基于單片機的有害射線監測器畢業論文設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ASH是0FFFFH以下的一定數量的存儲空間，可存放系統程序或者應用程序及常數，可以避免斷電等意外情況而造成存儲的信息丟失。程序代碼必須偶地址尋址。程序代碼包括：中斷向量區、用戶程序代碼和系統引導程序(FLASH型)。三、外圍模塊寄存器MSP430系列單片機內所有外圍模塊都可以用軟件訪問和控制，外圍模塊相關的控制寄存器和狀態寄存器都被安排在0000H~01FFH范圍的RAM中。MSP430可以像訪問普通RAM單元一樣對這些寄存器進行操作。這些寄存器也分為字節結構和字結構，因此，地址空間0100H~01FFH留作安排字模塊，地址空間0010H~00FFH安排字節模塊，地址空間0000H~000FH保存特殊功能寄存器，如表31所示。特殊功能寄存器與外圍模塊的寄存器數量和MSP430的具體型號有關，它們離散地分布在0000H~01FFH范圍的地址空間中。訪問不被占用的內存單元也是沒有意義的，不能對其進行讀寫操作。這些暫時沒有被定義的RAM單元可用于TI后續的系統外圍模塊擴展。表31 外圍模塊空間分布01FFH~0100H16位外圍模塊00FFH~0010H8位外圍模塊000FH~0000H特殊功能寄存器 本章小結本章主要介紹了MSP430單片機的一些基本概念以及特點，對MSP430單片機的結構進行了簡單敘述，初步的了解了MSP430單片機，其中MSP430單片機片內外設的原理及使用方法沒有在本章詳細敘述，如MSP430的各種I/O端口，各種定時器等等，在下一章硬件設計中將詳細敘述它們的原理及使用方法。第4章 有害射線監測器的硬件設計第4章 有害射線監測器的硬件設計 硬件原理框圖本設計采用TI公司生產的MSP430系列單片機MSP430F4250型號單片機芯片作為核心控制芯片。其中主要硬件包括MSP430單片機、液晶顯示器、鍵盤、傳感器、上位機、時鐘芯片和通訊接口芯片MAX3222組成。其原理框圖如圖41所示。MSP430F4250傳感器鍵盤LCDMAX3222PCJTEG報警圖41 系統硬件原理框圖其中采集數據傳感器采用專用傳感器（蓋格管）檢測現場有害射線含量，鍵盤選擇獨立式按鍵結構，設置4個按鍵，分別為功能選擇鍵和數值設定鍵。其中功能選擇為工作模式、參數設置模式和報警模式。通訊接口芯片選用MAXIM公司生產的MAX3222型號芯片。 MSP430F4250簡介MSP430F4250管腳布置如圖42所示。圖42 MSP430F4250管腳布置其引腳功能如表41所示。表41 MSP430F4250引腳功能引腳說明TDO/TDI測試數據輸出端口。TDO/TDI數據輸出或程序數據輸入口TDI/TCLK測試數據或測試時鐘輸入。裝置保護保險連接在TDI/TCLKTMS測試模式選擇。TMS用作裝置程序和測試的輸入口TCK測試時鐘。TCK是裝置程序和測試的時鐘輸入口/NMI通用數字I/O口/復位輸入或不可屏蔽中斷輸入端DVcc數字供應電壓，正輸入端DVss數字供應電壓，負輸入端XIN晶振XT1輸入端XOUT晶振XT1輸出端AVss模擬供應電壓，正輸入端AVcc模擬供應電壓，負輸入端VREF模擬參考電壓+通用數字I/O口/模擬輸入口A0+續表1通用數字I/O口/模擬輸入口A0+通用數字I/O口/模擬輸入口A1+通用數字I/O口/模擬輸入口A1通用數字I/O口通用數字I/O口通用數字I/O口通用數字I/O口+通用數字I/O口/模擬輸入口A2+通用數字I/O口/模擬輸入口A2ACLK/A3+通用數字I/O口/Timer_A,時鐘信號TACLK輸入口/ACLK輸出口/模擬輸入口A3+通用數字I/O口/模擬輸入口A3/DAC12輸出口+通用數字I/O口/Timer_A,捕獲:CCI2A,比較:Out2輸出/模擬輸入口A4+通用數字I/O口/Timer_A,捕獲:CCI1A,比較:Out1輸出/模擬輸入口A4MCLK通用數字I/O口/Timer_A,捕獲:CCI0B/MCLK輸出。