基于launchpad的土壤濕度檢測(cè)裝置

1、<p>　　摘要：本設(shè)計(jì)主要的內(nèi)容是基于LaunchPad 的土壤濕度檢測(cè)裝置土壤濕度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與制作。該裝置通過(guò)濕度傳感器對(duì)土壤濕度進(jìn)行采集然后將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，通過(guò)計(jì)算將數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上。接收部分以LaunchPad MSP430為核心，將數(shù)據(jù)采集、液晶顯示結(jié)合起來(lái)，通過(guò)適當(dāng)?shù)能?、硬件調(diào)試，完成土壤濕度情況的檢測(cè)。該系統(tǒng)具有實(shí)用性、小型化等特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Laun

2、chPad 傳感器 土壤濕度檢測(cè)</p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　在日常實(shí)際生產(chǎn)生活中，科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè)部門對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)環(huán)境溫、濕度的控制以及對(duì)工業(yè)材料的水分值的監(jiān)測(cè)與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一。隨著科技的進(jìn)步，檢測(cè)儀表也向著智能化、小型化、低功耗的方向

3、發(fā)展。在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中，以單片機(jī)為核心控制器的溫濕度檢測(cè)以體積小、操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高等諸多有點(diǎn)正逐步進(jìn)入生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。</p><p>　　本文介紹的濕度檢測(cè)儀就是以MSP430單片機(jī)作為核心控制器設(shè)計(jì)的，它具有體積小、操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于需要對(duì)溫濕度進(jìn)行測(cè)控的領(lǐng)域中。 先根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)生活的需要提出溫濕度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)功能要求，然后由這些具體要求和現(xiàn)有的

4、設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)出了適合的硬件原理圖，盡量采用模塊化的方法將其分成幾個(gè)部分，然后分模塊設(shè)計(jì)程序，最使各部分結(jié)合起來(lái)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)功能要求。它是以單片機(jī)的在控制方面的突出優(yōu)勢(shì),并綜合運(yùn)用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、微控制技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和通信技術(shù)以及LCD顯示技術(shù)而設(shè)計(jì)的數(shù)字溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量環(huán)境中的溫度和相對(duì)濕度，對(duì)生產(chǎn)生活有較好的知道意義。本設(shè)計(jì)主要介紹了溫濕度檢測(cè)儀的主要性能指標(biāo)及其工作原理，溫濕度檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)總體方案和溫濕度檢測(cè)

5、儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；溫濕度檢測(cè)儀的硬件電路設(shè)計(jì)，溫度檢測(cè)電路、鍵盤LCD顯示電路和濕度檢測(cè)電路；基于LaunchPad單片機(jī)的濕度檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)部分采用模塊化設(shè)計(jì)，濕度檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)中LCD顯示。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本文以單片機(jī)為核心，選用土壤濕度傳感器，完成土壤濕度情況的檢測(cè)，并能將檢

6、測(cè)到的數(shù)字量實(shí)時(shí)顯示。</p><p>　　2．1方案一：AT89S52單片機(jī)。</p><p>　　該檢測(cè)儀采用AT89S52單片機(jī)為核心，整個(gè)硬件系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分：</p><p>　　圖1 基于AT89S51單片機(jī)的濕度檢測(cè)裝置框圖</p><p>　　濕度測(cè)量電路由ADC0809轉(zhuǎn)換器和濕敏電阻組成，濕敏電阻阻值隨環(huán)境相對(duì)濕度的變

7、化而變化，從而導(dǎo)致其兩端電壓的變化變化。由ADC0809把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，單片經(jīng)過(guò)軟件處理后，獲得相對(duì)電壓值和濕度值。鍵盤輸入電路與顯示電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的功能。</p><p>　　2．2方案二：采用MSP430單片機(jī)</p><p>　　溫濕度采集模塊使用的是YL-69濕度傳感器。它使用單總線方式，接口簡(jiǎn)單，而且無(wú)需另外校準(zhǔn)，完全能夠滿足日常環(huán)境溫濕度的檢測(cè)要求。 數(shù)據(jù)處理模塊使用的

8、是MSP430G2553單片機(jī)，其完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和邏輯控制的功能。 其余模塊主要由電源、LCD構(gòu)成。其中LCD用于數(shù)據(jù)顯示。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)框圖如下：</b></p><p>　　圖2 MSP430G2553單片機(jī)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　單片機(jī)作為主控制器，主要負(fù)責(zé)處理由溫濕度傳感器送來(lái)數(shù)據(jù)，并把處理好的數(shù)據(jù)

