《MSP430系列超低功耗單片機原理與系統(tǒng)設(shè)計》課件第6章

第6章MSP430系列單片機的應(yīng)用

6.1MSP430系列單片機常用接口設(shè)計

6.2MSP430系列單片機應(yīng)用設(shè)計舉例

習題

6.1MSP430系列單片機常用接口設(shè)計

6.1.1鍵盤接口設(shè)計

1.獨立按鍵式鍵盤獨立按鍵式鍵盤是指使用按鍵與單片機的I/O口線直接連接的方法構(gòu)成的單個按鍵電路，如圖6-1所示，3個獨立按鍵直接與3條口線相連形成3按鍵獨立式鍵盤。當某一按鍵KEYn(n=1～３)閉合時，P1.n輸入為低電平，釋放時P1.n輸入為高電平。由于機械按鍵的彈簧片存在著輕微的彈跳現(xiàn)象，當再按下一次KEYn時，P1.n的輸入波形如圖6-2所示。

圖6-1獨立式鍵盤連接示例

圖6-2按鍵抖動波形

圖6-2中t1和t3分別為鍵閉合和釋放過程的抖動期，呈現(xiàn)一串抖動脈沖波，其時間長短與按鍵的機械特性有關(guān)，一般在5～10ms之間。在鍵閉合的穩(wěn)定期t2期間，P1.n為低電平，其時間由操作員按鍵的動作所確定，一般為幾百毫秒至幾秒。t0和t4為按鍵釋放期。為了確保CPU對按鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除抖動，常用的清除抖動的方法有3種：

(1)R-S觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動電路；

(2)使用電阻和電容構(gòu)成積分器；

(3)使用軟件延時。

一般的按鍵采用軟件延時方法，鍵盤程序主要有如下3個步驟：

(1)消除按鍵抖動(若使用硬件，則可略)；

(2)判斷是哪個按鍵按下，識別鍵碼；

(3)等到按鍵松開。

鍵盤掃描控制有定時查詢法和中斷控制法兩種。因為MSP430的P0，P1，P2等3個8位端口都有中斷能力，建議讀者使用中斷方式，在主程序中須設(shè)置P1口中斷使能。圖6-1的鍵盤連接的示例中斷服務(wù)程序如下：

#include<msp430x44x.h>

unsignedcharkeybuf; //鍵值緩存器

unsignedcharP1key(void) //判鍵子程序

{unsignedcharx;

x=(P1IN&0x0e); //P1.3～P1.1接有按鍵

return(x); //有按鍵返回

}unsignedcharkeycode()//找哪個按鍵被按下，查鍵值子程序

{

unsignedcharx=0x0e;

if((P1IN&0x0e)==0x0c) //是否第一個按鍵被按下

x=1;

//給出鍵帽值1

else

if((P1IN&0x0e)==0x0a)//是否第二個按鍵被按下

x=2;

//給出鍵帽值2

else

if((P1IN&0x0e)==0x06) //是否第三個按鍵被按下

x=3;

//給出鍵帽值3

return(x);

}#pragmavector=PORT1_VECTOR //端口1的中斷服務(wù)程序

_interruptvoidport1_vector(void)

{unsignedinti;

while(P1key()!=0x0e)

{

for(i=0;i<100;i++); //延時消除抖動

}

while(P1key()!=0x0e)

{

keybuf=keycode();//確信有鍵被按下，找按鍵得鍵值

}

while(P1key()==0x0e) //等待按鍵松開

P1IFG=0x00; //消除中斷標志

}

main()

{ WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //停止看門狗

P1IES|=BIT1+BIT2+BIT3;//對應(yīng)引腳下降沿使相應(yīng)標志置位

P1IE|=BIT1+BIT2+BIT3; //允許對應(yīng)位中斷

_EINT(); //開中斷

P5DIR|=BIT1;

P5OUT&=~BIT1;

while(1)

{//keycode();

switch(keycode())

{case0x0e:break;

case1:_______ //鍵1的處理

case2:_______ //鍵2的處理

case3:_______ //鍵3的處理

}

}

2.矩陣式鍵盤

獨立式按鍵一般都只能應(yīng)用在按鍵用量較少的簡單場合，當系統(tǒng)功能較多，用鍵量較大時就要采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)(行列掃描式鍵盤)，這樣可使用較少的I/O口線連接較多的按鍵。圖6-3所示為通過MSP430的P1口接的12(3×4=12)個按鍵(編號為1～9、a～c)構(gòu)成的行列掃描式鍵盤示例。下面分析如何在行列掃描式鍵盤上實現(xiàn)鍵盤的3個步驟：判鍵消抖動、鍵碼識別、等待按鍵的松開。

圖6-3矩陣按鍵接口

1)判斷有無按鍵按下

在上圖6-3中，P1口的7條I/O口線被分成三條行線P1.3～P1.1，4條列線P1.7～P1.4，其中列線分別由電阻上拉到電源。按鍵的兩端分別接在行線和列線上，行線與列線的每一個交界處均有一個按鍵。如果有按鍵按下，則與之相連的行線和列線被接通。要想檢測是否有按鍵按下，先使3條行線輸出低電平，讀列線P1.7～P1.4。因所有的列線經(jīng)上拉電阻接至VCC，所以如果有按鍵按下，則讀進來的高4位不是F，與按下按鍵相接的列線讀得的是0；如果沒有按鍵按下，讀進來的高4位是F，由此即可以判斷是否有按鍵被按下。相應(yīng)程序如下：

unsignedcharP1key(void) //判鍵子程序

{unsignedcharx;

x=(P1IN&0xf0);//P1.7～P1.4接有按鍵，另一端接VCC

return(x); //有按鍵返回

}

當使用軟件延時，當檢測到有按鍵按下之后，等待10ms再檢測是否有按鍵被按下。

2)鍵碼識別

對于行列式矩陣鍵盤，常采用掃描的辦法識別鍵碼。通過3條行線輸出低電平，讀列線P1.7～P1.4的辦法來得知是否有按鍵被按下。可以用同樣的方法來確認究竟是哪一個按鍵被按下。

由圖6-3可知，如果3條行線沒有輸出低電平，則盡管有按鍵被按下，從列線讀到高電平。利用這一原理進行分時掃描，在行線上分別掃描輸出低電平，當在某一條列線上讀取到不是“1”時，根據(jù)輸出“0”電平的行線和讀到“0”的列線就可以確定是哪一按鍵被按下了，由此可識別出所按之鍵的鍵位，鍵碼也可以由此得到。

3)等待按鍵松開

與獨立式按鍵一樣，反復調(diào)用鍵號掃描子程序，直到判斷結(jié)果為沒有按鍵按下為止。圖6-3所示矩陣按鍵連接圖的完整的鍵盤掃描子程序如下(供參考)：

#include<msp430x44x.h>

unsignedcharkeybuf;

