MSP430單片機(jī)和LCD模塊在顯示終端中的應(yīng)用

1、3結(jié)語(yǔ)該系統(tǒng)已在邯鄲馬頭電廠投入使用,運(yùn)營(yíng)正常。該系統(tǒng)將火車接近提示報(bào)警系統(tǒng)和鐵牛拉車及推車系統(tǒng)連成一體,使卸煤線安全監(jiān)控得到了很好的保證,有效地杜絕了卸煤線進(jìn)車、調(diào)車的不安全現(xiàn)象,完善了火車接近智能監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了安全管理的信息化。參考文獻(xiàn):1宋伯生.PL C編程實(shí)用指南M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.2李國(guó)厚.PL C原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.M.北京:高等教育出版社,2004.制系統(tǒng)的應(yīng)用J.電氣應(yīng)用,2005(24.5張鐵壁.火車臨近報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2004(1.6歐陽(yáng)三泰.PL C控制系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警程序的設(shè)計(jì)方法D.湘潭:湖南

2、工程學(xué)院,2004.7蘇成斌.輸煤程控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)D.大慶:大慶石油學(xué)院,2003.第3期2008年6月工礦自動(dòng)化Industry and Mine AutomationNo.3J un.2008文章編號(hào):1671-251X(200803-0116-03MSP430單片機(jī)和LCD模塊在顯示終端中的應(yīng)用3陸靚亮,馮小龍,錢建生,武金磊,張興華,王鴻建(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院,江蘇徐州221008摘要:文章闡述了MSP430單片機(jī)和L CD顯示模塊的特點(diǎn)和功能,介紹了一種以MSP430F147為核心、OCMJ2×10C為液晶顯示模塊的顯示終端的設(shè)計(jì)方法,給出了顯示終端典型的硬件應(yīng)用電路和液晶

3、顯示流程圖。實(shí)際應(yīng)用表明,該應(yīng)用電路功耗低,運(yùn)行穩(wěn)定。關(guān)鍵詞:顯示終端;液晶模塊;超低功耗;單片機(jī);MSP430F147中圖分類號(hào):T D672;TP334.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B0引言傳統(tǒng)的顯示終端通常以普通的51單片機(jī)為核心、L ED數(shù)碼管為顯示模塊,但普通51單片機(jī)的體積大、功耗高,L ED的人機(jī)對(duì)話效果差。而以超低功耗的MSP430單片機(jī)和L CD液晶模塊來(lái)設(shè)計(jì)顯示終端,具有體積小、功耗低、人機(jī)界面良好等優(yōu)點(diǎn)。本文所介紹的系統(tǒng)是以某煤礦井下工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)的。該項(xiàng)目由前方數(shù)據(jù)采集器、主通信控制器和顯示終端組成,主要功能是將前方數(shù)據(jù)采集器采集到的信息經(jīng)過(guò)處理,發(fā)送給相應(yīng)的顯示終端,顯示終端完成信

4、息的接收和顯示工作。煤礦井下項(xiàng)目要求顯示終端體積小、功耗低,可長(zhǎng)期工作,且工作溫度范圍寬,在低溫下能正常工作。因此,筆者選用超收稿日期:2008-01-113基金項(xiàng)目:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)青年基金項(xiàng)目(DC060998作者簡(jiǎn)介:陸靚亮(1983-,男,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院碩士研究生,主要研究方向?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理與嵌入式系統(tǒng)。低功耗單片機(jī)MSP430F147和5V工作的OCMJ2×10C L CD顯示模塊來(lái)構(gòu)成顯示終端,完成接收數(shù)據(jù)和顯示信息功能,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。1MSP430F147單片機(jī)和LCD模塊1.1MSP430F147超低功耗單片機(jī)MSP430F147單片機(jī)是德儀公司推出的系列超低功耗

5、控制器中的一種,基于真正的16位RISC CPU內(nèi)核,16位總線結(jié)構(gòu),CPU中的16位寄存器和常數(shù)產(chǎn)生器使MSP430F147具有很高的代碼效率,數(shù)字控制的振蕩器可使器件從低功耗方式迅速喚醒,在少于6s的時(shí)間內(nèi)達(dá)到激活方式。MSP430F147單片機(jī)的電源電壓工作范圍為1.83.6V,在1M Hz時(shí)鐘條件下,最大工作電流為350A,具有5種低功耗工作模式,在不同的工作模式下,工作電流可下降到700.1A,具有超低功耗。MSP430F147單片機(jī)片內(nèi)包括1個(gè)看門(mén)狗時(shí)鐘、12位16通道的A/D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、高精度比較器、高速的U SA R T控制器、1K B RAM,32K B FL ASH R

