基于msp430f149開發(fā)板平臺設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</b></p><p>　　設(shè)計題目：基于MSP430的嵌入式實驗平臺設(shè)計</p><p>　　系 別：_________________________</p><p>　　班 級：_________________________</p><p&g

2、t;　　姓　 　名：_________________________</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師：_________________________</p><p><b>　　2013年6月8日</b></p><p>　　基于MSP430的嵌入式實驗平臺設(shè)計</p><p><b>　　摘

3、 要</b></p><p>　　本文介紹了德州儀器公司(TI公司)的FLASH型超低功耗16位單片機MSP430F149的一些特性,并將它應(yīng)用于便攜式智能測溫儀的設(shè)計,指出它所表現(xiàn)出來的其他單片機所無法比擬的優(yōu)越性,從中可以看出,TI公司的MSP430F149單片機內(nèi)部功能強大,片內(nèi)資源豐富,超低功耗,性能價格比很高,特別適用于便攜式智能儀器的設(shè)計, MSP430系列單片機目前在歐洲得到了廣泛的應(yīng)

4、用,MSP430F149單片機在中國也必定有光明的發(fā)展前景。</p><p>　　我所設(shè)計的是一個由MSP430F149單片機搭建的嵌入式平臺，包括AD轉(zhuǎn)換，DA轉(zhuǎn)換以及數(shù)碼管，矩陣鍵盤，蜂鳴器等外圍電路。主要是能實現(xiàn)電壓信號的采集與存儲以及電壓信號的發(fā)送，數(shù)碼管用于數(shù)據(jù)顯示，蜂鳴器用于過壓報警等一些基本的功能，搭建了一個以MSP430F149單片機為基礎(chǔ)的嵌入式平臺。</p><p>　

5、　在工業(yè)實際應(yīng)用中，這種430搭建的嵌入式平臺可以直接作為核心部件應(yīng)用與工程和科研中,具有良好的通用性和可擴展性。在這個平臺的的基礎(chǔ)上,可以很方便地進行二次開發(fā)和功能擴展,能夠縮短開發(fā)周期,降低開發(fā)成本。本文實現(xiàn)了該平臺各模塊的硬件電路。該平臺可以經(jīng)過適當(dāng)修改可應(yīng)用于電子設(shè)計、計算機教學(xué)與科研、工業(yè)控制等領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵詞: MSP430F149、最小系統(tǒng)、平臺</p><p&

6、gt;　　The experiment terrace based on MSP430F149</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　An Example of Application Based on MSP430F149 Single Chip MicrocomputerQIU Yin-an1,2, ZHOU Yong-me

7、i2, PENG San-cheng2,MAN Jun-feng2(1.Central South University, Changsha 410083, China;2.Department of Computer Science and Technology,Zhuzhou Institute of Technology, Zhuzhou Hunan 412008, China)Abstract:Introduced are so

8、me characteristics of MSP430F149 Single Chip Microcomputer and its data collection subsystem and presented is its application in portable intelligent monitoring system of temperature</p><p>　　The mini-system

9、, mini-application system, is made up of the minimum components. In regard to MSP430 se-ries microcontrollers, the mini-system generally includes MSP430F149, oscillator circuit and reset circuit. In the paper,the charact

10、eristics of MSP430F149 are introduced. Also the schematic diagrams of circuit theory about those modules such as power module, oscillator circuit module, reset circuit module, series module, and memory module are designe

11、d and presented. In addition, the functions o</p><p>　　The application in the industry,the terrace based on MSP430 can be used in engineering and scientific research as the heart section.it is glibal and can

12、 be expanded easily. Basing on this terrace,we can do repetition use and enlarge the function easily.It can shorten the period dnd reduce the cost.In this Mini-System ,we realize the circuit of the modules.If we revise

13、 the terrace properly,it can be used in electronic design ,computer education and research,and industry control.</p><p><b>　　朗讀</b></p><p>　　顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p>　　Key Wo

14、rds : MSP430F149、Mini-System Terrrace</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1．1 課題研究的目的背景1</p><p>　　1．2 430單片機與51系列單片機的比較1

15、</p><p>　　1.3 國內(nèi)430單片機開發(fā)板概況2</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計4</p><p>　　2.1 基本功能介紹4</p><p>　　2.2 IAR編程環(huán)境5</p><p>　　2.3 MSP430系列單片機6</p><p>　　2.3.1 MS

16、P430系列單片機概述6</p><p>　　2.3.2 MSP430系列單片機的發(fā)展和應(yīng)用8</p><p>　　2.3.3 MSP430系列單片機超低功耗的原理及實現(xiàn)9</p><p>　　2.4 仿真軟件的介紹12</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計14</p><p>　　3.1 電源模塊設(shè)計

17、14</p><p>　　3.2復(fù)位模塊設(shè)計14</p><p>　　3.3 時鐘模塊設(shè)計15</p><p>　　3.4 FLASH存儲器電路設(shè)計16</p><p>　　3.5 ADC模塊設(shè)計17</p><p>　　3.6 DAC模塊設(shè)計18</p><p>　　3.7 蜂鳴器

18、設(shè)計20</p><p>　　3.8.1 矩陣式鍵盤介紹21</p><p>　　3.8.2 鍵盤掃描原理22</p><p>　　3.9 數(shù)碼管設(shè)計23</p><p>　　3.10 JTAG下載線介紹24</p><p>　　3.11 USB接口設(shè)計25</p><p>　　4

19、 軟件設(shè)計26</p><p>　　4.1 LED閃爍程序設(shè)計26</p><p>　　4.2 數(shù)碼管循環(huán)顯示27</p><p>　　4.3 ADC12采集并輸出電壓信號28</p><p>　　5.1 IAR仿真軟件的使用29</p><p>　　5.2 PROTEUS仿真31</p>&

20、lt;p>　　5.2.1 LED實驗仿真32</p><p>　　5．2.2 數(shù)碼管仿真32</p><p>　　5.2.3 ADC12仿真33</p><p>　　5.3 用AD9出PCB圖33</p><p>　　圖 5-18鋪銅后37</p><p><b>　　6 總結(jié)38</

21、b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p><b>　　附錄42</b></p><p>　　附錄I 系統(tǒng)電路原理圖42</p><p>　　附錄II PCB圖43

22、</p><p>　　附錄III 程序清單44</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1．1 課題研究的目的背景</p><p>　　目前來看，在國內(nèi)的絕大部分大學(xué)教學(xué)都用51系列單片機，因此各種品牌與不同型號的51單片機層出不窮。因此不管是教學(xué)、比賽、課程設(shè)計還是學(xué)生自己研究都是用51