9、送向顯示器模塊；溫濕度傳感器主要用來(lái)采集周圍的環(huán)境參數(shù)，并把所采集到得數(shù)據(jù)送向單片機(jī)；顯示電路主要用來(lái)顯示當(dāng)前的溫濕度。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)，這款單片機(jī)在平時(shí)學(xué)習(xí)和課程設(shè)計(jì)中，都比較常用，但是51單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有A/D轉(zhuǎn)換模塊，需要借助ADC0809完成轉(zhuǎn)換過(guò)程。而MSP430G2553單片機(jī)，這款單片機(jī)內(nèi)部集成了10位的A/D轉(zhuǎn)換，并且TI公司做成了一個(gè)物美價(jià)廉的LaunghPad開發(fā)板，不

10、僅調(diào)試簡(jiǎn)單，而且利于學(xué)生再次開發(fā)設(shè)計(jì)，十分方便。</p><p>　　因此，對(duì)于土壤濕度檢測(cè)裝置這個(gè)課題以及兩種方案的對(duì)比的綜合分析，我最終的決定選擇方案二。</p><p><b>　　3分電路設(shè)計(jì)和論證</b></p><p>　　3．1 傳感器部分</p><p>　　測(cè)量土壤濕度的方式很多,其原理是根據(jù)某種物質(zhì)

11、從土壤中吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化,間接地獲得該物質(zhì)的濕度。有電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件等。是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。</p><p>　　3．1．1 方案一：HS1101濕度傳感器</p><p>　　是HUMIREL公司生產(chǎn)的變?nèi)菔较鄬?duì)濕度傳感器，是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這種相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)。可以應(yīng)用于

12、辦公自動(dòng)化、車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制、家電、工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合也可以得到很大的應(yīng)用。測(cè)量濕度時(shí)將HS1 101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓頻率信號(hào)，可以直接被微處理器采集。</p><p><b>　　特性如下：</b></p><p>　　寬量程：10~95%RH，</p><p>　　精度±5%RH

13、，工作溫度范圍–40~80℃</p><p>　　可選的10KΩ+/-3% NTC 溫度傳感器（HTF3223）輸出接點(diǎn)容量:220VAC,1A</p><p>　　報(bào)警設(shè)定:0～100%RH</p><p>　　圖3 HS1101實(shí)物圖</p><p>　　3．1．2 YL-69土壤濕度傳感器。</p><p>

14、　　這是一個(gè)簡(jiǎn)易的水分傳感器可用于檢測(cè)土壤的水分，當(dāng)土壤缺水時(shí)，模塊輸出一個(gè)高電平，反之輸出低電平。使用這個(gè)傳感器制作一款自動(dòng)澆花裝置，讓您的花園里的植物不用人去管理。而且它的靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié)），工作電壓一般為3.3V-5V5 。更重要的是它模塊雙輸出模式，這使得數(shù)字量輸出簡(jiǎn)單，模擬量輸出更精確。并且設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝。小板PCB尺寸為：3cm * 1.6cm。工作時(shí)電源指示燈為紅色和數(shù)字開關(guān)量輸出指示燈為綠色，

15、它的比較器采用LM393芯片，工作非常穩(wěn)定。</p><p>　　設(shè)計(jì)電路如圖4所示：</p><p>　　圖4 YL-69電路圖 </p><p>　　圖5 YL-69濕度傳感器引腳圖 </p><p><b>　　引腳說(shuō)明</b></p><p>　　1 V

16、CC 外接3.3V-5V2 GND 外接GND3 DO 小板數(shù)字量輸出接口（0和1）4 AO 小板模擬量輸出接口</p><p>　　圖6 YL-69實(shí)物圖</p><p>　　圖7 YL-69封裝圖</p><p>　　由于HS1101所構(gòu)成的測(cè)濕度電路對(duì)電阻的精度要求高并電路繁瑣，而YL-69電路簡(jiǎn)單，使用方便，通過(guò)綜合比較，我選擇了方案二。</p&

17、gt;<p><b>　　3．2 單片機(jī)部分</b></p><p>　　3．2．1 方案一： At89S52 單片機(jī)</p><p>　　是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)