注意：TA0在這個引腳僅是輸出/BSL接收口通用數字I/O口/Timer_A,捕獲:CCI0A輸入,比較:Out0輸出/BSL發送口LCDREF/R13LCD外部參考電壓輸入/第三輸入端口LCD最大模擬電壓級LCDCAP/R23LCD充電電容連接口/第二輸入端口LCD最大模擬電壓級通用數字I/O口/LCD段輸出0通用數字I/O口/LCD段輸出1通用數字I/O口/LCD段輸出2通用數字I/O口/LCD段輸出3續表2通用數字I/O口/LCD段輸出4S5LCD段輸出5通用數字I/O口/LCD段輸出6通用數字I/O口/LCD段輸出7通用數字I/O口/LCD段輸出8通用數字I/O口/LCD段輸出9通用數字I/O口/LCD段輸出10通用數字I/O口/LCD段輸出11通用數字I/O口/LCD段輸出12通用數字I/O口/LCD段輸出13COM0公用輸出口，COM03被用作LCD公共輸出端通用數字I/O口/ COM03被用作LCD公共輸出端通用數字I/O口/ COM03被用作LCD公共輸出端通用數字I/O口/ COM03被用作LCD公共輸出端 I/O端口在MSP430F4250這個型號的單片機中有PPP5和P6四個I/O端口。這四個端口都能用做輸入和輸出。但只有P1和P2口具有中斷能力，其每個引腳信號都可作為一個中斷源。 端口P1和P2P1和P2口有7個寄存器用于引腳控制。這些模塊寄存器位于低端地址，須用字節指令以絕對尋址模式訪問。P1和P2口的結構如圖43所示。(1) P1DIR，P2DIR P1和P2端口方向選擇寄存器相互獨立的8位分別定義了8個引腳的輸入/輸出方向。8位在PUC后都被復位。一般在使用端口時，都要先定義該寄存器，使引腳的輸入/輸出滿足設計者的要求。0：I/O引腳被切換成輸入模式；1：I/O引腳被切換成輸出模式。圖43 P1和P2口的結構(2) P1IN，P2IN P1和P2端口輸入寄存器輸入寄存器是CPU掃描I/O引腳信號的只讀寄存器。用戶不能對它寫入，只能通過讀取該寄存器中內容知道I/O端口的輸入信號。此時引腳的方向必須選定為輸入。(3) P1OUT，P2OUT P1和P2端口輸出寄存器該寄存器為I/O端口的輸出緩沖寄存器?？捎盟邪康牟僮鲾档闹噶钚薷?，以達到改變I/O口狀態的目的。在讀取時輸出緩存的內容與引腳方向定義無關。改變方向寄存器的內容，輸出緩存的內容不受影響。(4) P1IE，P2IE P1和P2端口中斷使能寄存器P1和P2口的8個引腳都可能引起中斷事件的發生，每一個引腳都有一位用以控制該引腳是否使能中斷。P1IE和P2IE的各位定義如下：0：禁止該位中斷；1：允許該位中斷。76543210(5) P1IES，P2IES P1和P2端口中斷觸發沿選擇寄存器如果允許P1和P2口的某個引腳中斷，還須定義該引腳的中斷觸發沿。該寄存器的8位分別定義了P1和P2口的8個引腳的中斷觸發沿。0：對應引腳由低到高的電平跳變(上升沿)使相應標志置位；1：對應引腳由高到低的電平跳變(下降沿)使相應標志置位。(6)P1IFG，P2IFG P1和P2端口中斷標志寄存器該寄存器有8個標志位，標志相應引腳是否有待處理中斷的信息，即相應引腳是否有中斷請求。寄存器定義如下：765432100：沒有中斷請求；1：有中斷請求。(7) P1SEL，P2SEL P1和P2端口功能選擇寄存器P1和P2兩端口還具有其他片內外設功能，為了減少引腳，將這些功能與芯片外的聯系通過復用P1和P2引腳的方式來實現。P1SEL和P2SEL用來選擇引腳的I/O端口功能與外圍模塊功能。0：選擇引腳為I/O端口；1：選擇引腳為外圍模塊功能。 端口P5和P6端口P5和P6沒有中斷能力，其余功能同P1和P2，可以實現輸入/輸出功能和外圍模塊功能。除掉端口P1和P2與中斷相關的3個寄存器，端口P5和P6有4個寄存器供用戶使用。用戶可通過這4個寄存器對它們進行訪問和控制。每個端口的4個寄存器分別為：P5和P6端口方向選擇寄存器(PnDIR)，輸入寄存器(PnIN)，輸出寄存器(PnOUT)，功能選擇寄存器(PnSEL)。具體定義和用法同PP2端口。 定時器定時功能模塊是MSP430應用系統中經常用到的重要部分，可用來實現定時控制、延遲、頻率測量、脈寬測量和信號產生、信號檢測等。此外還可以作為串行接口的可編程波特率發生器，在多任務的系統中用來作為中斷信號實現程序的切換。MSP430系列有豐富的定時器資源：看門狗定時器(WDT)，基本定時器(Basic Timer1)，定時器A(Timer_A)和定時器B (Timer_B)等。