基于msp430f149开发板平台设计-学位论文.doc
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1、毕 业 设 计设计题目:基于MSP430的嵌入式实验平台设计 机电工程系09测控技术与仪器(1)班 系 别:_肖晨光 班 级:_张帆 姓 名:_指 导 教 师:_2013年6月8日基于MSP430的嵌入式实验平台设计摘 要本文介绍了德州仪器公司(TI公司)的FLASH型超低功耗16位单片机MSP430F149的一些特性,并将它应用于便携式智能测温仪的设计,指出它所表现出来的其他单片机所无法比拟的优越性,从中可以看出,TI公司的MSP430F149单片机内部功能强大,片内资源丰富,超低功耗,性能价格比很高,特别适用于便携式智能仪器的设计, MSP430系列单片机目前在欧洲得到了广泛的应用,MSP
2、430F149单片机在中国也必定有光明的发展前景。我所设计的是一个由MSP430F149单片机搭建的嵌入式平台,包括AD转换,DA转换以及数码管,矩阵键盘,蜂鸣器等外围电路。主要是能实现电压信号的采集与存储以及电压信号的发送,数码管用于数据显示,蜂鸣器用于过压报警等一些基本的功能,搭建了一个以MSP430F149单片机为基础的嵌入式平台。在工业实际应用中,这种430搭建的嵌入式平台可以直接作为核心部件应用与工程和科研中,具有良好的通用性和可扩展性。在这个平台的的基础上,可以很方便地进行二次开发和功能扩展,能够缩短开发周期,降低开发成本。本文实现了该平台各模块的硬件电路。该平台可以经过适当修改可
3、应用于电子设计、计算机教学与科研、工业控制等领域。关键词: MSP430F149、最小系统、平台The experiment terrace based on MSP430F149AbstractAn Example of Application Based on MSP430F149 Single Chip MicrocomputerQIU Yin-an1,2, ZHOU Yong-mei2, PENG San-cheng2,MAN Jun-feng2(1.Central South University, Changsha 410083, China;2.Department of Com
4、puter Science and Technology,Zhuzhou Institute of Technology, Zhuzhou Hunan 412008, China)Abstract:Introduced are some characteristics of MSP430F149 Single Chip Microcomputer and its data collection subsystem and presented is its application in portable intelligent monitoring system of temperature.
5、The mini-system, 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 characteristics of MSP430F149 are introduced. Also the schematic diagram
6、s of circuit theory about those modules such as power module, oscillator circuit module, reset circuit module, series module, and memory module are designed and presented. In addition, the functions of all modules are put forward. The application in the industry,the terrace based on MSP430 can be us
7、ed in engineering and scientific research as the heart section.it is glibal and can 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 revis
8、e the terrace properly,it can be used in electronic design ,computer education and research,and industry control.朗读显示对应的拉丁字符的拼音Key Words : MSP430F149、Mini-System Terrrace目 录1 绪论111 课题研究的目的背景112 430单片机与51系列单片机的比较11.3 国内430单片机开发板概况22 系统总体方案设计42.1 基本功能介绍42.2 IAR编程环境52.3 MSP430系列单片机62.3.1 MSP430系列单片机概述6