//鍵值緩存器

unsignedcharP1key(void) //鍵掃描子程序

{unsignedcharx;

x=(P1IN&0xf0);

return(x); //有按鍵返回

}

unsignedcharkeycode() //判斷是否有按鍵按下，查鍵掃描子程序

{unsignedcharx=0xff;

P1OUT=0XF7;

if((P1IN&0XF0)==0X70)

//是否第一個按鍵被按下

x=1;

//給出鍵號#1

else

if((P1IN&0XF0)==0XB0)//是否第二個按鍵被按下

x=2; //給出鍵號#2

else

if((P1IN&0XF0)==0XD0)

x=3;

else

if((P1IN&0XF0)==0XE0)

x=0x0a;

else

{P1OUT=0XFB;

if((P1IN&0XF0)==0X70)

x=4;

else

if((P1IN&0XF0)==0XB0)

x=5;

else

if((P1IN&0XF0)==0XD0)

x=6;

else

if((P1IN&0XF0)==0XE0)

x=0x0b;

else

{P1OUT=0XFD;

if((P1IN&0XF0)==0X70)

x=7;

else if((P1IN&0XF0)==0XB0)

x=8;

else

if((P1IN&0XF0)==0XD0)

x=9;

else

if((P1IN&0XF0)==0XE0)

x=0x0c;elsex=0xff;

}

}

return(x);

}

#pragmavector=PORT1_VECTOR

//P1的中斷服務(wù)程序

__interruptvoidport1_vector(void)

{unsignedinti;6.1.2數(shù)字顯示系統(tǒng)設(shè)計

單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，使用的顯示器件主要有LED數(shù)碼管(發(fā)光二極管)、LCD液晶顯示器和CRT顯示器。前兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機連接方便。本節(jié)主要介紹LED和LCD顯示接口的設(shè)計方法。

1.LED數(shù)碼管顯示接口

LED顯示塊是利用發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。LED顯示塊具有亮度高、結(jié)構(gòu)簡單、全天候的特點，因此在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。

1)

LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理

單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED，通常的七段LED顯示塊中有七個發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“日”與一個發(fā)光二極管為圓點形狀構(gòu)成小數(shù)點組成。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種。將發(fā)光二極管的所有正極并接后組成公共端，8個發(fā)光二極管的負極則各自獨立引出，稱為共陽顯示器，如圖6-4(c)所示。當某個字段的負極加低電平時，對應(yīng)的字段就點亮。將8個發(fā)光二極管的負極全部連接在一起組成公共端，8個發(fā)光二極管的正極則各自獨立引出，稱為共陰顯示器，如圖6-4(d)所示。當某個字段的陽極加高電平時，對應(yīng)的字段就點亮。無論何種形式的LED顯示器，它們排列成“日”字形的各個筆畫段和名稱都是相同的，如圖6-4所示，分別為a、b、c、d、e、f、g、h，這些筆畫段的引腳排列也是統(tǒng)一的。

圖6-4LED數(shù)碼顯示器

2)?LED顯示器的顯示方式

在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用LED顯示塊可以構(gòu)成N位LED顯示器。N位LED顯示器有N根位選線和8?×?N根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法也不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、暗。

LED顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示(如圖6-5所示)，是指共陰極或共陽極連接在一起接地或接+5V，每位的段選線(a～dp)與一個8位并行口相連，每一位可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。如果要在數(shù)碼管上顯示“1”、“2”、“3”、“4”，則只需要在P1口輸出。

圖6-5靜態(tài)顯示連接

在靜態(tài)顯示中，每一顯示位都需要一個8位的輸出口控制，占用硬件較多，一般僅用于顯示器位數(shù)較少的場合。

動態(tài)顯示(如圖6-6所示)就是一位一位地輪流點亮各位顯示器。在多位LED顯示時，為了簡化電路和降低成本，可將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而共陰極點或共陽極點分別由相應(yīng)的I/O口線控制。要想每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方式。即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。顯示位的亮度既跟導通電流有關(guān)，也和點亮時間與間隔時間的比例有關(guān)。動態(tài)顯示器因其硬件成本較低，常被使用。

圖6-6動態(tài)顯示連接

3)

LED顯示器接口實例

LED顯示器接口電路實例如圖6-7所示，其中，LED為共陰極數(shù)碼管，P3.0～P3.7既為LED的段選線，又為LED的位選線，通過373鎖存與P4.1、P4.2的選擇來實現(xiàn)。其工作方式為：當P4.1為低電平時，P3.0～P3.7為LED的段選線，依次對應(yīng)LED的a、f、b、g、c、h、d、e；當P4.0為低電平時，P3.0～P3.5為LED的位選線，依次對應(yīng)D5、D4、D3、D2、D1、D0。

圖6-7LED顯示器接口電路

voidDisplay(intx)

{

P3OUT=Digit[x];

P4OUT=0X02;

P4OUT=0X00;

P3OUT=LED3;

P4OUT=0x01;

P4OUT=0X00;

Delay(500);

}

voidmain(void)

{WDTCTL=WDTHOLD+WDTPW;

while(1)

{

P4DIR=0X03;

P3DIR=0XFF;

P3OUT=0X00; //clearalltheledsdisplay

P4OUT=0X02; //dataselectchoose

P4OUT=0X00;

Display(8); //要顯的數(shù)據(jù)

}

}

2.點陣式液晶顯示接口

液晶是一種具有規(guī)則性分子排列的有機化合物。液晶顯示是一種極低功耗的顯示器件，有段式液晶顯示器和點陣液晶顯示器兩種。段式液晶顯示由段型液晶顯示器件和專用集成電路組成，只能顯示數(shù)字和一些標識符號。有些MSP430系列單片機本身就含有段式液晶驅(qū)動模塊，使用起來非常方便，本節(jié)不作介紹。點陣式液晶能以點陣或圖形方式顯示出各種信息，因此在電子設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。但是，對它的接口設(shè)計必須遵循一定的硬件和時序規(guī)范，不同的液晶顯示驅(qū)動器，可能需要采用不同的接口方式和控制指令才能夠?qū)崿F(xiàn)所需信息的顯示。

點陣式液晶顯示有字符點陣式液晶和圖形全點陣式液晶顯示兩種。典型的字符點陣式液晶顯示器由控制器、驅(qū)動器、字符發(fā)生器ROM、字符發(fā)生器RAM和液晶屏組成。字符由5×7點陣或5×10點陣組成。但是在一些高端應(yīng)用或有圖形顯示要求的系統(tǒng)中，段式液晶顯示屏或字符點陣式液晶顯示器就不再適用了，因為這兩種屏幕只能顯示數(shù)字或一些西文字母，要想顯示中文字或圖形信息，可以采用全點陣圖形液晶顯示器。