18、可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持

19、2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52。</p><p>　　圖9 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　圖8 AT89S52單片機(jī)引腳圖<

20、;/p><p><b>　　VCC：電源。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0 —P3 :口是一個(gè)8 位漏極開路的雙向I/O 口。</p><p>　　RST: 復(fù)位輸入。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（

21、ALE）在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用做編程輸入脈沖。</p><p>　　PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。</p><p>　　EA：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。</p>

22、<p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　3．2．2方案二：MSP430G2553單片機(jī)</p><p>　　MSP430是一種基于RISC 的 16 位混合信號(hào)處理器，專為滿足超低功耗 (ULP) 需求而精心設(shè)計(jì)。MSP430 MCU 將智能外設(shè)、易用性、低成本以及業(yè)界最低功耗等優(yōu)異特性完美結(jié)合在一起，能滿足數(shù)以千計(jì)應(yīng)用的要求，也必然能滿足您需求。

23、</p><p>　　MSP-EXP430G2 LaunchPad 是一款易于使用且價(jià)格低廉的閃存編程器和調(diào)試工具，它提供了在 MSP430 超值系列器件上進(jìn)行開發(fā)所需的一切內(nèi)容。它提供了具有集成仿真功能的 14/20 引腳 DIP 插座目標(biāo)板，可通過(guò) Spy Bi-Wire（2 線JTAG）協(xié)議對(duì)系統(tǒng)內(nèi)置的 MSP430 超值系列器件進(jìn)行快速編程和調(diào)試。由于 MSP430 閃存的功耗極低，因此無(wú)需外部電源即可在

24、數(shù)秒內(nèi)擦除閃存并對(duì)其進(jìn)行編程。</p><p><b>　　CPU</b></p><p>　　MSP430 CPU 具有一種16 位RISC 架構(gòu)，對(duì)于應(yīng)用而言是高度透明的。所有的操作（程序流指令除外）均作為寄存器操作與用于源操作數(shù)的7種尋址模式和用于目的操作數(shù)的4中尋址模式一起執(zhí)行。CPU 與16 個(gè)寄存器進(jìn)行了集成，可提供精簡(jiǎn)指令執(zhí)行時(shí)間。寄存器至寄存器操作執(zhí)行

25、時(shí)間為CPU時(shí)鐘的一個(gè)周期。</p><p><b>　　指令集</b></p><p>　　該指令集包括具有3 中格式和7種地址模式的51條指令。每條指令均可操作字和字節(jié)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　振蕩器和系統(tǒng)時(shí)鐘</b></p><p>　　時(shí)鐘系統(tǒng)由基本時(shí)鐘模塊提供支持，此時(shí)鐘模塊支持

26、一個(gè)32768 Hz 手表晶體振蕩器、一個(gè)內(nèi)部超低功耗低頻振蕩器和一個(gè)內(nèi)部數(shù)字控制振蕩器(DCO) ?；緯r(shí)鐘模塊專為同時(shí)滿足低系統(tǒng)成本及低功耗要求而設(shè)計(jì)。內(nèi)部DCO提供了一個(gè)快速導(dǎo)通時(shí)鐘源并可在不到μs 的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定?；緯r(shí)鐘模塊提供了以下時(shí)鐘信號(hào)：</p><p>　　? 輔助時(shí)鐘(ACLK)，此時(shí)鐘由一個(gè)32768 Hz 手表晶體或內(nèi)部LF 振蕩器提供信號(hào)源。</p><p>　

27、　? 主時(shí)鐘(MCLK)，CPU 所采用的系統(tǒng)時(shí)鐘。</p><p>　　? 系統(tǒng)子時(shí)鐘(SMCLK)，外設(shè)模塊所采用的子系統(tǒng)時(shí)鐘。</p><p><b>　　數(shù)字I/O</b></p><p>　　提供了多達(dá)3 個(gè)8 位I/O 端口：</p><p>　　? 所有單獨(dú)的I/O 位均可進(jìn)行獨(dú)立編程。</p>

28、<p>　　? 輸入、輸出和中斷條件的任一組合（僅限端口P1 和端口P2）都是可行的。</p><p>　　? 用于端口P1 和端口P2（如果可用的話）的所有位的邊沿可選中斷輸入功能。</p><p>　　? 所有指令均支持到端口控制寄存器的讀/寫訪問(wèn)。</p><p>　　? 每個(gè)I/O 具有一個(gè)可單獨(dú)編程的上拉/下拉電阻器。</p>