6、OM、內(nèi)部溫度傳感器、具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器TimerA、TimerB、6個(gè)8位并行端口,且2個(gè)8位端口有中斷能力。每個(gè)外圍器件都支持復(fù)雜的事件驅(qū)動(dòng)型操作。同其它微控制器相比,帶片內(nèi)FL ASH的微控制器可以將系統(tǒng)功耗降低5倍,并且減小了硬件線路板空間,與現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)技術(shù)(如計(jì)算分支以及高級(jí)語(yǔ)言(如C語(yǔ)言結(jié)合使用,使得MSP430的體系結(jié)構(gòu)更為高效。MSP430F147單片機(jī)允許用戶使用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編程,并提供高效的C語(yǔ)言編譯環(huán)境,配之以支持對(duì)具有仿真功能的快閃產(chǎn)品進(jìn)行存取的快速實(shí)時(shí)仿真工具FET及優(yōu)良的調(diào)試環(huán)境,使MSP430F147在工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。1.2L CD

7、模塊OCMJ2×10C中文液晶顯示模塊OCMJ2×10C是金鵬電子有限公司生產(chǎn)的一款液晶顯示器,采用L ED背光顯示,適合于各種儀器儀表、通信、工業(yè)控制、公共場(chǎng)所顯示、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域,其原理框圖如圖1所示 。圖1OCMJ2×10C液晶顯示模塊原理框圖圖1中,ST7920為液晶顯示控制芯片,它與微處理器的接口信號(hào)如下:V SS為接地信號(hào);V DD為芯片供電電源;RS為數(shù)據(jù)命令選取信號(hào),當(dāng)它為高電平時(shí),可以讀寫(xiě)數(shù)據(jù),為低電平時(shí),可以寫(xiě)入命令; R/W為讀寫(xiě)選擇信號(hào),為高電平時(shí),讀出允許,為低電平時(shí),寫(xiě)入允許;E為芯片選擇信號(hào),高電平有效; RST為復(fù)位信號(hào),低電平有

8、效;DB0DB7為數(shù)據(jù)總線,進(jìn)行高低電平的數(shù)據(jù)傳輸。在并行模式下,從M PU寫(xiě)資料到OCMJ2×10C的時(shí)序如圖2所示。從圖2中可以看出,當(dāng)R/W=0、E=1時(shí),M PU可以向OCMJ2×10C 寫(xiě)入資料。另外,當(dāng)RS=0時(shí),寫(xiě)入的是命令;當(dāng)RS=1時(shí),寫(xiě)入的是數(shù)據(jù) 。V IH1輸入高電平;V I L1輸入低電平;T R使能上升沿時(shí)間; T AS地址建立時(shí)間;T A H地址保持時(shí)間;T DSW數(shù)據(jù)建立時(shí)間;T H數(shù)據(jù)保持時(shí)間;T PW使能脈沖寬度;T C使能周期圖2MPU寫(xiě)資料到OCMJ2×10C的時(shí)序示意圖2硬件電路設(shè)計(jì)顯示終端的主要功能是從主通信控制器接收信息

9、,考慮終端工作在復(fù)雜的煤礦井下環(huán)境,所以終端與主通信控制器采用2種通信方式,無(wú)線選用無(wú)線模塊,有線采用RS485通信方式,如圖3所示 。圖3顯示終端硬件電路圖利用MSP430F147的2個(gè)串口分別對(duì)應(yīng)有線和無(wú)線接收方式。顯示終端主要是接收功能,發(fā)送數(shù)據(jù)只給出必要的應(yīng)答。電路中用MSP430F147的串口接收主通信控制器傳來(lái)的數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)處理在MSP430F147單片機(jī)的I/O口送給L CD顯示,完成主通信控制器對(duì)各終端的控制和傳遞數(shù)據(jù)。因MSP430F147工作在3.3V,而OCMJ2×10C工作在5V,所以電路中采用74L S245進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。圖3中,MSP430F147的P5.0

10、控制數(shù)據(jù)命令選取信號(hào)RS,P5.1控制讀寫(xiě)選擇信號(hào)R/W,P5.2控制芯片選擇信號(hào)E,P5.3控制復(fù)位信號(hào)RST;P4口作為L(zhǎng) CD顯示數(shù)據(jù)(或指令通信口。MSP430F147的2個(gè)外部時(shí)鐘分別接低速時(shí)鐘32768Hz和高速時(shí)鐘8M Hz,為系統(tǒng)的不同模塊提供不同的工作頻率。3軟件設(shè)計(jì)3.1數(shù)據(jù)接收顯示設(shè)計(jì)MSP430F147單片機(jī)通過(guò)中斷接收主通信控制器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù),并將接收到的數(shù)據(jù)送給L CD顯示。通信參數(shù)設(shè)置為波特率為1200bp s,8個(gè)數(shù)據(jù)位, CRC校驗(yàn)。對(duì)收到的數(shù)據(jù)漢字采用16×16的點(diǎn)7112008年第3期陸靚亮等:MSP430單片機(jī)和L CD模塊在顯示終端中的應(yīng)用陣、