全點陣圖形液晶顯示器一般由控制器、驅(qū)動器和全點陣液晶顯示屏組成。對于全點陣圖形液晶顯示器，可以把它看做一張位圖畫布，對于單色屏幕，其上的每一個點，都用一個bit來表示，“1”表示點亮，“0”表示熄滅；對于灰度或彩色屏幕，則一個點用若干bit來表示。下面以香港信利的MSC-G12864DGEB-7N點陣液晶為例，介紹點陣圖形液晶顯示器的設(shè)計。

1)?MSC-G12864DGEB-7N全點陣式液晶顯示芯片簡介

MSC-G12864DGEB-7N是一個帶有LCD驅(qū)動器和控制器的全點陣式液晶顯示芯片，其分辨率是128?×?64，屏幕共64行，分為8頁，每頁8行，每行128列。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-8所示，該顯示芯片主要由液晶屏陣列驅(qū)動電路KS0108B、點陣式顯示控制器KS0107B、LCD顯示器和LED背光燈等4部分組成。其中KS0107B是公共動芯片，KS0108B是通過它產(chǎn)生的時序控制的。兩片KS0108B是列驅(qū)動及控制芯片，分別控制顯示屏的兩部分。MSC-G12864DGEB-7N共有20個引腳，引腳及其定義如表6-1所示。

表6-1MSC-G12864-7N的引腳說明

圖6-8MSC-G12864DGEB-7N內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2)?MSC-G12864DGEB-7N工作原理

MSC-G12864DGEB-7N的顯示RAM保存著被顯示內(nèi)容的點陣信息。顯示RAM的每一位對應(yīng)顯示屏上的一個點，總共可以存儲128×64點的信息。通過選擇對應(yīng)的RAM頁地址和列地址，微控制器可以訪問其中的任何一個點。微控制器對MSC-G12864DGEB-7N的顯示RAM的讀/寫操作通過MSC-G12864DGEB-7N的I/O緩沖器進行，并且該讀操作和液晶顯示屏驅(qū)動信號的讀取操作是獨立的，因此，當顯示內(nèi)存的數(shù)據(jù)同時被雙方訪問時，不會出現(xiàn)顯示信息的抖動等現(xiàn)象。CS1和CS2是芯片的片選信號，只有CS1或者CS2選通時，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入或者輸出，或者指令的執(zhí)行。一旦復位信號有效，則除了讀狀態(tài)其它指令都不能執(zhí)行。當KS0108B正在進行內(nèi)部操作時，忙標志為高。此時KS0108B不再接收任何外部指令和數(shù)據(jù)。反之，當忙標志為低時，KS0108B能夠接收外部指令和數(shù)據(jù)。MSC-G12864DGEB-7N顯示芯片共有7個寄存器，下面依次進行介紹。

(1)輸入寄存器。輸入寄存器用來存儲寫入顯示數(shù)據(jù)前RAM的臨時數(shù)據(jù)。當CS1或者CS2有效時，R/W和RS選擇輸入寄存器，數(shù)據(jù)從微處理器寫入到輸入寄存器，接著寫入到顯示數(shù)據(jù)存儲器。當使能端E下跳沿到來時，數(shù)據(jù)自動鎖存到顯示數(shù)據(jù)存儲器。

(2)輸出寄存器。輸出寄存器存儲的是來自顯示數(shù)據(jù)RAM的臨時數(shù)據(jù)。當片選有效，R/W有效，且D/I為高時，在顯示數(shù)據(jù)RAM中存儲的數(shù)據(jù)被鎖存到輸出寄存器；當片選有效，R/W為高，且D/I為低時，可以讀出存儲的數(shù)據(jù)。要讀顯示數(shù)據(jù)RAM的內(nèi)容，需要兩次讀指令，第一次訪問，顯示數(shù)據(jù)RAM中的數(shù)據(jù)被鎖存到了輸出寄存器中；第二次訪問，微處理器才可以讀到已鎖存的數(shù)據(jù)。其功能表6-2所示。

表6-2輸出寄存器的功能

(3)顯示控制觸發(fā)器。顯示控制觸發(fā)器用于屏幕顯示的開關(guān)控制。當觸發(fā)器復位(邏輯低電平)時，顯示打開，允許段輸出；當觸發(fā)器置位(邏輯高電平)時，顯示關(guān)閉。

顯示控制觸發(fā)器可以通過指令改變狀態(tài)，當復位信號有效時，所有端的顯示數(shù)據(jù)都消失，觸發(fā)器的狀態(tài)通過讀指令輸出到DB5。

①X頁寄存器。X頁寄存器用于指定內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM頁，它沒有計數(shù)功能，只能通過指令來設(shè)置地址。

②Y地址計數(shù)器。Y地址計數(shù)器用來指定內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM的地址，可以通過指令來設(shè)置，也可以通過讀或者寫顯示數(shù)據(jù)來自動進行增1計數(shù)。

③顯示數(shù)據(jù)RAM。顯示數(shù)據(jù)RAM用來存儲液晶顯示器要顯示的數(shù)據(jù)。顯示為“1”，關(guān)閉為“0”。

④

顯示起始行寄存器。顯示起始行寄存器用來說明顯示數(shù)據(jù)RAM到液晶顯示器的顯示頂行的地址。顯示開始行的數(shù)據(jù)位(DB0～DB5)的設(shè)置指令是由顯示起始行寄存器鎖存的，它用來滾動液晶顯示屏。

3)

MSC-G12864DGEB-7N顯示控制指令

顯示控制指令用來控制KS0108B內(nèi)在的狀態(tài)，微處理器發(fā)出的顯示控制指令用來完成KS0108B的顯示控制。

(1)顯示開關(guān)控制(DisplayON/OFF)。顯示開關(guān)設(shè)置如下：

Display：控制顯示的開或者關(guān)，不影響內(nèi)部狀態(tài)和顯示RAM的狀態(tài)。

0關(guān)閉顯示；

1打開顯示。

(2)設(shè)置Y地址(SetAddress)。地址設(shè)置如下：

該指令是將(DB5～DB0)送入Y地址寄存器，作為Y地址指針。在對顯示數(shù)據(jù)RAM進行讀/寫操作后，Y地址自動加1，指向下一個顯示數(shù)據(jù)RAM單元。