23、系列單片機。然而，工業(yè)設(shè)計和使用中，都是使用430系列的單片機，因為430單片機功能多，運算速度快，低功耗等優(yōu)點，所以受到工業(yè)開發(fā)的青睞。我們課程上所學(xué)的硬件設(shè)計和編程都和實際的工業(yè)設(shè)計有很大的差距，因此在學(xué)習(xí)51系列單片機的基礎(chǔ)上，進行430單片機的開發(fā)與研究非常有必要。</p><p>　　430單片機發(fā)展歷史悠久，種類繁多，在電子領(lǐng)域越來越受到人們的重視，已經(jīng)達到前所未有的高度。430單片機在工業(yè)方面的應(yīng)用

24、遠(yuǎn)勝于其他系列的單片機，因為它功能強大而且功耗低，這是其他單片機所不能比擬的。廣大電子愛好者及工業(yè)電子研發(fā)人員對430系列單片機的高度重視，使得它在市場取得很大突破。針對對430單片機技術(shù)在電子行業(yè)自動化方面的重要應(yīng)用，為滿足廣大學(xué)生、愛好者、產(chǎn)品開發(fā)者迅速學(xué)會掌握單片機這門技術(shù)，于是產(chǎn)生430單片機開發(fā)板。實踐表明，16位的單片機占據(jù)著市場很大的份量[4]。</p><p>　　MSP430F149單片機搭建的

25、嵌入式平臺是一個學(xué)習(xí)的工具，也是一個研究深造的工具。它服務(wù)于以下三類人：</p><p>　　一類是在校的電子專業(yè)及儀器儀表專業(yè)的學(xué)生，因為他們雖然理論學(xué)的很好，但缺乏實戰(zhàn)經(jīng)驗。這個由MSP430F149搭建的嵌入式平臺能夠?qū)⑺麄冋n本上學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為真正的電子產(chǎn)品。</p><p>　　一類是業(yè)余的電子愛好者，他們的特點是有一定的做實際電子產(chǎn)品的經(jīng)驗，但是理論不足。他們可以通過這個平臺，

26、邊做邊學(xué)，由事物轉(zhuǎn)化到原理圖和程序上來，轉(zhuǎn)到理論上來。</p><p>　　最后一類人就是有一定的理論和較少的開發(fā)經(jīng)驗者。這類人最適合用這種簡單基礎(chǔ)的實驗平臺，從電阻、電容開始畫圖，從最簡單的代碼編程，理論與實際相結(jié)合來提升自己的能力。</p><p>　　1．2 430單片機與51系列單片機的比較</p><p>　　首先，89C51單片機是8位單片機，編程指令非

27、常復(fù)雜，給初學(xué)者及編程人員帶來很大不便。51系列單片機有111條指令，這樣多的指令在編寫程序時難以熟練地掌握和應(yīng)用，而且編程產(chǎn)生錯誤的概率非常高。430系列單片機在這方面就有很大優(yōu)勢，430單片機僅有27條內(nèi)核指令，功能強大的同時還簡化了編程任務(wù)，不得不說430系列單片機在這方面的實用性之強大，也以自己突出的單周期內(nèi)核指令以縮短了運行周期，加快了在實際下載仿真以及運行過程中的速度。</p><p>　　其次，43

28、0系列單片機的低功耗性能也是51系列單片機所不能比擬的。51系列單片機的工作電壓為5V,而430系列單片機只要3.3V電壓就可以正常工作。而且功耗低并不影響430系列單片機的運行速度，這也是工業(yè)設(shè)計當(dāng)中絕大多數(shù)都使用430系列而不用51單片機的主要原因。目前，在儀器儀表方面，尤其是可持性儀器儀表，一般都用蓄電池，便于攜帶，這時對單片機的低功耗要求就顯得尤為重要了，430系列單片機就是以自己這個顯著的優(yōu)勢在儀器儀表行業(yè)中地位越來越重要。

29、</p><p>　　再者，89C51系列單片機由于其內(nèi)部總線是8位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都8位的，功能相對簡單。雖然一些基本的功能，像LED、數(shù)碼管及AD轉(zhuǎn)換等都可以在51系列單片機上完成，但這只局限在教學(xué)方面，工業(yè)方面特殊功能的要求不是51系列單片機所能滿足的。MSP430系列其基本架構(gòu)是16位的，而且兼容8位的功能模塊，在擴展更多功能的同時，51系列單片機的基礎(chǔ)功能430也是具備的，而且運行的更快。在工業(yè)

30、電子設(shè)計領(lǐng)域，430系列單片機16位高功能更具備研發(fā)的使用價值。</p><p>　　最后，就是在開發(fā)工具方面。51系列單片機雖然很據(jù)實用性，而且歷史比430系列單片機更加悠久，在一系列電子論壇上，51系列單片機的開發(fā)實例也遠(yuǎn)比430多，但是51系列單片機不能在線編程，這就是它在實際研發(fā)中的重大缺陷。430系列單片機由于引入了FLASH型程序存儲器和JTAG技術(shù)，不僅使開發(fā)工具變得簡便，在線編程以及價格優(yōu)勢都是5

31、1系列單片機所不具備的，這也是實際設(shè)計應(yīng)用非常重視的一個環(huán)節(jié)[7]。</p><p>　　1.3 國內(nèi)430單片機開發(fā)板概況</p><p>　　如同所有教學(xué)開發(fā)板一樣，430系列單片機的開發(fā)板也是照顧到所有的用戶，功能很多而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。對于個人使用來說不免帶來不必要的麻煩。而且如果想完成自己需要的設(shè)計，找出最直接的模塊就顯得相對繁瑣了。而且一些設(shè)計對精度和功能等有一定的要求，開發(fā)板上

32、自己配置的芯片可能滿足不了需求，因此，有一個單一的、簡單的，自己設(shè)計的最小系統(tǒng)很有必要。</p><p>　　對于教學(xué)來說，導(dǎo)師需要一個簡單的最小系統(tǒng)，而且自己對自己的實驗平臺應(yīng)該很熟悉，這樣才能把最基礎(chǔ)，最詳細(xì)的430開發(fā)電路與編程指令傳輸給學(xué)生。我們做一個自己的最小系統(tǒng)，做自己的教學(xué)，做自己的開發(fā)試驗，就顯得得心應(yīng)手。對于對外圍電路的開發(fā)與擴展，可以根據(jù)自己的需求和喜好進行設(shè)計，即方便又能鍛煉實戰(zhàn)經(jīng)驗。<

33、;/p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　用MSP430F149向外發(fā)送數(shù)字信號，通過DA轉(zhuǎn)換成模擬信號，其信號大小可有矩陣鍵盤實現(xiàn)。當(dāng)外部模擬信號進來時，通過AD轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進行存儲和顯示。蜂鳴器可設(shè)計成報警功能，在實際應(yīng)用場合，電壓值不可能無窮大，當(dāng)電壓值達到一定時，用單片機控制蜂鳴器進行報警。</p><p>　　這個