器件因系列不同可能包含這些模塊的全部或部分。這些模塊除了都具有定時功能外，各自還有一些特定用途，在應用中應根據需求選擇多種定時器模塊。本設計用到的定時器有看門狗定時器(WDT)和定時器A(Timer_A)，所以下面簡單介紹一下這兩個定時器。 看門狗定時器(WDT)看門狗定時器(WDT)實質上是一個定時器，其主要功能是：當程序發生故障時能使受控系統重新啟動。如果WDT超過所定時的時間，即發生系統復位。如果系統不需要看門狗功能，也可將它當定時器使用，當到達WDT所定時的時間能產生中斷。WDT有如下特性：(1) 其主體是一個16位計數器；(2) 需要口令才能對其操作；(3) 有看門狗和定時器兩種模式；(4) 有8種可選的定時時間。WDT有一個專門的控制寄存器WDTCTL，WDTCTL由兩部分組成：高8位被用作口令，低8位是對WDT操作的控制命令。要寫入操作WDT的控制命令，出于安全原因必須先正確寫入高字節看門狗口令。口令為5AH，如果口令寫錯將導致系統復位。讀WDTCTL時，不需要口令?？芍苯幼x取地址120H中的內容，讀出數據低字節為WDTCTL的值，高字節始終為69H。WDTCTL除了看門狗定時器的控制位之外，還有兩個位用于設置NMI引腳功能。下面是WDTCTL寄存器各位的定義：15~876543210口令HOLDNMIESNMITMSELCNTCLSSELIS1IS0IS0，IS1 選擇看門狗定時器的定時輸出。其中T是WDTCNT的輸入時鐘源周期。0：T；1：T；2：T；3：T。SSEL 選擇WDTCNT的時鐘源。0：SMCLK；1：ACLK。由IS0、IS1及SSEL 3位便可確定WDT定時時間，因此通過軟件對計數器設置不同的初始值就可實現不同時間的定時。與其他定時器不同之處在于，WDT最多只能定時8種和時鐘源相關的時間。CNTCL 當該位為1時，清除WDTCNT。TMSEL 工作模式選擇。0：看門狗模式；1：定時器模式。NMI 選擇/NMI引腳功能，在PUC后被復位。0：/NMI引腳為復位端；1：/NMI引腳為邊沿觸發的非屏蔽中斷輸入。NMIES 選擇中斷的邊沿觸發方式。0：上升沿觸發NMI中斷；1：下降沿觸發NMI中斷。HOLD 停止看門狗定時器工作，降低功耗。0：WDT功能激活；1：時鐘禁止輸入，計數停止。 16位定時器A(Timer_A)TI推出的所有MSP430系列FLASH型單片機都有定時器A(Timer_A)，它是程序設計的核心。它由一個十六位定時器和多路比較/捕獲通道組成。每一個比較/捕獲通道都可以以16位定時器的定時功能為核心進行單獨的控制。MSP430系列單片機的TIMER_A有以下特性：(1) 輸入時鐘可以有多種選擇，可以是慢時鐘、快時鐘以及外部時鐘。(2) 雖然沒有自動重載時間常數功能，但產生的定時脈沖或 PWM（脈寬調制）信號沒有軟件帶來的誤差。 (3) 不僅能捕獲外部事件發生的時間還可鎖定其發生時的高低電平。 (4) 可實現串行通訊。(5) 完善的中斷服務功能。(6) 4種計數功能選擇。(7) 8種輸出方式選擇。(8) 支持多時序控制。(9) DMA使能。圖44為Timer_A結構原理圖。圖44 Timer_A結構原理圖從圖中可以看出，Timer_A由以下部分組成：(1) 計數器部分：輸入的時鐘源具有4種選擇，所選定的時鐘源又可以4或8分頻作為計數頻率，Timer_A可以通過選擇4種工作模式靈活的完成定時/計數功能。(2) 捕獲/比較器：用于捕獲事件發生的時間或產生時間間隔，捕獲比較功能的引入主要是為了提高I/O 端口處理事務的能力和速度。不同的MSP430單片機，Timer_A模塊中所含有的捕獲/比較器的數量不一樣，每個捕獲/比較器的結構完全相同，輸入和輸出都決定于各自所帶的控制寄存器的控制字，捕獲/比較器相互之間工作完全獨立。(3) 輸出單元：具有可選的8種輸出模式，用于產生用戶需要的輸出信號。支持PWM。Timer_A有豐富的寄存器資源，這里僅介紹Timer_A的控制寄存器TACTL，全部關于定時器及其操作的控制位都包含在定時器控制寄存器TACTL中。POR信號后TACTL的所有位都自動復位，但在PUC信號后不受影響。TACTL各位的定義如下：15~10