(3)設(shè)置頁地址(X地址)(SetPage)。頁地址(X地址)設(shè)置如下：

所謂頁地址，也就是顯示數(shù)據(jù)的行地址，8行為一頁，所以64行共8頁。D2～D0表示0～7頁。該指令用來設(shè)置X地址到X地址寄存器。

(4)設(shè)置起始地址(DisplayStartLine)。起始地址設(shè)置如下：

將DB5～DB0送入起始地址寄存器，起始行可以是0～63的任意一行。

(5)讀狀態(tài)(StatusRead)。讀狀態(tài)時各位定義如下：

BUSY：表示顯示器當前的忙閑狀態(tài)。

0準備狀態(tài)；

1忙，工作中。ON/OFF：表示顯示器的開閉狀態(tài)。

0開顯示；

1關(guān)顯示。RESET：表示顯示器當前的工作狀態(tài)。

0正常工作；

1復位。

(6)寫顯示數(shù)據(jù)(WriteDisplayData)。寫指令將數(shù)據(jù)(DB7～DB0)寫到顯示數(shù)據(jù)RAM，

Y地址指針自動加1。

(7)讀顯示數(shù)據(jù)(ReadDisplayData)。從顯示數(shù)據(jù)RAM中將數(shù)據(jù)(DB7～DB0)讀到數(shù)據(jù)總線上。

4)?MSC-G12864DGEB-7N液晶顯示屏模塊與MSP430系列單片機的接口

MSC-G12864DGEB-7N可以通過8位雙向數(shù)據(jù)總線(并行模式下)接收來自微控制器的數(shù)據(jù)，MSC-G12864DGEB-7N的片選信號端、讀/寫信號端以及控制信號端(D/I)和數(shù)據(jù)線(DB0～DB7)都應(yīng)該同微控制器的對應(yīng)端口進行連接。此時MSC-G12864DGEB-7N內(nèi)部顯示RAM的數(shù)據(jù)以刷新液晶顯示的內(nèi)容，也可以通過數(shù)據(jù)總線讀取顯示內(nèi)存的內(nèi)容。

MSC-G12864DGEB-7N液晶顯示屏模塊與MSP430系列單片機的一般連接方式如圖6-9所示。MSP430的I/O口都是復用端口，因此必須根據(jù)需要設(shè)置引腳的狀態(tài)。其中P3.0和P3.1與

LCD的片選信號CS1、CS2相連，P4.0～

P4.3與LCD的RES、E、R/W和D/I相連，作為LCD的控制線；P2口與DB0～DB7相連，作為LCD的數(shù)據(jù)線。

圖6-9MSP430F149與MSC-G12864-DGEB-7N接口

6.1.3實時時鐘芯片DS1302的接口設(shè)計

1.DS1302的工作原理

DS1302時鐘芯片是一個帶秒、時、分、日、日期、月、年的串行時鐘保持芯片，該芯片具有低功耗工作方式，并能夠進行每月天數(shù)以及閏年的自動調(diào)節(jié)。

DS1302的性能特性如下：

工作電壓：2.0～5.5V。

最大輸入串行時鐘：2.0V時，500Hz；5.0V時，2MHz。

工作電流：2.0V時，小于300nA；5.0V時，至少為1μA。

與TTL電平兼容。

串行I/O口傳送，簡單的3線接口。

兩種數(shù)據(jù)傳送方式：單字節(jié)傳送、多字節(jié)傳送(字符組方式)。

所有寄存器都以BCD碼格式存儲。

DS1302時鐘的運行可以采用24h或帶AM(上午)/PM(下午)的12h格式，只需要3根線與CPU進行同步通信。DS1302的引腳如圖6-10所示，該芯片只有8個管腳，具體功能如下：

X1、X2：外接32kHz晶體的管腳。

GND：接地管腳。

RES：復位/片選線。

I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出管腳。

SCLK：串行時鐘輸入管腳。

VCC1、VCC2：電源管腳，其中VCC1為備用電源管腳。

圖6-10DS1302芯片管腳圖

DS1302有主電源/后備電源雙電源引腳：VCC1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份；VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運行方式中，VCC1連接到備份電，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由VCC1或VCC2中較大者提供。當VCC2大于VCC1+0.2V時，VCC2給DS1302供電；當VCC2小于VCC1時，VCC1給DS1302供電。

DS1302的控制字如下：

R/W：為1時讀，為0時寫。

A0～A4：指示操作單元地址。

RAM/CK：為1表示存取RAM數(shù)據(jù)，為0則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)。

最高位必須為邏輯1，如果為0，數(shù)據(jù)則寫不進DS1302。

控制字節(jié)總是從最低位開始輸入/輸出。

當命令字節(jié)為1001XXX1時，DS1302設(shè)置在測試模式，這種模式僅為半導體公司測試時使用。

DS1302數(shù)據(jù)讀/寫時序如圖6-11所示，DS1302在任何數(shù)據(jù)輸送時都必須先初始化，即在開始傳送數(shù)據(jù)之前，先把置高。發(fā)送一個帶地址和命令信息的8位命令字，緊跟命令之后，時鐘/日歷數(shù)據(jù)傳至相應(yīng)的寄存器或從相應(yīng)的寄存器傳出(讀)。所有數(shù)據(jù)的輸入在SCLK的上升沿有效，輸出在SCLK的下降沿有效。數(shù)據(jù)傳送有單字節(jié)和多字節(jié)兩種方式。單字節(jié)傳送需要16個SCLK時鐘脈沖，多字節(jié)需要72個SCLK時鐘脈沖，數(shù)據(jù)的輸入/輸出都是從0位開始。如果在數(shù)據(jù)傳送過程中置引腳低電平，則終止本次數(shù)據(jù)傳送，且I/O引腳呈高阻態(tài)。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置高電平。

圖6-11DS1302數(shù)據(jù)讀/寫時序

該器件還包括兩個附加位：時鐘停止位(CH)和寫保護位(WP)。這兩位用于控制振蕩器的工作和數(shù)據(jù)能否寫入寄存器。當把寄存器的第7位(時鐘停止位)設(shè)置為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302進入低功耗方式；當該位寫入0時，啟動時鐘開始。寄存器的地址和數(shù)據(jù)格式如表6-3所示。

表6-3內(nèi)部寄存器地址和內(nèi)容

CH：時鐘停止位。

CH=0振蕩器工作允許；

CH=1振蕩器停止。

WP：寫保護位。

WP=0寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭耄?/p>

WP=1寄存器數(shù)據(jù)不能寫入。

寄存器2的第7位：12/24小時模式轉(zhuǎn)換位。

bit7=024小時模式；

bit7=112小時模式。

寄存器2的第5位：AM/PM定義。

AP=0上午模式；

AP=1下午模式。

2.DS1302接口設(shè)計

DS1302應(yīng)該選用32.768kHz的晶振，電容推薦為6pF。因為振蕩頻率較低，也可以不接電容，對計時精度影響不大。DS1302的外圍電路如圖6-12所示。VCC1管腳在需要使用時，可以外接電池或者充電電容。DS1302工作的時候，在VCC2和VCC1兩個管腳中，選擇電壓高的那個管腳的電源作為工作電源。