34、最小系統(tǒng)可以說是一個最基本的開發(fā)平臺，任何設(shè)計幾乎都會設(shè)計到信號的采集與存儲，信號的發(fā)送，鍵盤的操作，數(shù)碼管的顯示及蜂鳴器的報警這些簡單的功能。這個最小系統(tǒng)是直接與工業(yè)實際應(yīng)用相接軌的。另外，我對430單片機應(yīng)用電壓5V和3.3V電壓，復(fù)位電路以及FLASH存儲器的選擇，外部JTAG下載口和USB轉(zhuǎn)換等都進行了設(shè)計，這些都會在以后的章節(jié)中進行詳細(xì)的闡述。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p&g

35、t;<p>　　2.1 基本功能介紹</p><p>　　基于16位430單片機MSP430F149的嵌入式平臺設(shè)計，是集數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電源設(shè)計、JTAG下載口、USB轉(zhuǎn)換、鍵盤及數(shù)碼管顯示模塊于一體的最小系統(tǒng)。</p><p>　　硬件原理總體框圖如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　

36、　單片機開發(fā)板是一個實際應(yīng)用的系統(tǒng)，能夠為相關(guān)的單片機實驗提供支持。此開發(fā)板是參考單片機教材中的實驗內(nèi)容設(shè)計的，能夠?qū)崿F(xiàn)一些測試實驗。本設(shè)計主要特點是實用，針對性比較強，為教學(xué)和初學(xué)者自主學(xué)習(xí)提供很好的平臺。本論文包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計及C語言程序流程圖的制作。</p><p>　　此開發(fā)板設(shè)計的功能如下：</p><p>　　(1)12位AD轉(zhuǎn)換。</p><p>

37、;　　(2) 8M Flash存儲器（M25P80）。</p><p>　　(3)TLC5615信號發(fā)生器。</p><p><b>　　(4)矩陣鍵盤。</b></p><p>　　(5)數(shù)碼管顯示模塊。</p><p>　　2.2 IAR編程環(huán)境</p><p>　　MSP430單片機還有一個

38、特點就是支持匯編語言編程和C語言編程兩種編程方式，本設(shè)計采用的是C語言。由于采用C語言開發(fā)可以在很大的程度上提高開發(fā)人員的效率，同時縮短研發(fā)時間，并且C語言的程序方便閱讀，在遇到同樣的模塊和結(jié)構(gòu)時還可以移植，為電子愛好者也為本次設(shè)計提供了很大的幫助。本設(shè)計采用的是IAR軟件進行編程，有單片機自帶的JTAG下載口，下載到FLASH存儲器里，再由IAR軟件通過JTAG接口讀取單片機內(nèi)信息，實時監(jiān)測單片機上運行的程序，實現(xiàn)在線仿真。本設(shè)計采用

39、proteus仿真，將C語言程序生成.HEX文件進行下載仿真。為了方便程序調(diào)度和提高可靠性，IAR采用結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計方法，每個模塊完成一個特定功能，主要由初始化程序、主程序、子程序等組成，通過軟件編程實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示等操作[8]。</p><p>　　IAR 集成的編譯器是現(xiàn)在430單片機使用者最常用的編程軟件，不管是教學(xué)還是工業(yè)上，都在使用IAR軟件。方便、快捷、通用性強使得IAR在市場上競爭

40、優(yōu)勢很大，這種優(yōu)勢讓它受到廣大使用者的青睞。尤其是430系列單片機，當(dāng)人們提到430單片機時，IAR幾乎成為人們默認(rèn)的編程軟件。相比較而言，KEIL軟件也是學(xué)生學(xué)習(xí)和老師教學(xué)的編程軟件，但它就幾乎局限于51系列單片機，對16位的430系列單片機的編程只能望塵莫及。</p><p>　　由于IAR公司在微處理器C/C++編譯器設(shè)計方面的豐富經(jīng)驗，目前沒有任何一家公司的產(chǎn)品可以接近IAR公司針對8 位、16 位、32

41、 位處理器生產(chǎn)的30多種不同C/C++編譯器的水平。經(jīng)過反復(fù)實驗證明，IAR 的編程環(huán)境運行速度快，應(yīng)用范圍廣，它是針對具體模塊具體芯片的編程環(huán)境，使得編程環(huán)境規(guī)范化，而且穩(wěn)定性非常好。IAR十分重視指令的精簡，不斷的優(yōu)化指令集，以提高編程速率。針對AVR 的IAREmbedded Workbench4.10B版，生成的代碼的尺寸比3.20A 版縮小了10%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他同類編譯器生成的代碼尺寸。IAR 生成的小尺寸代碼可以節(jié)省存儲器空

42、間，而且對處理器的要求降低，可以應(yīng)用更廉價的處理器完成高質(zhì)量的任務(wù) [10]。</p><p>　　在使用的過程中，感覺在使用的過程中非常方便。從開始的建一個工程到程序的編寫，編完之后的執(zhí)行與編譯，以及在加強功能，不斷增加新程序，改動程序的過程中都是十分方便的。本次設(shè)計是用proteus仿真，在仿真軟件加載程序時也是直接在單片機里下載.HEX文件就可以了，不用大費周章的學(xué)習(xí)和復(fù)雜途徑的下載，為使用者節(jié)約了很多時間

43、。</p><p>　　IAR 是一套完整的集成開發(fā)工具集合：從開始建立工程，到程序的編寫，最后對成品程序的編譯，集成了編譯器和調(diào)試器等多種功能。此外，它在事物和仿真下載程序方面也是十分方面的，可生成多種格式文件，便于和事物和其他仿真軟件的連接。本設(shè)計采用的是.HEX文件，只要在仿真軟件畫完原理圖直接下載程序就可仿真[13]。</p><p>　　2.3 MSP430系列單片機</p

44、><p>　　2.3.1 MSP430系列單片機概述</p><p>　　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 Pocessor)。稱之為混合信號處理器，把多種功能的各種電路全都附加在一個芯片上，大大的提高了芯片的集成化，減小了占用空間。</p><p>　　MSP430

45、 系列單片機發(fā)展歷史雖然比較短，但以自己高運算速度，低功耗和強大的功能，在電子領(lǐng)域迅速占領(lǐng)市場，受到廣大電子愛好者及研發(fā)人員的青睞。MSP430 系列單片機針對各種不同應(yīng)用，包括一系列不同型號的器件。主要特點有：</p><p><b>　?。?） 超低功耗</b></p><p>　　MSP430 系列單片機的工作電壓為1.8~3.3V，RAM 數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅

46、 0.1uA，活動模式耗電 250pA／MIPS(MIPS：每秒百萬條指令數(shù))，IO 輸入端口的漏電流最大僅 50nA。430系列單片機的基礎(chǔ)時鐘由低頻基礎(chǔ)振蕩器LFXT1、高頻晶體振蕩器LFXT2及數(shù)字控制振蕩器DCO組成。MSP430單片機的型號不同，對應(yīng)的時鐘模塊也將有所不同 [5]。雖然不同型號的時鐘模塊有所不同，但這些模塊產(chǎn)生出來的結(jié)果是相同的。LFXT1CLK是低頻/高頻時鐘源，可以外接32768Hz的時鐘芯片或頻率為450

47、KHz~8MHz的標(biāo)準(zhǔn)晶體或共震器。XT2CLK高頻時鐘源，需要外接兩個震蕩電容器?？梢酝饨宇l率為450kHz~8MHz的標(biāo)準(zhǔn)晶體，共振器和外部時鐘輸入。超功耗可以說是430系列單片機最重要的特點，其他類型的16單片機在運行速度上和功能上也十分強大，但強大的功能和高的運行速度使得它們的功耗很大。大功耗的單片機不僅是耗電比較多，而且產(chǎn)生熱量也大，影響精度。</p><p>　?。?）強大的處理能力</p>

48、;<p>　　MSP430 系列單片機是 16 位單片機，采用了目前流行的、頗受學(xué)術(shù)界好評的精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點就是縮短運行周期。同樣的一條指令，51系列單片機需要12個時鐘周期，而430系列單片機只需要一個時鐘周期就可以完成，使MSP430 在 8MHz 晶振工作時，指令速度可達 8MIPS(注意：同樣 8MIPS 的指令速度，在運算性能上 16位處理器比 8 位處理器高遠(yuǎn)不止兩倍)。另一主要處

49、理能力體現(xiàn)在多功能硬件乘法器上，這是DSP才有的一項功能。能在硬件上進行各種數(shù)學(xué)運算，加強了單片機在數(shù)學(xué)運算方面的功能 [8]?？梢?30系列單片機的處理能力是十分強大的，集百家之所長，使得它具備各種不同系列單片機的強大功能。</p><p>　　（3）高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊</p><p>　　MSP430 系列單片機結(jié)合 TI 的高性能模擬技術(shù)，各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外

50、設(shè)。視型號不同可能組合有以下功能模塊：看門狗(WDT)，模擬比較器 A，定時器 A(Timer_A)，定時器 B(Timer_B)，串口 0、1(USART0、I)，硬件乘法器，液晶驅(qū)動器，10 位，12，14 位 ADC，12 位 DAC，12C 總線，直接數(shù)據(jù)存取(DMA)，端口 1-6(P1-P6)，基本定時器(Basic Timer)等。其中，看門狗可以在程序失控時迅速復(fù)位，防止程序跑飛，使得代碼比較長的程序能夠正常的運行 [2

51、2]。定時器A支持多捕捉/比較、PWM輸出、內(nèi)部定時。而且有強大的中斷功能，當(dāng)計數(shù)器的溢出條件滿足，或捕捉/比較寄存器條件滿足時，都可以產(chǎn)生中斷。定時器B比定時器A還增加了比較鎖存器，使得用戶可以靈活的控制比較數(shù)據(jù)的時機。多部比較鎖存器組合工作，以達到同步更新和比較數(shù)據(jù)的目的。通用異步/同步收發(fā)器采用一個硬件，UART接口（異步模式）和SPI接口（同步模式）。而且具有強大功能的430系列單片機端口很多，P1~P6有64或100引腳之多。

52、</p><p><b>　　（4）系統(tǒng)工作穩(wěn)定</b></p><p>　　上電復(fù)位后，首先由 DCO_CLK 啟動 CPU，保證程序從正確的位置開始運行，為晶振和外圍器件的正常使用和啟動提供充足的時間[6]。另外，保證單片機正常工作的另一重要因素：工作的溫度。430系列單片機的工作環(huán)境溫度為-40攝氏度到85攝氏度。所以就算在很惡略的環(huán)境下430系列單片機也能正常

53、工作。這種高度的穩(wěn)定性，使得430系列單片機能夠應(yīng)用在很多不同的領(lǐng)域，為電子設(shè)計拓寬應(yīng)用范圍。</p><p>　?。?）方便高效的開發(fā)環(huán)境</p><p>　　目前 MSF430 系列有 OTF 型、FLASH 型和 ROM 型 3 種類型的器件，國內(nèi)大量使用的是 FLASH 型。本設(shè)計采用的是MSP430F149系列單片機，M25P80存儲器，相比其他的FLASH存儲器，采集的數(shù)據(jù)量大

54、，應(yīng)用方便。MSP430的程序下載方式支持串行在線編程，系統(tǒng)可編程JTAG下載等。硬件仿真可以采用JTAG下載線，又因為IAR支持JTAG下載線在線調(diào)試，可設(shè)置斷點。現(xiàn)在市面上很多仿真器都是通過JTAG仿真調(diào)試的。而且JTAG下載線可擦出原FLASH存儲器的內(nèi)容，進行重新下載。FLASH存儲器從JTAG下載線讀取數(shù)據(jù)，使得430系列單片機的開發(fā)環(huán)境效率非常高 [3]。</p><p>　　2.3.2 MSP430

55、系列單片機的發(fā)展和應(yīng)用</p><p>　　MSP430單片機時美國德州儀器公司在九六年推出的16位超低功耗混合信號處理器。它的超低功耗性能可使得電池長時間工作。由于它具有16位的結(jié)構(gòu)體系以及16位的CPU集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器，可使MSP430實現(xiàn)代碼效率最大化。[18]。</p><p>　　MSP430系列單片機應(yīng)用十分廣泛，可用于各種機床控制、電機控制、生產(chǎn)線控制和檢測。在軍事方面

56、，可用于導(dǎo)彈控制、智能武器裝備。在智能化儀器儀表方面，它的強大功能和低功耗優(yōu)勢使得它更加的數(shù)字化、智能化、微型化。日常生活中的電器如電子秤、錄像機、彩電、洗衣機、電子玩具、冰箱、數(shù)碼相機等都與430單片機有關(guān)。</p><p>　　430系列單片機一直在不斷地引入新技術(shù)，尋求突破，F(xiàn)LASH技術(shù)也是430先引用的，美國德州儀器推出的FLSAH存儲器和JTAG下載技術(shù)，使得MSP430單片機取得重大突破和進展，為用