29、<p>　　? 每個(gè)I/O 具有一個(gè)可單獨(dú)編程的引腳振蕩器使能位，此使能位用于啟用低成本觸摸感測(cè)。</p><p>　　WDT+ 看門狗定時(shí)器</p><p>　　看門狗定時(shí)器(WDT+) 模塊的主要功能是在軟件問(wèn)題發(fā)生后執(zhí)行受控的系統(tǒng)重啟。如果選定的時(shí)間間隔結(jié)束，則產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。如果在某種應(yīng)用中不需要看門狗功能，則該模塊可被禁用或配置為一個(gè)間隔定時(shí)器，并能在選定的時(shí)間間隔上

30、產(chǎn)生中斷。</p><p><b>　　它的關(guān)鍵特性：</b></p><p>　　? 超低功耗 (ULP) 架構(gòu)與高度靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)可顯著延長(zhǎng)電池使用壽命：0.1μA RAM 保持模式；<1 μA 　RTC 模式；<230 μA/MHz（閃存）；<110 μA/MHz (RAM)。</p><p>　　? 集成各種智能外設(shè)：

31、各種高性能模擬與數(shù)字外設(shè)可大幅緩減 CPU 的工作量；</p><p>　　? 簡(jiǎn)單易用的 16 位 RISC CPU 架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)具有業(yè)界領(lǐng)先代碼密度的最新應(yīng)用；</p><p>　　? 完整的產(chǎn)業(yè)開發(fā)環(huán)境，全套工具售價(jià)低至 20 美元。</p><p>　　MSP430G2x53 系列是超低功耗混合信號(hào)微控制器，具有內(nèi)置的16 位定時(shí)器、多達(dá)24 個(gè)支持觸摸感測(cè)

32、的I/O 引腳、一個(gè)通用型模擬比較器以及采用通用串行通信接口的內(nèi)置通信能力。此外，MSP430G2x53系列成員還具有一個(gè)10 位模數(shù)(A/D) 轉(zhuǎn)換器。而我們選用的是這個(gè)大家族中的MSP430G2553</p><p>　　? 低電源電壓范圍： 1.8V 至3.6V ，一般為33V</p><p>　　? 通用串行通信接口(USCI)</p><p>　　? 超低

33、功耗– 支持自動(dòng)波特率檢測(cè)的增強(qiáng)型通用異步收發(fā)器</p><p><b>　　? 5 種節(jié)能模式</b></p><p>　　? 用于模擬信號(hào)比較功能或者斜率模數(shù)(A/D) 轉(zhuǎn)換的</p><p>　　? 可在不到 1μs 的時(shí)間里超快速地從待機(jī)模式喚醒 片載比較器</p><p>　　? 16 位精簡(jiǎn)指令集 (RISC

34、) 架構(gòu)，62.5ns 指令周期時(shí)</p><p>　　? 帶內(nèi)部基準(zhǔn)、采樣與保持以及動(dòng)掃描功能的 10間 位 200-ksps 模數(shù) (A/D) 轉(zhuǎn)換器</p><p>　　? 基本時(shí)鐘模塊配置</p><p><b>　　? 欠壓檢測(cè)器</b></p><p>　　– 運(yùn)行模式： 230μA （在 1MHz 頻率和

35、2.2V 電 (UART)壓條件下）</p><p>　　– IrDA 編碼器和解碼器</p><p>　　– 待機(jī)模式： 0.5μA </p><p><b>　　– 同步SPI</b></p><p>　　– 關(guān)閉模式（RAM 保持）： 0.1μA – I2C?</p><p>　　– 具有四

36、種校準(zhǔn)頻率并高達(dá) 16MHz 的內(nèi)部頻率 ? 串行板上編程，</p><p>　　– 內(nèi)部超低功耗低頻 (LF) 振蕩器 無(wú)需外部編程電壓，利用安全熔絲(Security Fuse) 實(shí)現(xiàn)可編程代碼保</p><p>　　– 32kHz 晶體護(hù)</p><p>　　– 外部數(shù)字時(shí)鐘源? 具有兩線制(Spy-Bi-Wire) 接口的片上仿真邏輯電</p>