圖6-12DS1302的接口電路

需要通過軟件設(shè)計完成對時鐘芯片

DS1302日歷數(shù)據(jù)的獲取。DS1302內(nèi)部有“年、月、日、時、分、秒”等寄存器，也有

RAM。由于DS1302的“年、月、日、時、分、秒”寄存器里面的內(nèi)容是按

BCD編碼進行存儲的，所以在寫程序時需要注意。對DS1302的操作分為單字節(jié)和多字節(jié)操作。單字節(jié)操作時，需要發(fā)送一個命令，再進行一個字節(jié)讀/寫。為了提高處理的效率，可采用連續(xù)讀/寫的多字節(jié)操作，比如連續(xù)讀出“年、月、日、時、分、秒”內(nèi)容，單字節(jié)操作和多字節(jié)操作區(qū)別在于命令不同，并且一次操作的數(shù)據(jù)個數(shù)不同。下面給出圖6-12接口電路的模塊功能程序?qū)嵗?/p>

6.2MSP430系列單片機應(yīng)用設(shè)計舉例

6.2.1單片機應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容與步驟包括總體設(shè)計、功能設(shè)計、可靠性設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試，如圖6-13所示。

圖6-13單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容與步驟示意圖

1.總體設(shè)計

合理的總體設(shè)計來自于對系統(tǒng)要求的全面分析和實現(xiàn)方法的正確選擇。在對系統(tǒng)要求進行全面分析之后，確定單片機應(yīng)用系統(tǒng)的總體方案，畫出系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖和應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)框圖。

(1)制定設(shè)計任務(wù)書。設(shè)計者首先應(yīng)對系統(tǒng)的任務(wù)、控制對象、硬件資料和工作環(huán)境作出詳盡而周密的調(diào)查研究，明確各項設(shè)計任務(wù)。在此基礎(chǔ)上對設(shè)計目標、系統(tǒng)功能、處理方案、控制精度、輸入/輸出速度、地址分配、存儲容量、I/O接口和出錯處理等給出明確的定義，制定出完整的設(shè)計任務(wù)書。

(2)建立數(shù)學模型。設(shè)計者在制定好任務(wù)書后，要對測控對象的物理過程和計算任務(wù)進行全面分析，從中抽象出數(shù)學模型，真實客觀地描述測控過程。

(3)總體方案設(shè)計。在設(shè)計任務(wù)書和數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)總體方案，劃分硬件和軟件的任務(wù)，完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.系統(tǒng)功能設(shè)計

1)系統(tǒng)資源的配置

系統(tǒng)資源的配置包括芯片硬件資源的配置和RAM資源的分配。

芯片硬件資源的配置主要包括對端口引腳、中斷源、定時器/計數(shù)器和其它功能部件(如串行口、A/D、PWM、比較器和看門狗等)進行合理配置與設(shè)計。

RAM資源的分配。片內(nèi)RAM用來存放各種變量、標志、堆棧和數(shù)據(jù)處理中的臨時結(jié)果等，片外RAM主要用來存放數(shù)據(jù)塊。如果采用匯編語言編制程序，需要對RAM資源進行有效分配。但是，如果采用高級語言，如C語言編寫程序，則該步驟可省略。

2)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分析與模塊設(shè)計

單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計，首先應(yīng)能滿足系統(tǒng)的測試、控制要求，其次應(yīng)考慮程序設(shè)計的具體方法和超低功耗設(shè)計的要求。一般為了便于編程和調(diào)試，應(yīng)先進行軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計。

軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計是進行模塊化編程的準備階段，可以直接根據(jù)功能要求畫出流程圖，或?qū)傮w方案適當分塊，然后再確定各塊的功能，并畫出相應(yīng)的流程圖。流程圖是設(shè)計者對用戶要求和生產(chǎn)工藝過程的表達，應(yīng)該做到結(jié)構(gòu)清晰、嚴謹，既便于編程，也便于閱讀，還可用圖形和文字來對流程圖進行描述和說明。

編寫源程序有效的辦法是以各模塊之間連接關(guān)系最簡為原則，明確各模塊應(yīng)完成的功能，劃分程序模塊，采用模塊化程序設(shè)計。在編程過程中，應(yīng)充分利用單片機指令系統(tǒng)功能強、尋址方式多的優(yōu)點編制出層次清楚、運行速度快、所占內(nèi)存單元少的源程序，并盡量引用成熟的子程序或模塊，這樣會給編程及調(diào)試都帶來很多便利。系統(tǒng)軟件一般包含以下模塊：

(1)自檢模塊，通常安排在主程序中系統(tǒng)上電后執(zhí)行，一般包括：

程序代碼自檢。判斷程序代碼是否改變，如執(zhí)行校驗算法；

數(shù)據(jù)存儲器自檢。進行非破壞性讀/寫校驗，判斷是否正常；

I/O口狀態(tài)自檢。檢查I/O口在待機狀態(tài)下的狀態(tài)是否正常；

其它自檢。檢查A/D通道、D/A通道、顯示器和蜂鳴器等，看是否工作正常。

(2)初始化模塊，通常安排在主程序中系統(tǒng)上電后執(zhí)行，一般包括：

外部硬件初始化。對各種外部芯片設(shè)定明確初始化狀態(tài)；

功能部件初始化。對片內(nèi)功能部件設(shè)定明確的初始狀態(tài)；

堆棧初始化。設(shè)置堆棧空間，初始化堆棧指針；

變量初始化。為各種變量和指針設(shè)置初始值、默認值；

其它初始化。數(shù)據(jù)區(qū)初始化、時鐘初始化、軟件標志初始化等。

(3)監(jiān)控模塊，其實質(zhì)是保證系統(tǒng)在運行過程中的當前狀態(tài)、各項操作和狀態(tài)的變化是否符合設(shè)計要求，一般可安排在主程序中，也可安排在中斷子程序中。監(jiān)控模塊的任務(wù)有：獲取外部輸入控制的信息，并作相應(yīng)的解釋，如常用的鍵盤操作信息，調(diào)度執(zhí)行相應(yīng)模塊完成預定任務(wù)。遙控操作也可以合并到監(jiān)控模塊中進行解釋執(zhí)行。

(4)顯示模塊，通常可安排在主程序中，也可安排在中斷子程序中，一般包括：

顯示輸出集中處理：將系統(tǒng)所有的顯示輸出全部集中到本模塊中。

顯示數(shù)據(jù)的獲取：通過查詢系統(tǒng)的狀態(tài)信息(狀態(tài)編碼和各種狀態(tài)標志)判斷出應(yīng)該顯示的數(shù)據(jù)，在預定的位置找到這些數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成顯示所需要的格式。