57、戶提供更方便的服務(wù)和最理想的開發(fā)環(huán)境，最大化的服務(wù)于用戶。</p><p>　　2.3.3 MSP430系列單片機超低功耗的原理及實現(xiàn)</p><p>　　MSP430單片機超低功耗的關(guān)鍵是應(yīng)用其時鐘系統(tǒng)，最大化低功耗模式的工作時間，典型的LMP3電流消耗少于2μA，32kHz晶振用于ACLK的時鐘，DCO用于CPU激活后的突發(fā)短暫運行。</p><p>　　MSP

58、430系列單片機的基本時鐘系統(tǒng)操作模式如表2-1所示。運行模式要考慮到三個不同的需求:低功耗、速度和數(shù)據(jù)的吞吐量；單個外圍設(shè)備電流消耗的最小限度。在狀態(tài)寄存器中，用CPU Off、OSC Off、SCG0 和SCG1位配置低功耗方式0～4，可以在中斷服務(wù)程序中將當(dāng)前工作狀態(tài)保存在堆棧中。利用堆棧SR值，程序溢出能返回到不同的工作狀態(tài)。模式控制位和堆棧能被任何指令訪問。當(dāng)設(shè)置任一種模式的控制位時，被選擇的工作狀態(tài)立刻響應(yīng)。如果時鐘未被激活

59、，用任何禁用時鐘操作的外圍JTAG口可以進行嵌入式仿真，不需要附加任何外圍電路[7]。</p><p>　　表2-1基本時鐘系統(tǒng)操作模式</p><p>　　MSP430系列單片機的低功耗主要是靠CPU進入休眠狀態(tài)來實現(xiàn)的，能夠?qū)PU從休眠狀態(tài)喚醒的條件只有發(fā)生中斷或復(fù)位。因此低功耗和中斷之間的關(guān)系非常密切。MSP430單片機的所有的大部分功能模塊均能夠在不需要CPU干預(yù)的情況下獨立工作

60、且能引發(fā)中斷，所以在對MSP430進行編程時，軟件的基本結(jié)構(gòu)之一就是先向某工作模塊發(fā)出工作指令，然后CPU休眠，等待模塊操作完畢后產(chǎn)生中斷，喚醒CPU繼續(xù)下面的任務(wù)，從而將CPU運行的時間降到最少，功耗降到最低。不僅如此，單片機的SR寄存器保存著低功耗休眠標(biāo)志位，如果中斷發(fā)生前是休眠狀態(tài)，那么從中斷返回時CPU仍將是休眠狀態(tài)。若想返回主程序時退出休眠，可通過一些軟件手段在退出中斷前修改堆棧內(nèi)的值。針對這一特殊操作，MSP430系列單片機

61、提供了一個修改堆棧內(nèi)SR的函數(shù)：</p><p>　　__low_power_mode_off_on_exit( )</p><p>　　只要執(zhí)行該操作，就可以在退出中斷后喚醒CPU。定義中斷的方式有兩種：一種是：</p><p>　　__interrupt [PORT1_VECTOR] void PORT1(void)</p><p>　　

62、這種方式比較常用；另一種是：</p><p>　　#pragma function=interrupt</p><p>　　void PORT1( )</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　#prama funct

63、ion=default</p><p>　　與前者相比，后者的缺點是編譯命令不能提供矢量選項。</p><p>　　此外，MSP430的中斷管理機制是把同類的中斷合并成一個總中斷源，根據(jù)需要由軟件判斷標(biāo)志位來確定。如對于P1口的任何一個中斷，程序都會執(zhí)行P1口的中斷服務(wù)子程序，在該程序中根據(jù)P1IFG標(biāo)志位來判斷具體是哪一個I/O口發(fā)生了中斷，如本次系統(tǒng)設(shè)計程序中對于鍵值的判斷[15]。&

64、lt;/p><p>　　MSP430單片機中有數(shù)百個寄存器，數(shù)千個控制位，通過這些寄存器可以配置各個模塊的工作方式、狀態(tài)、連接參數(shù)等關(guān)系。如：</p><p>　　P1DIR=0xff;//將P1口的I/O性質(zhì)設(shè)置為輸出</p><p>　　不僅如此，還可以對寄存器的某位進行操作，如：</p><p>　　P1DIR|=BIT0； //將P1.0

65、置高電平</p><p>　　P1DIR|=~BIT0；//將P1.0置低電平</p><p>　　P1DIR|=^BIT0；//將P1.0取反</p><p>　　注意：大部分寄存器在上電復(fù)位后會自動清零，初始化后各寄存器標(biāo)志位的值可以用“|=”來賦值，一般不會影響到其他標(biāo)志位的設(shè)置，但一定要保證被賦值的若干標(biāo)志位在賦值之前為“0”，特別是使用快捷宏定義時，所以，

66、為保證程序執(zhí)行的正確性，一般在賦值前，先給寄存器送“0”。如圖2-2所示為MSP430F149單片機的引腳圖。</p><p>　　圖2-2 MSP430F149的引腳圖</p><p>　　下面簡單的介紹下MSP430F149的工作環(huán)境：</p><p>　　低電壓范圍 1.8v-3.6v超低功耗；</p><p>　　活動模式: 225

67、µA at 1 MHz, 2.2 V 待機模式：0.8uA；</p><p>　　掉電模式 RAM能保持?jǐn)?shù)據(jù)不變；</p><p>　　從待機到喚醒模式響應(yīng)時間不超過6µS頻率鎖相環(huán), FLL+；</p><p>　　16位精簡指令系統(tǒng)；</p><p>　　帶有三個捕獲/比較寄存器的16位定時器 Timer_A；<

68、;/p><p>　　集成96段LCD驅(qū)動器；</p><p><b>　　片內(nèi)比較器；</b></p><p>　　串行在線可編程 無需提供外部編程電壓；</p><p>　　采用保險熔絲的可編程代碼保護措施；</p><p>　　閃爍存儲器 器件具有bootstrap程序裝載器[20]。</p

69、><p>　　引腳多、低功耗、運行速度快是本設(shè)計選擇MSP430F149單片機的主要原因。此外，在工業(yè)上MSP430F149使用非常廣泛，所以用這款單片機教學(xué)和研究具有很強的實用性，為以后工作和大型的研發(fā)打下了堅實的基礎(chǔ)。而且對本設(shè)計，MSP430F149在引腳數(shù)量和功能上也都能夠滿足要求，所以本設(shè)計選擇了這款物美價廉的430系列單片機。</p><p>　　2.4 仿真軟件的介紹</p

70、><p>　　本次設(shè)計用的仿真軟件是proteus，對本設(shè)計進行系統(tǒng)仿真，驗證自己硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計的正確性。下面簡單介紹一下proteus的主要功能和應(yīng)用介紹：</p><p>　　Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，Proteus軟件有近20年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線功