37、<p>　　? 兩個(gè)16 位Timer_A，分別具有三個(gè)捕獲/比較寄存路器</p><p>　　? 多達(dá)24 個(gè)支持觸摸感測(cè)的I/O 引腳</p><p>　　? DIP封裝，簡(jiǎn)單方便。</p><p>　　圖10 MSP430G2553引腳圖 </p><p>　　通過(guò)上面各種數(shù)據(jù)的比較，我選擇MSP430單片機(jī)組成的L

38、aunchPad開發(fā)板，LCD1602顯示屏，YL-69檢測(cè)土壤傳感器，其中傳感器1、2引腳接傳感器探頭，這三部分組成。</p><p>　　Launchpad是德州儀器公司推出的一套MSP430G系列16位低功耗單片機(jī)開發(fā)板，它具有簡(jiǎn)易的封裝（DIP），完備的開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　?LaunchPad 開發(fā)板采用：14/20 引腳 DIP (N) 插座；調(diào)試和編程的內(nèi)置閃存仿真

39、；2 個(gè)可編程 LED；1 個(gè)高功率 LED；1 個(gè)可編程按鈕；1 個(gè)復(fù)位按鈕。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)在采用 14 或 20 引腳 DIP 封裝的所有 MSP430 超值系列器件上的開發(fā)。 </p><p>　　?LaunchPad 的集成仿真器接口將基于閃存的 MSP430 超值系列器件與 PC 相連接，可通過(guò) USB 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)編程和調(diào)試。</p><p&g

40、t;　　?包含一根可與 PC 相連接的微型 USB 電纜。</p><p>　　?附帶的 MSP430G2211IN14和MSP430G2231IN14器件特性如下：</p><p>　　· MSP430G2211IN14內(nèi)置2kB閃存、128B RAM、10 GPIO、1個(gè)16位定時(shí)器、WDT、BOR、Comparator A+模塊；</p><p>　

41、　· MSP430G2231IN14內(nèi)置2kB 閃存、128B RAM、10 GPIO、1個(gè)16位定時(shí)器、WDT、BOR、1 個(gè) USI (I2C/SPI) 以及 8 通道 10 位 ADC 。</p><p>　　· 附帶的 MSP430G2231IN14器件采用預(yù)加載的樣本程序。</p><p>　　?現(xiàn)已推出可供免費(fèi)下載的 IAR Kickstart 和Code

42、Composer Studio 版本 5.1 集成開發(fā)環(huán)境，它們包含匯編器、連接器、仿真器、源碼級(jí)調(diào)試器和 C編譯器。</p><p>　　MSP-EXP430G2 LaunchPad見下圖：</p><p>　　圖11 LaunghPad組成及說(shuō)明書</p><p>　　通過(guò)USB電纜將其連接至PC后，MSP-EXP430G2 LaunchPad工作畫面：<

43、/p><p>　　圖12 LaunghPad工作連接圖</p><p><b>　　3．3顯示部分</b></p><p>　　3．3．1方案一： 七段數(shù)碼管模塊</p><p>　　是將所有數(shù)碼管通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f

44、,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。</p><p>　　圖13 數(shù)碼管實(shí)物圖

45、 圖14數(shù)碼管引腳圖 </p><p>　　3．3．2 方案二：LCD1602液晶顯示屏</p><p>　　1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字

46、符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。</p><p>　　1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和前市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面

47、上大部分的字符型液晶。</p><p><b>　　顯示屏特性：</b></p><p>　　3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)。</p><p><b>　　內(nèi)含復(fù)位電路。</b></p><p>　　提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。</p>&l

48、t;p>　　有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。</p><p>　　內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM。</p><p>　　8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。數(shù)字）。</p><p>　　圖15 LCD1602實(shí)物圖 </p><p>　　圖16 LCD1602引腳圖</p><

49、;p><b>　　引腳說(shuō)明：</b></p><p>　　第1腳：VSS為電源地</p><p>　　第2腳：VCC接5V電源正極</p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電

50、平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。</p><p>　　第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極</p>&l