顯示內(nèi)容的刷新：當某顯示內(nèi)容發(fā)生變化時，應(yīng)該定時刷新。

(5)信息采集模塊，通常可安排在主程序中，也可安排在中斷子程序中，一般包括數(shù)字信號的采集、模擬信號的采集、多路信號的采集以及隨機信號的采樣。其中，隨機信號的采樣一般是指由隨機信號產(chǎn)生外部中斷，在該中斷子程序中進行采集。

(6)數(shù)據(jù)處理模塊，通常可安排在主程序中，也可安排在中斷子程序中，一般包括由數(shù)據(jù)的變化范圍和分辨率確定的數(shù)據(jù)格式的選擇、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的處理過程。

(7)控制決策模塊，通常可安排在主程序中，也可安排在中斷子程序中，在信息采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊之后，信號輸出之前，一般包括：

控制決策模塊的選擇?？梢愿鶕?jù)控制對象的特性和系統(tǒng)控制指標的要求來選擇。常用的算法有PID算法和模糊控制算法等。

控制決策模塊的輸出：用來對對象進行邏輯控制(通斷控制、起?？刂频?的決策，結(jié)果一般用軟件標志來表示；用來對對象進行程度控制(如溫度控制、流量控制等)的決策，結(jié)果應(yīng)轉(zhuǎn)換成D/A器件對應(yīng)的整形數(shù)據(jù)。

(8)信號輸出模塊，一般包括輸出信號的緩沖、異步?jīng)Q策同步捆綁輸出和按狀態(tài)輸出。

(9)通信模塊，一般包括：

波特率的設(shè)置，與信道質(zhì)量有關(guān)，通信雙方共同約定。

通信協(xié)議(結(jié)構(gòu))的設(shè)計，由通信內(nèi)容來決定，一般包括地址碼、幀長、命令碼和數(shù)據(jù)校驗位。

通信緩沖區(qū)，其長度應(yīng)該能夠存放下最長幀。工作時和一個指針進行配合，完成一幀數(shù)據(jù)的收發(fā)。

通信過程，如果采用查詢模式，可一次接收或發(fā)送完一幀內(nèi)容。為提高系統(tǒng)效率，最好采用中斷模式，一次中斷只接收或發(fā)送一個字節(jié)。

通信命令的執(zhí)行，最好在監(jiān)控模塊中執(zhí)行。

3.系統(tǒng)可靠性設(shè)計

可靠性是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的重要性能指標，由多種因素決定。單片機應(yīng)用系統(tǒng)所在現(xiàn)場的各種干擾是影響可靠性的主要因素。形成干擾的基本要素有三個：

(1)干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號，如雷電、繼電器、電機、高頻時鐘等。

(2)傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。

(3)敏感器件，指容易被干擾的對象。如A/D變換器、D/A變換器、單片機、數(shù)字IC、弱信號放大器等。

一般的抗干擾設(shè)計的基本原則有下述五個方面。

1)抑制干擾源

這是抗干擾設(shè)計中應(yīng)該最優(yōu)先考慮和最重要的原則。通常包括：

(1)減小干擾源的du/dt，可通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)。

(2)減小干擾源的di/dt，可在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)。僅加續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時間內(nèi)可動作更多的次數(shù)。

2)切斷干擾傳播途徑

干擾按傳播途徑可分為傳導干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導干擾，是指通過導線傳播到敏感器件的干擾；輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。

(1)可以通過在導線上增加濾波器和加隔離光耦來切斷高頻干擾。

(2)增加干擾源與敏感器件的距離，用地線把它們隔離并在敏感器件上加屏蔽罩。

(3)給單片機電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對單片機的干擾。

(4)當單片機的I/O口用來控制電機等噪聲器件時，在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離(增加π形濾波電路)。

(5)晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。

(6)數(shù)字地與模擬地要分離，最后在一點接于電源地。

(7)單片機和大功率器件的地線要單獨接地，以減小相互干擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣等。

3)提高敏感器件的抗干擾性能

提高敏感器件的抗干擾性能可以從敏感器件方面考慮，盡量減少對干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)下盡快恢復。

(1)布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。

(2)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠離。

(3)布線時，電源線和地線要盡量粗，減少環(huán)路電阻。除減少壓降外，更重要的是降低耦合噪聲，同時，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。布線時避免90°折線，減少高頻噪聲發(fā)射。

(4)對于單片機閑置的I/O接口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。

(5)對單片機使用電源監(jiān)控及看門狗電路，可大幅度提高整個電路的抗干擾性能。

(6)在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振和選用低速數(shù)字電路。

(7)?IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC插座。

4)采用軟件抗干擾措施

(1)多用查詢代替中斷，把中斷源減到最少。中斷信號線的長度應(yīng)不大于0.1米，以防止誤觸發(fā)感應(yīng)觸發(fā)。

(2)A/D轉(zhuǎn)換采用數(shù)字濾波，如平均法、比較平均法等，以防止突發(fā)性干擾。

(3)在單片機空單元寫上00H，最后放跳轉(zhuǎn)指令到ORG0000H。因干擾程序走飛，可能跳轉(zhuǎn)回去。

(4)開機自檢自診斷，RAM中重要內(nèi)容要分區(qū)存放，經(jīng)常進行比較檢查。

(5)表格參數(shù)放在EPROM中，檢驗和存于最后單元，以防止EPROM內(nèi)容被修改。

(6)加看門狗，軟件走飛可從頭開始。

(7)開關(guān)信號延時去抖動。

(8)通信應(yīng)加奇偶校驗或查詢表決比較等措施，防止通信出錯。

5)利用其它抗干擾措施

(1)變壓器雙隔離措施。變壓器初級輸入端串接電容，初、次級線圈間屏蔽層與初級間電容中心接點接大地，次級外屏蔽層接印制板地，這是硬件抗干擾的關(guān)鍵手段。次級加低通濾波器吸收變壓器產(chǎn)生的浪涌電壓。

(2)通信線用雙絞線，以排除平行互感。

(3)防雷電用光纖隔離最為有效。

(4)A/D轉(zhuǎn)換用隔離放大器或采用現(xiàn)場轉(zhuǎn)換，以減少誤差。

(5)外殼接大地，可解決人身安全及防外界電磁場干擾。

(6)加復位電壓檢測電路，以防止復位不充分CPU就工作，如對E2PROM的器件復位不充分會改變E2PROM的內(nèi)容。

4.系統(tǒng)調(diào)試

單片機應(yīng)用系統(tǒng)需要先進行調(diào)試，然后才能驗證所設(shè)計的硬件和軟件的正確性。調(diào)試時，應(yīng)將硬件和軟件分成幾部分，逐一調(diào)試，各部分均調(diào)試通過后再進行聯(lián)調(diào)。調(diào)試完成后，應(yīng)在實驗室模擬現(xiàn)場條件，對所設(shè)計的硬件、軟件進行性能測定。現(xiàn)場試用時，要對使用情況做詳細記錄，在各種可能的情況下都要做實驗，寫出詳細的試用報告。

