【正文】 ............................................................ 39 第一章 緒論 1 更多專業(yè)文檔盡在我主頁 第一章 緒論 課題背景 作為傳統(tǒng)的出行方式，自行車在現(xiàn)代社會(huì)又煥發(fā)出了新的活力。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，自行 車日益成為人們 的一種健身休閑方式，其舒適性及多功能性成為追逐的目標(biāo)。 現(xiàn) 在 速度表的設(shè)計(jì)多數(shù)由機(jī)械式或模擬數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，都存在體積大，精度低、不直觀、功耗大等缺點(diǎn)。 課題任務(wù)及內(nèi)容安排 本論文主要任務(wù)是 以超低功耗單片機(jī)為核心，利用其內(nèi)部定時(shí)器，測(cè)試出自行車的當(dāng)前速度并將其顯示出來。 本論文首先扼要對(duì)該課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計(jì) 。2 智能型自行車速度表 具體的硬件電路包括 MSP430 單片機(jī)的外圍電路以及顯示電路。 第二章 單片機(jī)的原理及應(yīng)用 3 更多專業(yè)文檔盡在我主頁 第二章 單片機(jī)原理及應(yīng)用 MSP430 系列超低功耗單片機(jī) 簡(jiǎn)介 MSP430 系列超低功耗單片機(jī)的特點(diǎn)可以歸納如下： (1) 低電壓、超低功耗。由于其指令執(zhí)行速度較快并 且 MSP430 具有完全同步的告訴系統(tǒng)時(shí)鐘，因此它能夠在不足 6us 的時(shí)間內(nèi)從待機(jī)狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)。 MSP430 系列單片機(jī)是 16 位單片機(jī)，采用 RISC 結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式。 (3) 高性能模擬技術(shù)。 (4) 豐富的片內(nèi)外設(shè)及其多樣化組合 。 MSP430 各系列單片機(jī)采用不同的片內(nèi)外設(shè)組合，這樣就可以針對(duì)不同的產(chǎn)品需要挑選最為合適的單片機(jī)，已達(dá)到最佳的性價(jià)比 [2]。系統(tǒng)上電復(fù)位后，有 DCOCLOCK 作為系統(tǒng)時(shí)鐘，保證了系統(tǒng)從正確的位置開始執(zhí)行。 MSP430 單片機(jī)最顯著的特點(diǎn)是能夠超低功耗運(yùn)行。將 CPU、外圍功能模塊、休眠喚醒機(jī)制三者所需的始終獨(dú)立，而且可以通過軟件設(shè)置時(shí)鐘分頻、倍頻系數(shù)，為不同速度的設(shè)備提供不同速度的時(shí)鐘，而且可以隨時(shí)將某些暫時(shí)不工作模塊的時(shí)鐘關(guān)閉。 2 智能型自行車速度表 其次， MSP430 單片機(jī)內(nèi)核是 16 位 RISC 處理器，單指令周期，其運(yùn)算能力和速度都具有一定的優(yōu)勢(shì)。 CPU 在 ~ 寬電壓范圍內(nèi)都可以工作，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間。這為學(xué)習(xí)和開發(fā) MSP430 單片機(jī)提供了便利。此外， TI 公司每年都會(huì)新推出新系列、新型號(hào)的單片機(jī)、以及新的模塊。 第四， MSP430 單片機(jī)采用馮 .諾依曼結(jié)構(gòu)。如果將代碼搬移到 RAM 區(qū)，同樣可以運(yùn)行，而且每一款 MSP430單片機(jī)都集成有 Flash 控制器，通過它可以對(duì) Flash 區(qū)進(jìn)行擦寫操作。 第五， TI公司具有雄厚的模擬技術(shù)實(shí)力。利用 MSP430 單片機(jī)，可以單芯片完成模擬信號(hào)的產(chǎn)生、變換、放大、采樣、處理等任務(wù)。 第六， MSP430 單片機(jī)是一個(gè)不斷更新、不斷發(fā)展壯大的家族。 MSP430 單片機(jī)的應(yīng)用前景 在實(shí)際應(yīng)用中，許多產(chǎn)品和系統(tǒng)都對(duì)功耗提出了越來越嚴(yán)酷的要求，從而為MSP430 單片機(jī)拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。 