71、能外，應(yīng)用最多的功能是單片機仿真。從開始的7.0版本的proteus到7.8版本的proteus，從8位的51系列單片機到16位的430系列單片機，它的功能越來越強大，越來越實用，越來越受到電子設(shè)計人員的青睞。在教學(xué)方面，以零成本，高速仿真、方便快捷等優(yōu)勢見長的proteus成為學(xué)生學(xué)習(xí)的主要軟件，不愧為一款非常優(yōu)秀的單片機仿真軟件[19]。</p><p>　　Proteus另一優(yōu)勢在于，豐富的庫資源。它是完全

72、和實踐相連接的，隨著現(xiàn)實設(shè)計中，各種新器件的產(chǎn)生，proteus的庫資源也在不斷地更新。從簡單的LED,各式各樣的數(shù)碼管，矩陣鍵盤與獨立按鍵，再到LCD顯示屏，各種各樣的單片機，令設(shè)計人員不在為缺少元器件無法仿真而感到苦惱。Proteus這些強大的功能主要服務(wù)于兩類人：第一是老師和學(xué)生，為使學(xué)生更快的掌握簡單的電路和編程技巧，做實物顯然過于麻煩，而且人員多需要購買器件的費用也太高。第二類是電子產(chǎn)品的設(shè)計人員，他們需要先在仿真上看自己方案

73、的正確性，檢查完畢后才能投入生產(chǎn)。</p><p>　　Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，其它軟件仿真主要是仿真CPU,看CPU的工作狀態(tài)和運行情況，而proteus重視的是外圍電路實現(xiàn)的效果。仿真軟件中CPU引腳被顯示為不同的顏色來表示電平的高和低，看引腳的顏色就能確定信號運行到的位置。一般來說，我們設(shè)計一樣產(chǎn)品，想實現(xiàn)它的功能，主要是驗證它的電路和程序的正確性。例如在本設(shè)計中，我們想實現(xiàn)矩陣鍵盤和數(shù)

74、碼管之間的操作和顯示，在proteus里可以清楚地看到單片機哪個引腳在工作，該信號一直傳送到什么位置才停止。這都為我們的設(shè)計在糾錯和添加新功能方面帶來很大方便，所以我們的仿真軟件選擇proteus[16]。</p><p>　　本設(shè)計主要是搭建一個嵌入式的實驗平臺，所以會涉及到多個基礎(chǔ)的小實驗，在用proteus仿真時，從單片機到一些外圍電路都可能有重復(fù)使用的現(xiàn)象，在proteus可對重復(fù)使用的對象進行復(fù)制粘貼，

75、使用起來非常方便。而且proteus庫文件非常的強大，本設(shè)計使用的是proteus7.8，支持430系列的單片機，不用像原理圖那樣自己畫圖。</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　本章會詳細(xì)的介紹硬件電路各個模塊的設(shè)計，并對各模塊的應(yīng)用做詳細(xì)的介紹。硬件電路設(shè)計在本設(shè)計的總體設(shè)計中非常重要，電路的正確性直接影響到仿真的正確性。這一章不僅介紹了各功能模塊，如矩陣鍵盤

76、的原理和使用，數(shù)碼管電路設(shè)計和AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換的具體電路，以及具體芯片的應(yīng)用和工作環(huán)境，讓讀者對設(shè)計的思路和具體細(xì)節(jié)的東西進行全面的了解。</p><p>　　3.1 電源模塊設(shè)計</p><p>　　圖3-1 電源模塊設(shè)計</p><p>　　由于整個系統(tǒng)采用5V和3.3V供電，又考慮到硬件系統(tǒng)要求電源具有穩(wěn)壓功能和波紋小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗等特

77、點，因此該硬件系統(tǒng)的電源先用LM7805穩(wěn)壓為5V給外圍模塊電路供電，再用SPX1117芯片穩(wěn)壓得到3.3V電壓，給CPU和3.3V設(shè)備供電，如圖3-1所示。</p><p><b>　　3.2復(fù)位模塊設(shè)計</b></p><p>　　圖3-2 復(fù)位模塊設(shè)計</p><p>　　MSP430單片機復(fù)位模塊有兩個復(fù)位信號，一個是上電復(fù)位信號POR

78、和上電清除信號PUC。POR信號是器件復(fù)位信號，當(dāng)POR信號產(chǎn)生時必然會產(chǎn)生PUC信號；而PUC信號產(chǎn)生時不會產(chǎn)生POR信號。</p><p>　　系統(tǒng)復(fù)位后RST/NMI管腳功能被設(shè)置為復(fù)位功能，所有I/O口功能被設(shè)置為輸入，外圍模塊被初始化為原始狀態(tài)，狀態(tài)寄存器SR復(fù)位，看門狗激活進入工作模式，程序計數(shù)器PC載入0xFFFE處的地址，微處理器從此地址開始執(zhí)行程序[9]。</p><p>

79、;　　在我的設(shè)計中采用的就是簡單的RC復(fù)位，設(shè)計簡單，價格低廉，系統(tǒng)上電后能很好的復(fù)位，使其處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，如圖3-2所示。</p><p>　　3.3 時鐘模塊設(shè)計</p><p>　　圖3-3 時鐘模塊設(shè)計</p><p>　　單片機的工作是以時鐘為基準(zhǔn)的，時鐘電路是為單片機提供時鐘信號的電路，時鐘穩(wěn)定是系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。</p><p&g

80、t;　　MSP430系列單片機時鐘模塊由高速晶體振蕩器、低速晶體振蕩器、數(shù)字控制振蕩器DCO、鎖頻環(huán)FLL以及鎖頻環(huán)增強版本FLL+等部件構(gòu)成。MSP430所有器件都有時鐘模塊，都能實現(xiàn)低功耗的要求。</p><p>　?、俑哳l率，用于對系統(tǒng)硬件需求和外部事件快速反應(yīng)。</p><p>　?、诘皖l率，用于降低電流消耗。</p><p>　　③穩(wěn)定的頻率，以滿足定時應(yīng)

81、用，如實時時鐘RTC。</p><p>　?、艿蚎值振蕩器，用于保證開始及停止操作最小時間延遲</p><p>　　如圖3-5所示，XIN1和XOUT1連接時鐘晶體低速晶體32768Hz，XIN2和XOUT2連接8MHz的高速晶體。430單片機支持低功耗模式，在低頻模式下使用32768Hz的晶體，而且連接在引腳上時不需外加電容，在低頻模式下內(nèi)部集成了電容。當(dāng)使用高頻振蕩器時，選用8MHz晶