51、t;p>　　由上文數(shù)據(jù)可以看出，LCD1602使用起來(lái)更加方便，功能更全面。</p><p>　　3．4 電源部分 </p><p>　　直流穩(wěn)壓電源,又稱直流穩(wěn)壓器。它的供電電壓大都是交流電壓，當(dāng)交流供電電壓的電壓或輸出負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓器的參數(shù)有電壓穩(wěn)定度、紋波系數(shù)和響應(yīng)速度等。前者表示輸入電壓的變化對(duì)輸出電壓的影響。紋波系數(shù)表示在額定工作情

52、況下，輸出電壓中交流分量的大小;后者表示輸入電壓或負(fù)載急劇變化時(shí)，電壓回到正常值所需時(shí)間。</p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源特點(diǎn)</b></p><p>　　三組輸出 (兩組可調(diào)，一組固定電壓)。</p><p>　　自動(dòng) Tracking。</p><p><b>　　自動(dòng)串并聯(lián)操作。</b&g

53、t;</p><p>　　固定電壓與固定電流操作功能。</p><p><b>　　低漣波與低雜訊。</b></p><p>　　具可選擇連續(xù)或動(dòng)態(tài)負(fù)載。</p><p>　　過(guò)載與極性反向保護(hù)功能。</p><p>　　3 1/2 位數(shù) 0.5" LED 顯示． 5V, 3A 固定輸出

54、。</p><p>　　所以我直接選用了穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4．1程序流程</b></p><p>　　4．1．1系統(tǒng)主程序流程圖</p><p><b>　　否 </b></p

55、><p><b>　　是</b></p><p><b>　　圖17主流程</b></p><p>　　4．1．2各子程序流程圖</p><p><b>　　采樣流程圖：</b></p><p><b>　　否</b></p>

56、;<p><b>　　圖17采樣流程圖</b></p><p>　　圖18 A/D采樣流程圖</p><p><b>　　顯示流程圖：</b></p><p>　　圖19 LCD1602顯示流程圖</p><p><b>　　4．2程序</b></p>

57、<p><b>　　4．2．1主程序</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop WDT</p><p>　　P2SE

58、L=0x00;</p><p>　　P2DIR = 0xff;</p><p>　　P1DIR = 0x38;</p><p>　　lcdinit();</p><p>　　//lcdcls();</p><p>　　//datt=0xff;</p><p>　　//writecom(1,0x0

59、1);</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　displayleng(2,0,table1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}&

60、lt;/b></p><p>　　4．2．2 各子程序</p><p><b>　　顯示子程序：</b></p><p>　　#include "msp430g2553.h"</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　

61、#define uint unsigned int</p><p>　　#define RS_1 P1OUT|=BIT3;//將P1OUT的第3位置1：即P1.2=1</p><p>　　#define RS_0 P1OUT&=~BIT3;//將P1OUT的第3位清0：即P1.2=0</p><p>　　#define RW_1 P1OUT|=BIT4;&l

62、t;/p><p>　　#define RW_0 P1OUT&=~BIT4;</p><p>　　#define EN_1 P1OUT|=BIT5;</p><p>　　#define EN_0 P1OUT&=~BIT5;</p><p>　　//#define datt P2OUT;</p><p>　　u

63、char chkbusy();</p><p>　　void lcdinit();</p><p>　　void writecom(uchar x,uchar comm);</p><p>　　void writedata(uchar dat);</p><p>　　void displayone(uchar x,uchar y,uchar

64、one);</p><p>　　void displayleng(uchar x,uchar y,uchar *s);</p><p>　　//uchar temp=0;</p><p>　　uchar table1[]="turang";</p><p><b>　　//延時(shí)程序</b></

65、p><p>　　void delay(uint i)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint j;</b></p><p>　　while(--i!=0){</p><p>　　for(j=0;j<255;j++);</p>

66、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//忙信號(hào)檢查</b></p><p>　　uchar chkbusy()</p><p><b>　　{</b></p>&l

67、t;p>　　uchar busy;</p><p>　　P2OUT=0xf0;</p><p>　　EN_0;//P1.4=0</p><p>　　RS_0;//P1.2=0</p><p>　　RW_1;//P1.3=1</p><p><b>　　EN_1;</b></p>

68、<p>　　busy=P2OUT&0x80;//busy=0x80 1000 0000</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　EN_0;</b></p><p>　　return(busy);</p><p><b>　　

69、}</b></p><p><b>　　//寫指令</b></p><p>　　void writecom(uchar x,uchar comm){</p><p>　　while(chkbusy());</p><p><b>　　EN_0;</b></p><p&