MSP430 系列單片機(jī)不僅提供了強(qiáng)大的運(yùn)算能力（ 16 位 CPU，目前最高能達(dá)到每秒 25 兆指令），而且能夠以極低的功耗運(yùn)行，并具有豐富的內(nèi)部資源和各種模擬電路接口。很多情況下，用MSP430 單片機(jī)可以“單芯片”完成設(shè)計(jì)方案，這對(duì)提高產(chǎn)品集成度、提高生產(chǎn)效率、降低成本有著很大的幫助。一般的電子產(chǎn)品按5~8 年壽命考慮，如果電池的壽命能達(dá)到 8~10 年，在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)無需更換電池。例如某些野外安裝的氣象傳感器，可以在無需更換電池的情況下，連續(xù)記錄數(shù)年的氣象數(shù)據(jù)直到壽命終結(jié)。例如太陽能電池、信號(hào)線竊電、電纜附近磁場(chǎng)、溫差能量、射頻輻射、人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能等。 第四， MSP430 單片機(jī)內(nèi)部集成的各種模擬設(shè)備性能優(yōu)異，如 ADC 最高可達(dá)16 位， DAC 可以達(dá) 12 位，在各種高精度測(cè)量，控制領(lǐng)域都可以發(fā)揮作用。 第五， MSP430 單片機(jī)屬于工業(yè)級(jí)芯片，能夠在 40~85 度的寬工作范圍內(nèi)工作，并且?guī)в?PWM 發(fā)生器等控制輸出。 第六， MSP430 單片機(jī)帶有豐富的通信端口，如 UART、 I2C、 SPI、 USI 等，新推出的 5 系列還帶有對(duì)射頻通信及 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)的接口。 MSP430 超低功耗單片機(jī)以其卓越的性能和較高的性能價(jià)格比，使其在許多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其主要應(yīng)用有以下幾點(diǎn)： (1) 智能儀器儀表方面。4 智能型自行車速度表 (2) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)方面。 (3) 工業(yè)控制方面。 (4) 日常生活方面。 定時(shí)器 定時(shí)器 模塊 在 MSP430 系列單片機(jī)中帶有功能強(qiáng)大的定時(shí)器資源 ， 利用 MSP430 單片機(jī)的定時(shí)器可以用來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，延時(shí)，信號(hào)頻率測(cè)量，信號(hào)觸發(fā)檢測(cè)，脈沖脈寬信號(hào)測(cè)量， PWM 信號(hào)發(fā)生 。以上各塊定時(shí)器資源可作多種組合使用，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。 (2) 基本定時(shí)器：主要用于產(chǎn) 生周期節(jié)拍?？勺鞔诓ㄌ芈拾l(fā)生器使用。 定時(shí)器 A 工作模式 與 定時(shí)器 A 中的計(jì)數(shù)器部分相關(guān) 寄存器包括 TACTL 和 TAR。定時(shí)器控制寄存器 TACTL 中包含定時(shí)器及其操作的控制位。 ? MC1， MC0：計(jì)數(shù)模式控制選擇位。 ? TAIE： 定時(shí)器中斷允許位。 0：無中斷請(qǐng)求； 1：有中 斷請(qǐng)求 當(dāng)輸入時(shí)鐘為激活狀態(tài)時(shí)，只要 TACTL 寄存器中的 MCX 大于零則啟動(dòng)定時(shí)器；當(dāng)定時(shí)器工作模式為增計(jì)數(shù)模式或增減計(jì)數(shù)模式，將 TACCR0 寄存器的值設(shè)為零，可以將定時(shí)器暫停，再將 TACCR0 寄存器的值設(shè)置為非零值，又可以啟動(dòng)定時(shí)器，這是定時(shí)器計(jì)數(shù)值總是從零開始增加。 (1) 停止模式。此時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，直到模式改變后，計(jì)數(shù)器才能重新計(jì)數(shù)。當(dāng) MC0=1， MC1=0 時(shí)，定時(shí)器為增計(jì) 數(shù)模式。