【正文】 nbond系列單片機。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。在單片機家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS –51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。80C51單片機已成為單片機發(fā)展的主流。單片機是微型機的一個主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。單片機一般由以下幾個部分組成：① 中央處理單元：數(shù)據(jù)處理、測試位，置位，復(fù)位 位操作② 只讀存儲器：永久性存儲應(yīng)用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM③ 隨機存取內(nèi)存：在程序運行時存儲工作變量和資料④ 并行輸入/輸出口(I / O)：作系統(tǒng)總線、擴展外存、I / O接口芯片⑤ 串行輸入/輸出口：串行通信、擴展I / O接口芯片⑥ 定時/計數(shù)器：計數(shù)滿溢出、中斷標志位置位、向CPU提出中斷請求⑦ 時鐘電路：內(nèi)振、外振⑧ 中斷系統(tǒng)：中斷源、2級優(yōu)先⑨ 看門狗電路：Watchdog單片機通過內(nèi)部總線把計算機的各主要部件連接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。單片機中的CPU、存儲器等部件將在后面章節(jié)陸續(xù)介紹。單片機主要發(fā)如下特點：①.有優(yōu)異的性能價格比。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。③.控制功能強。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。⑤.外部總線增加了I C(InterIntegrated Circuit)及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。單片機誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段：SCM即單片微型計算機(Single Chip Microputer)階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當數(shù)Philips公司。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段：第一階段(19761978)：單片機的控索階段。MCS–48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola 、Zilog等，都取得了滿意的效果。 第二階段(19781982)單片機的完善階段。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結(jié)構(gòu)。MCS51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。第三階段(19821990)8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。隨著MCS–51系列的廣泛應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機中，增強了外圍電路功能，強化了智能控制的特征。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①.單機應(yīng)用:(一個系統(tǒng)使用一塊單片機——普通應(yīng)用模式) ②.家用電器:自從單片機誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機、電冰箱、電子玩具、收錄機等家用電器配上單片機后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。如高檔的洗衣機，空調(diào)器，電冰箱，彩電，DVD，音響，手機，高檔電子玩具等電器，用單片機做自動控制。單片機廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。機電一體化產(chǎn)品是指集成機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品，例如微機控制的車床、鉆床等。④.網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口:在大型計算機控制的網(wǎng)絡(luò)或通信電路與外圍設(shè)備的接口電路中，用單片機來控制或管理，可大大提高系統(tǒng)的運行速度和接口的管理水平。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機器人等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機作為控制器。對工業(yè)設(shè)備(如機床，汽車，高檔中西餐廚具，鍋爐，供水系統(tǒng)，生產(chǎn)自動化，自動報警系統(tǒng)，衛(wèi)星信號接收等)進行智能測控，大大地降低了勞動強度和生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。多機系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單 片機組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機的高可靠性和強抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。另一方面，單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命?？煽毓?SCR: Silicon Controlled Rectifier)是可控硅整流器的簡稱。它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制方便等優(yōu)點，被廣泛用于可控整流、調(diào)壓、逆變以及無觸點開關(guān)等各種自動控制和大功率的電能轉(zhuǎn)換的場合。自從20世紀50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管，等等。其中螺旋式的應(yīng)用較多?？煽毓璧闹饕獏?shù)有： 　?、?額定通態(tài)平均電流IT在一定條件下，陽極陰極間可以連續(xù)通過的50赫茲正弦半波電流的平均值。可控硅承受的正向電壓峰值，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值。使用時，不能超過手冊給出的這個參數(shù)值?！　、?維持電流IH在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽極正向電流。常用可控硅的封裝形式有TO9TO12TO202AB、TO2TO220AB、TO3P、SOT8TO25TO252等?？