70、gt;<b>　　RS_0;</b></p><p><b>　　RW_0;</b></p><p><b>　　EN_1;</b></p><p>　　P2OUT=(comm&0xf0);</p><p><b>　　delay(5);</b>&

71、lt;/p><p><b>　　EN_0;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　EN_1;</b></p><p>　　P2OUT=(comm&0x0f)<<4;</p><p>&

72、lt;b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　EN_0;</b></p><p><b>　　}//寫數(shù)據(jù)</b></p><p>　　void writedata(uchar dat)</p><p><b>　　{</b></

73、p><p>　　while(chkbusy()); //檢查忙信號(hào)</p><p><b>　　EN_0;</b></p><p><b>　　RS_1;</b></p><p><b>　　RW_0;</b></p><p><b>　　EN_1

74、;</b></p><p>　　P2OUT=(dat&0xf0); //送高四位數(shù)據(jù)到P1口</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　EN_0;</b></p><p><b>　　delay(5);</b><

75、;/p><p><b>　　EN_1;</b></p><p>　　P2OUT=(dat&0x0f)<<4; //送低四位數(shù)據(jù)到P1口</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　EN_0;</b></p>

76、<p>　　P2OUT=P2OUT|0x0f; //置低四位為1</p><p>　　}//lcm初始化程序</p><p>　　void lcdinit()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(30);</p><p>　　writecom(0,0x

77、02);</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　writecom(1,0x28);</p><p>　　writecom(1,0x0c);</p><p>　　writecom(1,0x06);</p><p>　　writecom(1,0x01);</

78、p><p>　　delay(10);</p><p>　　}//在指定位置顯示一個(gè)字符，x為行，Y為列；</p><p>　　void displayone(uchar x,uchar y,uchar one)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar add;</

79、p><p>　　if (x == 1) add=0x80+y;</p><p>　　else add=0xc0+y;</p><p>　　writecom(1,add);</p><p>　　writedata(one);</p><p><b>　　}</b></p><p>

80、;<b>　　//顯示字符串</b></p><p>　　void displayleng(uchar x,uchar y,uchar *s){</p><p><b>　　y=y&0x0f;</b></p><p>　　while(*s){</p><p>　　displayone(x,y

81、,*s);</p><p><b>　　y++;</b></p><p><b>　　s++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　AD采樣：

82、</b></p><p>　　void main( void )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; //stop WTD</p><p>　　P2DIR=0XFF;</p><p>　　P2OUT=0

83、XFF;</p><p>　　ADC10CTL0 = SREF_1+ ADC10SHT_1 + REF2_5V + REFON + ADC10ON + MSC;</p><p>　　//選擇參考電壓(Vr+=Vref+,Vr-=AVss),Vref+=2.5V,內(nèi)部參考電壓發(fā)生器打開，多次采樣轉(zhuǎn)換位</p><p>　　ADC10CTL1 = INCH_2 +

84、 ADC10DIV_1 + CONSEQ_2 ; </p><p>　　// 選擇2通道采樣,ADC時(shí)鐘2分頻,單通道多次采樣</p><p>　　ADC10AE0 |= BIT2; //選擇AD采樣通道使能</p><p>　　P2DIR |=0XFF;</p><p>　　P2OUT=0X00; //顯示&l

85、t;/p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC; // 啟動(dòng)AD采樣</p><p>　　temp = ADC10MEM;

86、 //讀取寄存器的值</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　5軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試</b></p><p><b>　　硬件調(diào)試：</b></p><p&

87、gt;　　硬件調(diào)試基本分為以下四個(gè)步驟：</p><p><b>　　檢查電路：</b></p><p>　　在上電前，必須確保電路中不存在短路或斷路情況，這一工作是整個(gè)調(diào)試的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟，應(yīng)該確保每個(gè)電源都連接正確。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來(lái)檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。 </p><p>　　對(duì)照

88、電路圖，按照一定的順序進(jìn)行逐級(jí)檢查。首先，先通過(guò)萬(wàn)用表的檢測(cè)，檢查電源線與地線是否接錯(cuò)，是否短路。然后，看單片機(jī)，顯示屏，傳感器之間的引腳是否接錯(cuò)。最后檢查各焊點(diǎn)是否牢固，有無(wú)虛焊現(xiàn)象。檢查完后進(jìn)行通電觀察。</p><p><b>　　通電觀察：</b></p><p>　　在直流穩(wěn)壓電源上調(diào)好+5V電壓，然后給顯示屏，單片機(jī)通上相應(yīng)的電源進(jìn)行觀察。</p&g