6.2.2

數(shù)字溫度測試儀

1.系統(tǒng)總體方案設(shè)計

數(shù)字溫度測試儀的主要功能為檢測并顯示環(huán)境溫度，當溫度超過設(shè)定的警戒值時予以報警。系統(tǒng)性能指標如下：

測溫范圍：-50～110℃。

精度誤差：0.1℃以內(nèi)。

溫度報警設(shè)置：可設(shè)置溫度的上下限報警值，超過最高溫度值和低于最低溫度值引起報警。

該數(shù)字溫度測試儀的實現(xiàn)主要包括5個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：主控制器、溫度檢測部分、顯示部分、電源、鍵盤和報警電路，如圖6-14所示。

圖6-14數(shù)字溫度測試系統(tǒng)方框圖

1)主控制器

MSP430單片機系列具有多種型號，本系統(tǒng)可以采用MSP430F4270單片機為主控制器。MSP430F4270具有供電電壓低和體積小的特點，其中包括32KBFLASH，256字節(jié)RAM，32個I/O口，56段LCD，SD16位ADC(具有內(nèi)部參考電壓)，12位DAC，1個16位Timer_A(3個捕獲/比較寄存器)，并具有電源檢測功能，適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用。其內(nèi)置的LCD驅(qū)動模塊可以直接驅(qū)動LCD段式液晶顯示器的顯示。

2)溫度檢測電路

本系統(tǒng)采用美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感芯片DS18B20作為檢測元件，DS18B20的測溫范圍為-55～+125℃，精度為9～12位(與數(shù)據(jù)位數(shù)的設(shè)定有關(guān))，缺省值為12位。如果溫度低于0℃，需取反加1，再乘以0.0625才能求出實際溫度。DS18B20與單片機以串行方式通信。傳輸協(xié)議要求對DS18B20進行一次操作，包括復位、發(fā)一條ROM指令、發(fā)一條RAM指令三步。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)值讀數(shù)方式，可以分別在93.75μs和750μs內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量。溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，因而使用DS18B20溫度芯片可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單。

DS18B20溫度傳感器只有三個引腳，其中，引腳1和引腳3分別是GND和VDD，引腳2是DQ端，作為數(shù)據(jù)的輸入/輸出引腳。當給DS18B20加電后，單片機可以通過DQ寫入命令，并可讀出含有溫度信息的數(shù)字量。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E２PRAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，頭2字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4是TH和TL的拷貝，是易失性的，每次上電復位時被刷新。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節(jié)，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值(見表6-4)。

表6-4DS18B20分辨率的設(shè)置

設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間之間權(quán)衡考慮。

DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若T>TH或T<TL，則該器件內(nèi)的報警標值位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。

在使用DS18B20時，主機應(yīng)先向DS18B20發(fā)送復位信號，主機將數(shù)據(jù)線拉低并保持480～960μs，然后再釋放數(shù)據(jù)線，由上拉電阻拉高15～60μs，最后由DS18B20發(fā)出低電平60～240μs，這樣就完成了復位操作。

在主機對DS18B20寫數(shù)據(jù)時，應(yīng)先將數(shù)據(jù)線拉低1μs以上，再寫入數(shù)據(jù)。待主機寫入的數(shù)據(jù)變化15～60μs后，DS18B20將對數(shù)據(jù)線采樣，要求主機寫入數(shù)據(jù)到DS18B20的保持時間應(yīng)為60～120μs。2次寫數(shù)據(jù)操作的間隙應(yīng)大于1μs。

3)顯示與報警電路

顯示電路采用MSP430F4270單片機內(nèi)置的LCD驅(qū)動模塊驅(qū)動外部LCD段碼顯示。LCD的4種驅(qū)動方式中可選用4MUX方式，這樣可以節(jié)省口線以備它用。

由于采用MSP430F4270內(nèi)部集成的LCD顯示驅(qū)動模塊，故LCD顯示非常簡單，只需在軟件中設(shè)置相應(yīng)的控制寄存器，把顯示代碼送入相應(yīng)的LCD緩存寄存器即可。

報警電路可采用簡單的LED發(fā)光二極管報警，通過控制P口的輸出電平，可實現(xiàn)上下限報警功能。

4)鍵盤接口

根據(jù)該系統(tǒng)功能，可以設(shè)置4個按鍵。鍵盤可以通過具有中斷的I/O直接和單片機連接，并通過680kΩ的上拉電阻和3.3V電源相連。利用該I/O口的中斷功能，只有有鍵按下時，P1口相應(yīng)的中斷標志位才置1，并向CPU申請中斷，這時CPU才會在中斷子程序中對按鍵進行處理。

2.系統(tǒng)功能設(shè)計

1)系統(tǒng)資源配置

MSP430F4570內(nèi)部有32KBFLASH程序存儲器，256個SRAM和32個I/O口?？刹捎肅語言編寫程序，無須對RAM分配。I/O口分配情況如下：

P1可用于鍵盤接口、DS18B20的接口和上下限報警控制線；

P5口和P2口與S端口復用，作為LCD的段驅(qū)動。

2)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分析與模塊設(shè)計

(1)系統(tǒng)主程序的主要功能：

初始化堆棧、DS18B20、看門狗等；

檢測鍵盤鍵入溫度上下限值；

溫度的采集與處理；

溫度的顯示；

報警控制。

主程序流程圖如圖6-15所示。

圖6-15主程序流程圖

3)部分子程序清單

系統(tǒng)程序主要包括主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、鍵盤子程序等。本例中只給出了有關(guān)溫度部分的程序。

//有關(guān)溫度子程序

voidInit_1820(void)

{

//BEEP_IN;

DS18B20_PORT_OUT&=~DQ;

//Open_Close_18b20(1);

}

intRead_Temp_1820(void)

//讀溫度子程序

{

unsignedchartempL,tempH;

inttemp;

signedchardata;

ow_reset();

write_byte(0xcc); //跳過ROM

write_byte(0x44); //開始轉(zhuǎn)換

delay(5); //延遲(255);

_NOP();

ow_reset();

_NOP();

write_byte(0xcc); //跳過ROM

_NOP();

write_byte(0xbe); //發(fā)出讀命令

tempL=read_byte();

tempH=read_byte();

temp=tempH*256+tempL;

temp=temp*0.625;

data=temp/10;

return(temp);