當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到 TACCR0 寄存器的值時(shí)，捕獲比較控制寄存器 TACCTL0 中的 TACCIFG0 標(biāo)志置位；當(dāng)下一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘到來時(shí)，計(jì)數(shù)值 TAR中的值變?yōu)?0，重新開始新一輪計(jì)數(shù)。當(dāng) MC0=0， MC1=1 時(shí)，定時(shí)器為連續(xù)計(jì)數(shù)模式。計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)， 而 當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到 0XFFFF 后下一 個(gè)輸入時(shí)鐘到來時(shí)，計(jì)數(shù)值返回到零并 重新 開始 計(jì)數(shù)。 (4) 增減計(jì)數(shù)模式。該模式常用于定時(shí)計(jì)數(shù)不等于 0XFFFF，并且需要產(chǎn)生對(duì)稱脈沖波形的場(chǎng)合。當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到 TACCR0 寄存器中的值后，計(jì)數(shù)值開始遞減；當(dāng)遞減至 0 后，計(jì)數(shù)值又遞增，如此周而復(fù)始。 TACCTLX：捕獲 /比較控制寄存器。該寄存器中各位定義如下： 表 捕獲 /比較控制寄存器 15 14 13 12 11 10 8 7~5 4 3 2 1 0 CMX CCIS1 CCIS0 SCS SCCI CAP OUT CCIE CCI OUT COV CCIFG ? CM1 CM0：選擇捕獲方式。 ? CAP：工作模式選擇位。 0： 禁止中斷； 1： 允許中斷。捕獲模式：有 CCIS0 和 CCIS1 選擇的輸入信號(hào)可通過該位讀出；比較模式： CCIX 復(fù)位。 0： 沒有捕獲溢出； :1： 發(fā)生捕獲溢出 ? CCIFG：捕獲 /比較中斷標(biāo)志位。 當(dāng) TACCTL 控制寄存器中 CAP 標(biāo)志置位，則相應(yīng)的 TACCR 處于捕獲模式。當(dāng)捕獲事件發(fā)生時(shí)，硬件自動(dòng)將計(jì)數(shù) 器 TAR 中的值拷貝到 TACCR 寄存器中去，同時(shí)將 TACCIFG 標(biāo)志置位。 當(dāng) TACCTL 控制寄存器中 的 CAP 標(biāo)志位置 零時(shí)，則相應(yīng)的 TACCR 處于比較模式。當(dāng)工作在比較模式時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到 TACCR，硬件自動(dòng)完成以下功能：相應(yīng)的 TACCIFG 標(biāo)志置位；內(nèi)部信號(hào) EQU置位；根據(jù) EQU信號(hào)以及 TACCTL 寄存器中的輸出模式控制 位輸出 OUT 信號(hào)；輸入信號(hào) CCI 鎖存 到 TACCTL 寄存器中的 SCCI 位。一旦相等，就將自動(dòng)地改變某個(gè)指定引腳的輸出電平 [8]。 第二章 單片機(jī)的原理及應(yīng)用 7 更多專業(yè)文檔盡在我主頁 定時(shí)器 A 的 中斷 定時(shí)器 A 中斷可由以下 4 種事件產(chǎn)生： 1 主計(jì)數(shù)值計(jì)滿（或計(jì)至 TACCR0）后復(fù)位， TAIFG 標(biāo)志被置 1。 2 捕獲通道 0 發(fā)生捕獲事件，或主計(jì)數(shù)值 TAR 計(jì) 至 TACCR0（計(jì)數(shù)值從TACCR01 跳至 TACCR0 的時(shí)刻）， TACCTL0 寄存器內(nèi)的 CCIFG 標(biāo)志被置 1。 4 捕獲通道 2 發(fā)生捕獲事件，或主計(jì)數(shù)值 TAR 計(jì)至 TACCR2（計(jì)數(shù)值從TACCR21）跳至 TACCR2 的時(shí)刻）， TACCTL2 寄存器內(nèi)的 CCIFG 標(biāo)志被置 1[2]。其中，事件 2 是定時(shí)器 A 所有中斷中優(yōu)先級(jí)最高的 中斷，中斷向量地址為 0XFFF2。