基于msp430稱重系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 令周期以及多功能的硬件乘法器（能實現(xiàn)乘加）相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如 FFT 等） 。MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用 6μs。（3）功耗低MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運(yùn)行時鐘方面都有其獨(dú)到之處。（4）系統(tǒng)穩(wěn)定上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動 CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU 時鐘 MCLK 時發(fā)生故障，DCO 會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。（5）偏上外圍模塊豐富MSP430 系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（WDT） 、模擬比較器 A、定時器 A（Timer_A） 、定時器 B（Timer_B ） 、串口 0、1（USART0、1） 、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10 位/12 位 ADC、I 2 基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)7C 總線直接數(shù)據(jù)存?。?DMA） 、端口 O（P0） 、端口 1~6（P1~P6） 、基本定時器（Basic Timer）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出AD 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線；P0、P1 、P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；12/14 位硬件 AD 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 160段；實現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 I 2 C 串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（DMA）模塊。MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。（6）開發(fā)環(huán)境方便高效目前 MSP430 系列有 OPT 型、FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺 PC機(jī)和一個 JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和C 語言。 MSP430 單片機(jī)接口電路設(shè)計MSP430 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路包括：晶振電路，復(fù)位電路，JTAG 仿真、調(diào)試接口電路。a．晶振電路每個單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)8R7VccS2SWSPSTRESET達(dá)百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振電路如圖 所示。圖 晶振電路b．復(fù)位電路為 確 保 微 機(jī) 系 統(tǒng) 中 電 路 穩(wěn) 定 可 靠 工 作 ， 復(fù) 位 電 路 是 必 不 可 少 的 一 部 分 ，復(fù) 位 電 路 的 第 一 功 能 是 上 電 復(fù) 位 。 一 般 微 機(jī) 電 路 正 常 工 作 需 要 供 電 電 源 為5V177。5%， 即 ～ 。 由 于 微 機(jī) 電 路 是 時 序 數(shù) 字 電 路 ， 它 需 要 穩(wěn) 定 的 時鐘 信 號 ， 因 此 在 電 源 上 電 時 ， 只 有 當(dāng) VCC 超 過 低 于 以 及 晶體 振 蕩 器 穩(wěn) 定 工 作 時 ， 復(fù) 位 信 號 才 被 撤 除 ， 微 機(jī) 電 路 開 始 正 常 工 作 。本設(shè)計采用手動按鈕復(fù)位，當(dāng)人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則 Vcc 的+5V 電平就會直接加到 RST 端。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。MSP430 系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機(jī)器周期(24 個振蕩周期)以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。如圖 所示為復(fù)位電XTC130pFC230pFXINXOUT基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)9路圖。圖 復(fù)位電路c．JTAG 仿真、調(diào)試接口電路JTAG 也是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議（IEEE 兼容） ，主要用于芯片內(nèi)部測試?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持 JTAG 協(xié)議,如 DSP、FPGA 器件等。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。相關(guān) JTAG 引腳的定義為：TCK 為測試時鐘輸入；TDI 為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過 TDI 引腳輸入 JTAG 接口；TDO 為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過 TDO 引腳從 JTAG 接口輸出；TMS 為測試模式選擇，TMS用來設(shè)置 JTAG 接口處于某種特定的測試模式；TRST 為測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。TI 還定義了一種叫 SBWJTAG 的接口，用來在引腳較少的芯片上通過最少的利用引腳實現(xiàn) JTAG 接口，它只有兩條線，SBWTCK，SBWTDIO。實際使用時一般通過四條線連接，VCC，SBWTCK，SBTDIO ，GND，這樣就可以很方便的實現(xiàn)連接，又不會占用大量引腳。JTAG 編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進(jìn)行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程,從而大大加快工程進(jìn)度。JTAG 接口可對 PSD 芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程。在硬件結(jié)構(gòu)上，JTAG 接口包括兩部分：JTAG 端口和控制器。與 JTAG 接口兼容的器件可以是微處理器（MPU） 、微控制器（MCU） 、PLD、 CPL、FPGA、ASIC 或其它符合 規(guī)范的芯片。 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定對應(yīng)于數(shù)字集成電路芯片的每個引腳都設(shè)有一個移位寄存單元，稱為邊界掃描單元 BSC。它將 JTAG 電路與內(nèi)核邏輯電路聯(lián)系起來，同時隔離內(nèi)核邏輯電路和芯片引腳。由集成電路的所有邊界掃描單元構(gòu)成邊界掃描寄存器 BSR。邊界掃描寄存器電路僅在進(jìn)行 JTAG 測試時有效，在集成電路正常工作時無效，不影響集成電路的功能。如圖 為 JTAG 接口電路圖。基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)10圖 JTAG 接口電路圖如圖 所示為 MSP430 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖。圖 MSP430 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖1 23 45 67 89 1011 1213 14CON1JTAGR11MR21MR31MC2 104VccC1104Vcc TDOTDITMSGNDRESET UTRXD0UTXD0S0S1RESETS2TCLS3SMTS4TDIS6TD0S5 S7S8S9S10S11S12NC11+2S133S124S115S106S97S88S79S610S511S412S313S214S115S016COM317COM218COM119COM020LCD_08S13S14S15COM3COM2COM1COM0S2 S0S1S13S12S15 S11S10S9S8S7S6S5S4S3 COM3COM2COM1COM0LCD偏偏VccXTS2SWSPSTC130pFC230pFXINXOUTDVcc1 +2 +4 +6 XIN8XOUT9 Vref10S113 S214S315 S416S517S618S719S820S921S1022S1123S1224S1325S1426S1527S1628S1729S1830S1931S2032S21 33S22 34S23 35COM0 36COM1 37COM2 38COM3 39R03 40R13 41R23 42R33 /S2949/S3050/S31515253TDO/TDI54TDI/TCLK55TMS56TCK57RST/NMI58/URXD059/UDXT060/SVSIN61AVss62DVss63AVcc64MSP430F425S?基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)11 電源管理模塊設(shè)計 5V 轉(zhuǎn)換電路傳感器需要 12V 電壓供電，而 LCD 顯示模塊需要 5V 供電，這就需要將12V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V 電壓。如圖 所示為 12V 轉(zhuǎn) 5V 轉(zhuǎn)換電路。圖 12V 轉(zhuǎn) 5V 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路由于 MSP430 單片機(jī)使用 電源供電，所以要將經(jīng)過 LM7805 轉(zhuǎn)換得到的 5V 電壓，再經(jīng) LM1117 將電壓轉(zhuǎn)換為 。如圖 所示為 5V 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)換電路圖。圖 5V 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)換電路圖1 2 3LM1117R3104R4104+C3+ C4 5V基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)12 信號采集模塊電路設(shè)計 工作原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于如下原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重系統(tǒng)的主要部分。a．電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片的重要參數(shù)是靈敏系數(shù) K。設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為 L，橫截面是半徑為 r 的圓形，其面積記作 S，其電阻率記作 ρ，這種材料的泊松系數(shù)是 μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為 R： R = ρL/S（Ω） （31） 當(dāng)他的兩端受 F 力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少 Δr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作 Δρ。對式（31 ）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （32 ） 用式（31）去除式（ 32）得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （33） 另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積 S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r （34） 從材料力學(xué)我們知道 Δr/r = μΔL/L （35 ） 其中，負(fù)號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ 是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式（34） （35）代入（33） ，有 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ ）/（ΔL/L ） ）*ΔL/L基于 MSP430 的稱重系統(tǒng)13 = K *ΔL/L （ 36） 其中： K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （37 ） 式（36）說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。 需要說明的是：靈敏度系數(shù) K 值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，