}

voidwrite_bit(charbitval) //寫一位子程序

{

DQ_OUTPUT;

if(bitval==1)DQ_INPUT;

delay(5);

DQ_INPUT;

}

voidwrite_byte(charval) //寫一個字節(jié)子程序

{

unsignedchari,temp;

for(i=0;i<8;i++)

{

temp=val>>i;

temp&=0x01;

write_bit(temp);

}

delay(5);

}

unsignedcharread_bit(void) //讀一位子程序

{

unsignedshortinti;

unsignedcharh;

DQ_OUTPUT;

DQ_INPUT;

for(i=0;i<1;i++)

_NOP();

_NOP();

h=DS18B20_PORT_IN;

h&=DQ;

return(h);

}

unsignedcharread_byte(void)//讀一個字節(jié)子程序

{

unsignedchari;

unsignedcharvalue=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

if(read_bit()!=0)value|=0x01<<i;

delay(6);

}

return(value);

}6.2.3

智能瓦斯測試儀

1.系統(tǒng)總體設(shè)計

智能瓦斯測試儀主要實現(xiàn)可燃氣體CH4濃度的檢測與顯示，當可燃氣體濃度超過所規(guī)定的標準時，能夠報警提示，并且將采集的信息傳送給總系統(tǒng)監(jiān)控平臺。該測試儀實際上是一個典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其性能指標如下：

甲烷測量范圍：0～100%(百分比濃度)；

甲烷測量分辨率：1%；

甲烷測量精度：0.2%；

響應(yīng)時間：15s。

該測試儀可以由電源管理控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信息存儲、結(jié)果顯示和報警控制等部分組成。數(shù)據(jù)采集的對象是甲烷氣體的濃度，故選用甲烷傳感器進行物理量的測量，同時選用溫度傳感器采集的現(xiàn)場溫度對該測量值進行補償。該測試儀的系統(tǒng)框圖如圖6-16所示。

圖6-16硬件結(jié)構(gòu)框圖

由氣泵吸入的甲烷氣體的濃度信息通過甲烷傳感器部分的采集，經(jīng)過信號調(diào)理電路對微弱的傳感信號進行調(diào)理放大，送到主控制器進行處理。主控制器主要實現(xiàn)將檢測到的模擬量通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)過數(shù)字處理之后，送入液晶顯示器進行顯示、報警等一系列操作的控制。溫度傳感器主要完成對環(huán)境溫度的檢測，用于對甲烷氣體濃度的補償。顯示部分可以完成甲烷氣體濃度的顯示、環(huán)境溫度的顯示以及時間的顯示。鍵盤部分完成對一些功能的設(shè)置，如報警的上下限、時間的設(shè)置等。

2.硬件系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)前述總體方案，系統(tǒng)主機可采用MSP430F149單片機，甲烷傳感器可采用邯鄲平安機電研究所生產(chǎn)的JZY4-13礦用型催化燃燒式傳感器。溫度的檢測可采用常用的DS18B20。因為不僅顯示當前的時間，而且還要顯示當前的濃度，所以顯示部分可采用點陣液晶顯示進行濃度顯示。報警裝置可以選用簡單的蜂鳴器和發(fā)光二極管進行濃度超限聲光報警。鍵盤部分可以設(shè)置4個按鍵，分別用作功能選擇與確定，設(shè)置上行、下行顯示和控制電源開關(guān)。

1)主控制器

本系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F149單片機，其內(nèi)部資源豐富，存儲容量大，有60KB+256B的閃速存儲器以及2KB的RAM，共64個引腳，采用方形扁平封裝(QFP)。MSP430F149單片機片內(nèi)自帶12位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度高，噪聲小，轉(zhuǎn)換速度快，這樣就可以避免增加額外的A/D轉(zhuǎn)換芯片，即避免使用過多的I/O口，以達到降低成本，縮小體積的目的。單片機片內(nèi)的12位A/D轉(zhuǎn)換器在2.5V滿量程狀態(tài)下，最小分辨電壓U=2.5V/4096=0.6mV，若使用內(nèi)部時鐘，轉(zhuǎn)化時間最大為3.51μs，而使用外部時鐘轉(zhuǎn)換時間

=?13?×?分頻系數(shù)

×?外部時鐘周期。單片機將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波后，一方面送入存儲器，另一方面送到液晶屏顯示。

MSP430單片機片內(nèi)A/D基準有片內(nèi)基準和片外基準兩種選擇。雖然選用片內(nèi)基準就可以不外接基準，減小電路的復雜程度，但因為所需的轉(zhuǎn)換精度較高，而片內(nèi)基準的溫度系數(shù)較大(100ppm/℃)，且大于12位A/D的分辨率，所以可以選用精度比較高的片外基準電壓源MC1403。它的輸入電壓VIN在4.5～40V之間，輸出電壓VOUT＝2.5V，最大溫度系數(shù)為40ppm/℃，典型值為10ppm/℃，可達到設(shè)計要求。

甲烷氣體的濃度經(jīng)過傳感器采集之后，通過信號調(diào)理轉(zhuǎn)換為0～2.5V的電壓，可直接送入MSP430F149單片機的A/D輸入通道P6口MSP430F149單片機的A/D轉(zhuǎn)換模塊將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量，通過采集到的溫度信息，經(jīng)補償修正處理之后，可以控制液晶顯示器顯示濃度值。同時，單片機還采集時間信息，對當前濃度對應(yīng)的時間信息進行同時顯示，并可通過報警裝置實現(xiàn)超濃度報警。

2)傳感器電路

系統(tǒng)可采用邯鄲平安機電研究所生產(chǎn)的JZY4-13礦用型催化燃燒式傳感器。該傳感器由兩個相同的鉑絲電阻構(gòu)成一端作測量用，另一端密封用作溫度濕度補償，電路采用橋式連接，有效地提高了測量的線性度。該型號傳感器具有高精度高線性度特點，其輸出經(jīng)過儀器調(diào)理電路可產(chǎn)生0～2.5V的標準信號，可滿足MSP430自帶12位ADC的需要。外界氣體濃度與輸出電壓之間基本呈線性關(guān)系，只需簡單補償，同時在氣體標定時較好地解決了精度與量程之間的矛盾。

儀器調(diào)理電路部分可采用電源電壓為3.3V的ICL27L2和ICL27L4低功耗運放，以便能與整個系統(tǒng)的低功耗特性相匹配。橋式變送電路如圖6-17所示。

圖6-17橋式變送電路

3)溫度檢測電路

由于溫度檢測主要用于對測量結(jié)果進行修正，對于提高氣體檢測精度具有十分重要的意義，因此，可以選用具有功耗低、性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換精度高、外接電路簡單等優(yōu)點的集成溫度傳感器DS18B20對