82、振工作，而且XIN2和XOUT2外接電容，如圖，兩邊各接一個12pF的電容[14]。</p><p>　　3.4 FLASH存儲器電路設(shè)計</p><p>　　很多系統(tǒng)中都需要在本地保存大量的數(shù)據(jù)和一些常數(shù)，然后進行本地處理。在實際應(yīng)用中，很多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量比較大，因此對系統(tǒng)的存儲容量有很高的要求，一般普通的EPROM或者FLASH的容量都很難滿足要求，所以我選擇的是大容量的M2

83、5P80，其特點如下：</p><p>　　是意法半導(dǎo)體公司推出的8M大容量串行接口Nand Flash器件；</p><p>　　采用2.7V~3.6V單電源供電，深度休眠只需1uA的電流；</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，器件在上升沿接收數(shù)據(jù)，在下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)，接口時鐘最高為25MHz；</p><p>　　M25P80共有16個扇

84、區(qū)，每個扇區(qū)有256個頁，每頁有256字節(jié)；</p><p>　　支持最大256字節(jié)的快速頁面編程操作（典型時間1.5ms）、快速的塊（512Kb）擦出操作（典型時間2s）和快速的整體（8Mb）擦出操作（典型時間8s）；</p><p>　　每扇區(qū)擦除/編程周期超過100 000次，超過20年的存儲時間，并且具有操作暫停和硬件寫保護功能[12]。</p><p>　

85、　圖3-4 存儲器模塊設(shè)計</p><p>　　M25P80與MSP430F149單片機的硬件連接非常簡單，主要是片選信號。串行數(shù)據(jù)輸入、輸出以及時鐘信號與F149的連接，如圖3-4所示。</p><p>　　下面簡單的介紹下M25P80的引腳功能：</p><p>　　表3-1 M25P80引腳功能表</p><p>　　3.5 ADC模塊

86、設(shè)計</p><p>　　在MSP430F1612單片機中有ADC12模塊，在該系單片機中ADC模塊為12位ADC模塊，叫做ADC12。ADC12模塊支持快速的12位AD轉(zhuǎn)換。ADC12應(yīng)用了12位SAR核、采樣選擇控制、參考產(chǎn)生和16位的轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)。轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)可以支持多達16個ADC采樣轉(zhuǎn)換存儲。ADC12的主要特點如下：</p><p>　　(1)最高的轉(zhuǎn)換速度超過200ksp

87、s；</p><p>　　(2)12位無失碼轉(zhuǎn)換；</p><p>　　(3)可以通過軟件或定時器來啟動轉(zhuǎn)換；</p><p>　　(4)參考電壓源可以選擇外部電壓，也可以選擇內(nèi)部電壓；</p><p>　　(5)內(nèi)部參考電壓可以通過軟件選擇2.5V或1.5V；</p><p>　　(6)8個可以獨立配置的外部信號的輸

88、入通道；</p><p>　　(7)4個內(nèi)部通道：溫度傳感器、AVCC、VeREF+以及Ref_x；</p><p>　　(8)每個通道可獨立選擇正的或負(fù)極的參考電源；</p><p>　　(9)可選擇轉(zhuǎn)換的時鐘源；</p><p>　　(10)具有單通道單次轉(zhuǎn)換、單通道多次轉(zhuǎn)換、序列通道單次轉(zhuǎn)換、序列通道多次轉(zhuǎn)換4種轉(zhuǎn)換模式。</p&

89、gt;<p>　　(11)ADC內(nèi)核以及參考電壓源能夠根據(jù)需要分別關(guān)閉；</p><p>　　(12)具有可以快速解碼ADC中斷的中斷向量寄存器；</p><p>　　ADC12由SAR內(nèi)核、采集時鐘電路、參考電壓發(fā)生器、采樣保持電路以及時間定時電路、多路模擬信號選擇器、轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲器以及轉(zhuǎn)換結(jié)果緩沖器組成。AD 轉(zhuǎn)換首先要選擇ADC轉(zhuǎn)換時鐘、參考電壓和轉(zhuǎn)換模式等，然后打開中

90、斷，啟動ADC轉(zhuǎn)換，進入中斷或查詢轉(zhuǎn)換完標(biāo)志，采樣轉(zhuǎn)換時序，轉(zhuǎn)換結(jié)果緩存及讀取AD轉(zhuǎn)換值。</p><p>　　3.6 DAC模塊設(shè)計</p><p>　　TLC5615是TI公司設(shè)計的串行10位D/A轉(zhuǎn)換芯片，性能比早期電流型輸出的DAC要好。它只需要通過3根總線就可以完成10位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器（單片機）接口，適用于電池供電的測試儀表、移動電話，也適用于

91、數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整以及工業(yè)控制場合。其主要特點如下：</p><p><b>　　單5V電源工作；</b></p><p><b>　　3線串行接口；</b></p><p><b>　　高阻抗輸入端；</b></p><p>　　DAC輸出的最大電壓為基準(zhǔn)輸入電壓的2倍；&l

92、t;/p><p>　　上電時內(nèi)部自動復(fù)位；</p><p>　　微功耗：最大為1.75Mw;</p><p>　　轉(zhuǎn)換速率快：更新率為1.21MHz；</p><p>　　建立時間典型值為12.5us。</p><p>　　圖3-5 DAC模塊</p><p>　　圖3-5為TLC5615的硬件連接

93、圖，輸出電路采用RC低通濾波，濾除DAC本身的高頻干擾。</p><p>　　TLC5615的引腳功能圖如表3-2：</p><p>　　表3-2 TLC5615引腳功能表</p><p>　　TLC5615最大串行時鐘速率為：</p><p>　　F(sclk)max=1/Tw(ch)+Tw(cl)=14MHz。</p>&l

94、t;p>　　TLC5615內(nèi)部自帶2倍放大電路，輸出電壓為：</p><p>　　Vout=2Vrefin*N/1024。</p><p>　　其中，Vrefin是參考電壓，N為輸入的二進制數(shù)[17]。</p><p><b>　　3.7 蜂鳴器設(shè)計</b></p><p>　　圖3-6 蜂鳴器模塊</p&

95、gt;<p>　　圖3-6是一個簡單的蜂鳴器驅(qū)動電路設(shè)計，在其兩端加上直流電壓就可以發(fā)聲。三極管起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極的低電平使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。</p><p>　　3.8 矩陣鍵盤設(shè)計</p><p>　　3.8.1 矩陣式鍵盤介紹</p><p>　　矩陣式鍵盤控制系統(tǒng)可以提高效率，是進行按鍵操