在通用中斷使能（ GIE） 置位且定時(shí)器的中斷使能位置位的情況下（如 TAIE 置位），如果 3 種中斷中的某個(gè)標(biāo)志置位（如 TAIFG 置位），則定時(shí)器向 CPU 申請(qǐng)相應(yīng)的中斷（如定時(shí)器溢出中斷）。 與定時(shí)器 A 中斷相關(guān)的寄存器是中斷向量寄存器 TAIV。該寄存器 一 共 16 位，位 15~4 與位 0 全為 0，位3~1 的數(shù)據(jù)由相應(yīng)的中斷標(biāo)志 CCIFG~CCIFGX 和 TAIFG1 產(chǎn)生。 8 智能型自行車速度表 表 中斷標(biāo)志數(shù)據(jù)表 中斷優(yōu)先級(jí) 中斷源 縮寫 TAIV的內(nèi)容 最高 最低 沒有中斷 00H 捕獲 /比較器 1 TACCR1 CCIFG 02H 捕獲比較器 2 TACCR2 CCIFG 04H 捕獲比較器 3 TACCR3 CCIFG 08H(僅 Timer_A5 有 ) 捕獲比較器 X TACCR4 CCIFG 0AH(僅 Timer_A5 有 ) 定時(shí)器溢出 TAIFG1 0AH 保留 0CH、 0EH 液晶控制 器 液晶顯示器以其功耗低、體積小、重量輕、低電壓、超薄、顯示的信息量大的優(yōu)點(diǎn)在各種電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 MSP430 系列 液晶驅(qū)動(dòng)模塊主要特點(diǎn)如下： （ 1） 具有顯示緩存器，并可以作為一般存儲(chǔ) 器 （ 2） 段輸出端口可以作為通常輸出端口使用 （ 3） 驅(qū)動(dòng)頻率 由 ACLK 經(jīng)基本定時(shí)器產(chǎn)生 （ 4） 所需的 SEG、 COM 信號(hào)自動(dòng)產(chǎn)生 （ 5） 具有 4 種驅(qū)動(dòng)方法 （ 6） 多種掃描頻率 液晶驅(qū)動(dòng)模塊寄存器是由一個(gè) LCD 控制寄存器和 20 個(gè) LCD 存儲(chǔ)器組成的，結(jié)構(gòu) 如下表 所示 表 LCD 液晶驅(qū)動(dòng)模塊寄存器 寄存器 縮寫 寄存器類型 地址 初始狀態(tài) 控制寄存器 LCDCTL 讀 /寫 09H PUC 后復(fù)位 存儲(chǔ)器 1~20 LCDM1~20 讀 /寫 091H~0A4H 不變 LCD 控制寄存器 (LCDCTL)定義了對(duì)液晶的各種操作。 ? LCDMX: LCD 的 MUX 比率選擇位，用于選擇 LCD 顯示模式。 0 所有 LCD 段禁止輸出 。 ? LCDDON： LCD 開關(guān)控制位 ，該位 控制 LCD 定時(shí)發(fā)生器和 R33 的開閉。 1 LCD 時(shí)序發(fā)生器和 R33 關(guān)閉， COM 線與段驅(qū)動(dòng)端將按照液晶顯存的數(shù)據(jù)輸出對(duì)應(yīng)的信號(hào)。將 LCDON控制位置 0，可以關(guān)閉整個(gè)LCD模塊，從而節(jié)省電能。將 LCDSON控制位置 0，整個(gè)屏幕將空白。關(guān)閉該控制位雖然也能關(guān)閉屏幕，但整個(gè) LCD驅(qū)動(dòng)電路仍在工作，并不能 節(jié)省耗電 [11]。它同時(shí)也控制著LCD 偏壓發(fā)生器，結(jié)果是一旦單片機(jī)進(jìn)入 LPM4 休眠模式， LCD 模塊的偏壓發(fā)生器也被關(guān)閉。 I/O 端口 特性MSP430 單片機(jī) 的端口有 P P P P P P S 和 COM，它們都可以直接用于輸入 /輸出 。 MSP430 系統(tǒng)中沒有專門的輸入 /輸出指令，10 智能型自行車速度表 輸入 /輸出操作通過傳送指令來實(shí)現(xiàn)。常見的鍵盤接口可以直接用端口進(jìn)行模擬，用查詢或者中斷方式控制 [9]。 端口的功能 ： (1) P1， P2 端口： I/O 端口，具有 中斷功能 ,其他片內(nèi)外設(shè)功 能如定時(shí)器、比較器； (2) P3~P6 端口： I/O 端口， 其他片內(nèi)外設(shè)功能如 SPI、 UART 模式， A/D 轉(zhuǎn)換等； (3) S， COM 端口： I/O,驅(qū)動(dòng)液晶。其中 P1， P2具有 7 個(gè)寄存器， P3~P6 具有 4 個(gè)寄存器。 端口 P1， P2 的功能可以通過它們的 7 個(gè)控制 寄存器來實(shí)現(xiàn)。 (1) PXDIR：輸入 /輸出方向寄存器。 8 位再 PUC 后都被復(fù)位。 作為輸入時(shí)只能讀，作為輸出時(shí)，可讀可寫。 (2) PXIN：輸