壓平移后將交流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0~。第二部分是由兩個(gè)電阻和一個(gè)電壓源組成的電壓偏移電路，因?yàn)槟繕?biāo)信號(hào)是交流信號(hào)，A/D輸入電平要求在0~，因此需要進(jìn)行電壓偏移。第四部分是箝位限幅電路，保證采樣信號(hào)的幅值在0~。繼電器外加二極管主要是為了保護(hù)三極管等驅(qū)動(dòng)元器件。并聯(lián)二極管時(shí)一定要注意二極管的極性不可接反，否則容易損壞晶體管等驅(qū)動(dòng)元器件。圖5 控制電路 輔助電源電路如圖6，在該電路中，需要輔助電源為元件提供6個(gè)工作電壓，包括+24V、+12V、12V、+5V、5V和+3V。220V交流電通過變壓器變壓，然后經(jīng)過整流濾波，再由三端穩(wěn)壓7812和7912產(chǎn)生+12V和12V的電壓信號(hào)，再經(jīng)7805和7905變換成+5V和5V。+24V電壓是為繼電器供電。功率和功率因數(shù)的計(jì)算：在上一步中已經(jīng)測(cè)出了電壓、電流的有效值U、I，根據(jù)以下公式可以計(jì)算出視在功率S、有功功率P、無功功率Q和功率因素cosф，即S=UIP=（1/T）∫T0 ui dt Q=√（S2 –P2 ）cosф=P/S式中：u、i為瞬時(shí)電壓值。 采用集成溫度傳感器DS1820溫度傳感器的概述：DS1820數(shù)字式溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同的是，它可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換 成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，并且根據(jù)具體要求，通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9位的溫度讀數(shù)。由于每一個(gè)DS1820出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其ROM中，因此CPU可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器1提供一個(gè)穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成55℃，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1℃，這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)便停止。以后計(jì)數(shù)器1每一個(gè)循環(huán)地預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值就增加1℃計(jì)數(shù)器所需的技術(shù)個(gè)數(shù)。在計(jì)數(shù)器2停止計(jì)數(shù)后，℃進(jìn)行比較，℃，溫度寄存器的最低位置就置0；℃時(shí)，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位然后置0；這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，℃，四舍五入最大量化誤差為177。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號(hào)位，其余8位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。DS18B20測(cè)溫溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)溫技術(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。測(cè)溫結(jié)果存入溫度寄存器中。如