96、作管理的有效方法，它可以提高系統(tǒng)準(zhǔn)確性，有利于資源的節(jié)約，降低對操作者本身的要求。并能正確、實時、高效地顯示按鍵信息，以提高工作效率和資源利用率。</p><p>　　矩陣式鍵盤是當(dāng)今使用最為廣泛的鍵盤模式，該系統(tǒng)以N個端口連接控制N*N個按鍵，并通過單片機，顯示在LED數(shù)碼管上。單片機控制鍵盤顯示系統(tǒng)，可以對不同的按鍵進行實時顯示，其核心是單片機、鍵盤矩陣電路和數(shù)碼管顯示電路。4*4矩陣式鍵盤以AT89C51單

97、片機為核心，主要由矩陣式鍵盤電路、顯示電路等組成，軟件選用C語言編程。單片機將檢測到的按鍵信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示于LED顯示器上。該系統(tǒng)靈活性強，易于操作，可靠性高，廣泛應(yīng)用于各種場合。</p><p>　　矩陣式鍵盤（或者叫行列式鍵盤）常應(yīng)用在按鍵數(shù)量比較多的系統(tǒng)之中。這種鍵盤由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行、列結(jié)構(gòu)的交叉點上，行、列線分別接在按鍵開關(guān)的兩端。行列式鍵盤可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩大類。編碼鍵盤內(nèi)

98、部設(shè)有鍵盤編碼器，被按下鍵的鍵號由鍵盤編碼器直接給出，同時具有防抖和解決重鍵的功能。非編碼鍵盤通常采用軟件的方法，逐行逐列檢查鍵盤狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下時，通過計算或查表的方法獲取該鍵的鍵值，通常，計算機通過程序控制對鍵盤掃描，從而獲取鍵值，根據(jù)計算機掃描的方法可以分為定時掃描法和中斷掃描法兩種[2]。</p><p>　　本系統(tǒng)中的4*4矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，按鍵數(shù)較少，采用非編碼式鍵盤，當(dāng)有鍵按下時，由單片機通過程序

99、掃描確定鍵值，并將獲得的鍵值通過LED數(shù)碼管顯示出來，4*4矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)及鍵值分布如圖3-7：</p><p>　　圖3-7 矩陣鍵盤模塊</p><p>　　3.8.2 鍵盤掃描原理</p><p>　　為了更加貼近實際應(yīng)用，本系統(tǒng)采用中斷式掃描法，這樣可以節(jié)約單片機開銷，提高單片機工作效率，使得單片機在沒有鍵盤輸入時可以處理其他工作，其具體工作過程為：<

100、/p><p>　　在沒有鍵按下時矩陣鍵盤行線接高電平，列線接低電平，當(dāng)某個鍵被按下時，該按鍵所在行線電位被拉低，觸發(fā)單片機的外部中斷INT0，進入中斷子程序，在中斷程序中，單片機對矩陣鍵盤進行掃描以確定按下的鍵值，掃描過程如下：</p><p>　　檢測行線電平，確定是否有按鍵被按下；</p><p><b>　　延時去抖動；</b></p&

101、gt;<p>　　重新確認(rèn)是否有按鍵被按下，若有，掃描鍵值，若沒有，返回主程序；</p><p>　　掃描鍵值，首先行線接高電平，列線接低電平，對行線電平進行檢測，以確定按下的鍵所在的行；</p><p>　　行線接低電平，列線接高點平，對列線電平進行檢測，確定按下的鍵所在的列；</p><p>　　將掃描所得的按鍵值送入功能模塊。</p>

102、<p>　　3.9 數(shù)碼管設(shè)計</p><p>　　數(shù)碼管是顯示模塊最常用的一種器件，由來已久，種類樣式繁多。在硬件電路</p><p>　　圖3-8 數(shù)碼管模塊</p><p>　　設(shè)計方面早已成熟，圖3-8是一種典型的電路設(shè)計，74HC573是一種鎖存器，在這里負(fù)責(zé)編程時的段鎖存和位鎖存。主要體現(xiàn)在功能方面，讓哪個數(shù)碼管亮，該數(shù)碼管顯示什么數(shù)值，

103、都必須體現(xiàn)在程序編寫當(dāng)中，程序與硬件電路對應(yīng)，才能設(shè)計出自己想要的產(chǎn)品。</p><p>　　如圖3-8所示，數(shù)碼管用74HC573進行段鎖存和位鎖存，它是八個鎖存器都是透明的D 型鎖存器。當(dāng)使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線，而不需要外接口。特

104、別適用于緩沖寄存器，I/O 通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器。</p><p>　　3.10 JTAG下載線介紹</p><p>　　圖3-9JTAG下載口</p><p>　　硬件仿真采用JTAG下載線，因為IAR軟件支持JTAG下載線在線調(diào)試，本設(shè)計是仿真器通過PC機的并口仿真。如圖3-9所示，JTAG接口是一個十四引腳的雙排插座。</p>&l

105、t;p>　　3.11 USB接口設(shè)計</p><p>　　圖3-10 USB模塊</p><p>　　如圖3-10，F(xiàn)T245芯片主要功能是進行USB和并行I/O口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。一方面它可從主機接收USB數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為并行I/O口的數(shù)據(jù)流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面外設(shè)可通過并行I/O口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳回主機。中間的轉(zhuǎn)換工作全部由芯片自動完成。</p>&

106、lt;p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p>　　本章主要介紹具體程序的流程圖，一些具體程序模塊的設(shè)計和實現(xiàn)。這主要是設(shè)計思路的一個體現(xiàn)，在程序編寫前這是一個必要的環(huán)節(jié)，研究各個器件的用法，編程的具體方法和引腳定義等。</p><p>　　4.1 LED閃爍程序設(shè)計</p><p>　　圖4-1 LED閃爍程序框圖<

107、/p><p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　P1OUT=0x00; 使P3.0輸出低電平，發(fā)光二極管亮，（低電平使發(fā)光二極管亮）</p><p>　　for (i=0;i<20000;i++) //再次循環(huán)延時</p><p>　　P1OUT=0x01; 使P3.0輸出高電平，發(fā)光二極管滅，（高電

108、平使發(fā)光二極管滅）</p><p>　　這是一個最基礎(chǔ)的實驗，根據(jù)給單片機的引腳置高低電平來實現(xiàn)LED的亮和滅，用for循環(huán)來實現(xiàn)延時。LED在實驗和工業(yè)研發(fā)中有很頻繁的使用，可以起到指示和顯示作用。</p><p>　　這個設(shè)計可擴展，在教學(xué)的過程中，可以根據(jù)自己的需求設(shè)計成不同頻率閃爍，不同顏色的流水燈，花樣燈等。</p><p>　　4.2 數(shù)碼管循環(huán)顯示&

109、lt;/p><p>　　圖4-2 數(shù)碼管程序框圖</p><p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　unsigned char seg[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};</p><p>　　因為設(shè)計與仿真的過程中，用的是共陰級數(shù)碼管