11、字母和數(shù)字采用8×16的點(diǎn)陣顯示。由于需要顯示的漢字、字母和數(shù)字是固定的,所以采用直接固化顯示字模到FL ASH 中的方法。這種方法占用空間少,程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單,顯示速度快,適合字模數(shù)據(jù)庫(kù)不大的情況。液晶顯示程序流程如圖4所示 。圖4液晶顯示程序流程圖在圖4中需要注意2點(diǎn):一個(gè)是基本指令動(dòng)作的設(shè)置,“RE ”為基本指令集與擴(kuò)充指令集的選擇控制位,當(dāng)RE =0時(shí),為基本指令動(dòng)作;當(dāng)RE =1時(shí),為擴(kuò)充指令動(dòng)作;當(dāng)變更“RE ”位后,以后的指令集將維持在最后的狀態(tài),除非再次變更“RE ”位,否則使用相同指令集時(shí),不需每次重設(shè)“RE ”位;另一個(gè)是讀狀態(tài)的確認(rèn),當(dāng)模塊在接收指令前,微處理器必須

12、先確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙碌狀態(tài),即讀B F 標(biāo)志時(shí)B F 需為0,方可接收新的指令;如果在送出一個(gè)指令前并不檢查B F 標(biāo)志,那么在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延遲一段較長(zhǎng)的時(shí)間,即是等待前一個(gè)指令確實(shí)執(zhí)行完成。值得注意的是,MSP430F147單片機(jī)的I/O 口是典型的復(fù)用端口,在對(duì)L CD 讀寫(xiě)操作前要進(jìn)行功能選擇,即設(shè)置P1口為輸入口(鍵盤(pán),P5(L CD 控制口為輸出口,P4(L CD 數(shù)據(jù)口根據(jù)需要設(shè)置為輸入或輸出口。另外,如果使用MSP430F147芯片內(nèi)部DCO 作為系統(tǒng)時(shí)鐘,由于MSP430F147內(nèi)部沒(méi)有鎖頻環(huán)數(shù)字邏輯電路,為了得到準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào),需要通過(guò)軟件進(jìn)行“軟鎖頻”,利

13、用32768Hz 晶振和Timer A 或Timer B 的捕獲比較功能實(shí)現(xiàn)。主頻的選擇將影響L CD 顯示的穩(wěn)定性,如果程序中E 控制信號(hào)(P5.2有效時(shí)間過(guò)短的話,顯示的效果將會(huì)不穩(wěn)定,所以程序中對(duì)E 信號(hào)要適當(dāng)延時(shí)。3.2顯示終端低功耗設(shè)計(jì)MSP430F147的超低功耗性能的實(shí)現(xiàn)主要與它對(duì)時(shí)鐘的產(chǎn)生與控制密切相關(guān)。MSP430F147的時(shí)鐘控制電路分別形成ACL K 、MCL K 、SMCL K 等時(shí)鐘信號(hào),設(shè)計(jì)者可以根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)整工作頻率,通過(guò)對(duì)各功能模塊時(shí)鐘源的精心設(shè)計(jì),在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間打開(kāi)或關(guān)閉相應(yīng)模塊的時(shí)鐘就可設(shè)計(jì)出超低功耗性能。MSP430F147有5種低功耗模式,如圖5所示

14、,AM 為活動(dòng)狀態(tài),其余為低功耗模式,其中L M P4數(shù)據(jù)保持模式僅耗電0.1A ,從低功耗模式到活動(dòng)狀態(tài)只需6s 時(shí)間。對(duì)顯示終端低功耗的設(shè)計(jì),主要是在主程序中進(jìn)行必要的設(shè)置,然后使CPU 進(jìn)入低功耗模式,顯示終端接收主通信控制器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)和接收鍵盤(pán)指令均采用中斷方式進(jìn)行處理,由相應(yīng)的中斷喚醒CPU ,這樣使CPU 大部分時(shí)間都在休息,處于休眠狀態(tài),CPU 的大部分工作都在中斷服務(wù)程序中完成,當(dāng)CPU 完成中斷服務(wù)后再進(jìn)入低功耗模式 。圖5MSP430F147的工作模式與工作電流的關(guān)系示意圖4結(jié)語(yǔ)采用以MSP430F147為核心、OCMJ 2×10C 為液晶顯示模塊的終端顯示器,接口規(guī)范、使用方便。同時(shí),MSP430F147單片