煽毓栌伤膶影雽?dǎo)體材料組成的，有三個PN結(jié)，對外有三個電極：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。①可控硅有三個電極陽極（A）陰極（C）和控制極（G）。如圖：②可控硅和只有一個PN 結(jié)的硅整流二極度管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。在應(yīng)用可控硅時，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控 硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。晶閘管導(dǎo)通后，松開按鈕開關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通。那么， 用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開陽極電源(圖③中的開關(guān)S)或使陽極電流小于維持導(dǎo)通的最小值(稱為維持電流)。 調(diào)光燈設(shè)計的功能要求和工作原理本設(shè)計要求具有對燈泡亮度調(diào)節(jié)的功能，通過電路實現(xiàn)可控硅不同導(dǎo)通角的控制來進行明顯不同亮度的顯示。調(diào)光燈的工作原理是通過改變電阻來實現(xiàn)調(diào)節(jié)燈的亮暗的，電壓一定時，電阻越大，功率越小，耗電量越小，燈越暗。優(yōu)點：體積小、動作迅速、壽命長。用途：整流、調(diào)節(jié)、開關(guān)、逆變。單向可控硅是由三個PN結(jié)PNPN組成的四層三端半導(dǎo)體器件與具有一個 PN結(jié)的二極管相比，單向可控硅正向?qū)ㄇ沂芸刂茦O電流控制；與具有兩個PN結(jié)的三極管相比，差別在于可控硅對控制極電流沒有放大作用。雙向可控硅實質(zhì)上是兩個反并聯(lián)的單向可控硅，是由NPNPN五層半導(dǎo)體形成四個PN結(jié)構(gòu)成、有三個電極的半導(dǎo)體器件。雙向可控硅的主要缺點是承受電壓上升率的能力較低。雙向可控硅元件主要用于交流控制電路，如溫度控制、燈光控制、防爆交流開關(guān)以及直流電機調(diào)速和換向等電路。單向可控硅有陰極（K）、陽極（A）、控制極（G）。即其中一只單向硅陽極與另一只陰極相邊連，其引出端稱T2極，其中一只單向硅陰極與另一只陽極相連，其引出端稱T2極，剩下則為控制極（G）。如圖2示。b、控制極與陰極之間加正向電壓，可控硅不導(dǎo)通。如圖2示：假設(shè)EG產(chǎn)生控制電流IG，加入可控硅的控制極，則經(jīng)T2放大后，電流為IG加入可控硅的控制極，則經(jīng)T2放大后，電流為TC2=β2IG，而Ic2=Ib1，IG=β1IB1=β1β2IG，這個電流又流入T2的基極，再一次放大，這兩個晶體管之間存在著一個正反饋環(huán)，形成強烈的正反饋。在可控硅導(dǎo)通之后，即使控制極電流消失，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身的正反饋作用來維持，它仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以，控制極的作用，僅僅是觸發(fā)可控硅使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制極就失去作用了。一般只能實現(xiàn)對燈光點亮的快慢進行調(diào)節(jié)，不能滿足本設(shè)計的功能要求，故不采納。包括單片機、晶閘管等主要器件。如圖所示。此方案能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計的功能要求，元器件簡單、廉價，但原理上是通過占空比來調(diào)節(jié)燈光亮度，信號頻率參數(shù)不確定，造成在電燈兩端的電壓信號頻率不確定，造成非50HZ電信號，對電網(wǎng)有污染。方案三：采用數(shù)字和模擬混合電路，并通過調(diào)節(jié)電燈電壓信號的占空比實現(xiàn)對燈光亮度的控制。方案構(gòu)思：基于MSP430F449單片機和數(shù)控可控硅觸發(fā)電路的燈控系統(tǒng)此方案是基于MSP430F449單片機為設(shè)計的控制核心，且采用光電偶合器將觸發(fā)電路和主路電之間進行隔離，因而該電路具有可靠性和控制精度高，抗干擾能力強等優(yōu)點。 本章主要對可控硅進行了介紹，介紹了可控硅的分類、可控硅的主要參數(shù)、常用封裝形式、主要生產(chǎn)廠家，分析了可控硅的作用、特點以及單相可控硅基本結(jié)構(gòu)。第3章 MSP430芯片介紹 MSP430芯片簡介MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器(Mixed Signal Processor)。 MSP430 單片機的發(fā)展MSP430 系列是一個 16 位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機，在 1996 年問世，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機系列中一顆耀眼的新星?！　SP430 的 33X 、32X 、31X 等系列具有 LCD 驅(qū)動模塊，對提高系統(tǒng)的集成度較有利。EPROM 型的價格昂貴，運行環(huán)境溫度范圍窄，主要用于樣機開發(fā)?！　?000 年推出了 11X/11X1 系列。這個時期的 MSP430 已經(jīng)顯露出了它的特低功耗等的一系列技術(shù)特點，但也有不盡如人意之處。33X 系列價格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。而片內(nèi)高精度A/D 轉(zhuǎn)換器又只有 32X 系列才有。在 2000 年 7 月推出 F13X/F14X 系列，在 2001 年 7 月到 2002 年又相繼推出 F41X 、F43X 、F44X 這些全部是 Flash 型單片機。F43X 、F44X 系列是在 13X 、14X 的基礎(chǔ)上，增加了液晶驅(qū)動器，將驅(qū)動 LCD 的段數(shù)由 3XX 系列的最多 120 段增加到 160 段?！　SP430 系列由于具有 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?！　∵@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開發(fā)方式。這為系統(tǒng)軟件的升級提供了又一方便的手段。蓬勃發(fā)展階段:在前一階段，引進新技術(shù)和內(nèi)部進行調(diào)整之后，為 MSP430 的功能擴展打下了良好的基礎(chǔ)。　　在這一新的系列中，有了兩個方面的發(fā)展。這樣一來，希望將實時操作系統(tǒng)( RTOS )引入 MSP430 的，就不會因 RAM 不夠而發(fā)愁了。在 2003 年中，TI 公司還推出了專門用于電量計量的 MSP430FE42X 和用于水表、氣表、熱表上的具有無磁傳感模塊