89、t;<p>　　最后，用電壓表進(jìn)行測(cè)量各個(gè)電源引腳是否正常供電。通過(guò)電壓表的測(cè)量，測(cè)得各個(gè)電源引腳數(shù)據(jù)如表1，之后進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試。</p><p>　　表20 電源值測(cè)量圖</p><p><b>　　靜態(tài)調(diào)試：</b></p><p>　　先不加輸入信號(hào)，測(cè)量各級(jí)的工作電壓，電流是否符合要求。本課題使用的是直流電源，所以比較

90、簡(jiǎn)單，可以直接進(jìn)行測(cè)量。</p><p><b>　　動(dòng)態(tài)調(diào)試：</b></p><p>　　加上輸入信號(hào)，觀測(cè)電路輸出信號(hào)是否符合要求。通過(guò)用電位器調(diào)節(jié)顯示屏的背光，在傳感器模塊中調(diào)節(jié)傳感器模塊的靈敏度如表二等，看是否電路輸出達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　從此數(shù)據(jù)可看出，此設(shè)計(jì)基本符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>

91、<b>　　軟件調(diào)試：</b></p><p>　　軟件調(diào)試主要是運(yùn)用Code Composer Studio v5這款軟件進(jìn)行調(diào)試的。 </p><p>　　1）CCS新建工程：</p><p>　　首先打開CCSv5.1并確定工作區(qū)間，然后選擇project-->New CCS Projec

92、t彈出圖20對(duì)話框。</p><p>　　圖21 創(chuàng)建新工程主界面</p><p>　　在project name中輸入新建工程名稱turang。</p><p>　　在Device部分中，Variant中選擇MSP430G××× Family，芯片選擇MSP430G2553，其余選擇默認(rèn)。</p><p>　　

93、選擇空工程，然后單擊Finish，完成新工程的創(chuàng)建。</p><p>　　創(chuàng)建工程如圖21所示：</p><p>　　圖22 Project Explorer界面</p><p>　　然后選擇File-->New-->Source File，新建一個(gè)C文件，并且命名為turang.C，并在工程名上右擊選擇Add Files，創(chuàng)建工程如圖22：</p

94、><p><b>　　圖23新建工程界面</b></p><p><b>　　CCS調(diào)試：</b></p><p>　　調(diào)試之前，先確定目標(biāo)配置文件是否已經(jīng)創(chuàng)建并且配置正確。</p><p>　　首先進(jìn)行工程編譯：選擇Project-->Build Project，編譯目標(biāo)工程。編譯結(jié)果如<

95、/p><p>　　圖23所示，表示沒(méi)有錯(cuò)誤，可以進(jìn)行下載調(diào)試，如果有錯(cuò)誤，知道調(diào)試到?jīng)]錯(cuò)誤為止。</p><p><b>　　圖24工程調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　?。?）單擊運(yùn)行圖標(biāo) 運(yùn)行程序，可以觀察顯示的結(jié)果。在程序調(diào)試的過(guò)程中，也可通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)來(lái)調(diào)試程序，選擇需要設(shè)置斷點(diǎn)的位置，右擊鼠標(biāo)選擇Breakpoints-->?Bre

96、akpoint，斷點(diǎn)設(shè)置成功后顯示圖標(biāo)可以通過(guò)雙擊該圖標(biāo)來(lái)取消該斷點(diǎn)。程序運(yùn)行的過(guò)程中還可以通過(guò)單步調(diào)試按鈕進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　（4）當(dāng)然在在程序調(diào)試的過(guò)程中，可以通過(guò) CCSV5.1查看變量、寄存器、匯編程序或者是Memory等的信息 顯示出程序運(yùn)行的結(jié)果，以和預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行比較，從而順利地調(diào)試程序。</p><p><b>　　6 附錄</b><

97、/p><p><b>　　附錄一：電路圖</b></p><p><b>　　圖25電路圖 </b></p><p><b>　　附錄二：PCB板圖</b></p><p><b>　　圖26 PCB圖</b></p><p><