9、2.3.2 MSP430系列单片机的发展和应用82.3.3 MSP430系列单片机超低功耗的原理及实现92.4 仿真软件的介绍12第三章 硬件电路设计143.1 电源模块设计143.2复位模块设计143.3 时钟模块设计153.4 FLASH存储器电路设计163.5 ADC模块设计173.6 DAC模块设计183.7 蜂鸣器设计203.8.1 矩阵式键盘介绍213.8.2 键盘扫描原理223.9 数码管设计233.10 JTAG下载线介绍243.11 USB接口设计254 软件设计264.1 LED闪烁程序设计264.2 数码管循环显示274.3 ADC12采集并输出电压信号285.1 IAR
10、仿真软件的使用295.2 PROTEUS仿真315.2.1 LED实验仿真3252.2 数码管仿真325.2.3 ADC12仿真335.3 用AD9出PCB图33图 5-18铺铜后376 总结38致谢39参考文献40附录42附录I 系统电路原理图42附录II PCB图43附录III 程序清单44唐 山 学 院 毕 业 设 计1 绪论11 课题研究的目的背景 目前来看,在国内的绝大部分大学教学都用51系列单片机,因此各种品牌与不同型号的51单片机层出不穷。因此不管是教学、比赛、课程设计还是学生自己研究都是用51系列单片机。然而,工业设计和使用中,都是使用430系列的单片机,因为430单片机功能多
11、,运算速度快,低功耗等优点,所以受到工业开发的青睐。我们课程上所学的硬件设计和编程都和实际的工业设计有很大的差距,因此在学习51系列单片机的基础上,进行430单片机的开发与研究非常有必要。430单片机发展历史悠久,种类繁多,在电子领域越来越受到人们的重视,已经达到前所未有的高度。430单片机在工业方面的应用远胜于其他系列的单片机,因为它功能强大而且功耗低,这是其他单片机所不能比拟的。广大电子爱好者及工业电子研发人员对430系列单片机的高度重视,使得它在市场取得很大突破。针对对430单片机技术在电子行业自动化方面的重要应用,为满足广大学生、爱好者、产品开发者迅速学会掌握单片机这门技术,于是产生4
12、30单片机开发板。实践表明,16位的单片机占据着市场很大的份量4。MSP430F149单片机搭建的嵌入式平台是一个学习的工具,也是一个研究深造的工具。它服务于以下三类人:一类是在校的电子专业及仪器仪表专业的学生,因为他们虽然理论学的很好,但缺乏实战经验。这个由MSP430F149搭建的嵌入式平台能够将他们课本上学到的知识转化为真正的电子产品。一类是业余的电子爱好者,他们的特点是有一定的做实际电子产品的经验,但是理论不足。他们可以通过这个平台,边做边学,由事物转化到原理图和程序上来,转到理论上来。最后一类人就是有一定的理论和较少的开发经验者。这类人最适合用这种简单基础的实验平台,从电阻、电容开始
13、画图,从最简单的代码编程,理论与实际相结合来提升自己的能力。12 430单片机与51系列单片机的比较 首先,89C51单片机是8位单片机,编程指令非常复杂,给初学者及编程人员带来很大不便。51系列单片机有111条指令,这样多的指令在编写程序时难以熟练地掌握和应用,而且编程产生错误的概率非常高。430系列单片机在这方面就有很大优势,430单片机仅有27条内核指令,功能强大的同时还简化了编程任务,不得不说430系列单片机在这方面的实用性之强大,也以自己突出的单周期内核指令以缩短了运行周期,加快了在实际下载仿真以及运行过程中的速度。其次,430系列单片机的低功耗性能也是51系列单片机所不能比拟的。5
14、1系列单片机的工作电压为5V,而430系列单片机只要3.3V电压就可以正常工作。而且功耗低并不影响430系列单片机的运行速度,这也是工业设计当中绝大多数都使用430系列而不用51单片机的主要原因。目前,在仪器仪表方面,尤其是可持性仪器仪表,一般都用蓄电池,便于携带,这时对单片机的低功耗要求就显得尤为重要了,430系列单片机就是以自己这个显著的优势在仪器仪表行业中地位越来越重要。 再者,89C51系列单片机由于其内部总线是8位的,其内部功能模块基本上都8位的,功能相对简单。虽然一些基本的功能,像LED、数码管及AD转换等都可以在51系列单片机上完成,但这只局限在教学方面,工业方面特殊功能的要求不
15、是51系列单片机所能满足的。MSP430系列其基本架构是16位的,而且兼容8位的功能模块,在扩展更多功能的同时,51系列单片机的基础功能430也是具备的,而且运行的更快。在工业电子设计领域,430系列单片机16位高功能更具备研发的使用价值。最后,就是在开发工具方面。51系列单片机虽然很据实用性,而且历史比430系列单片机更加悠久,在一系列电子论坛上,51系列单片机的开发实例也远比430多,但是51系列单片机不能在线编程,这就是它在实际研发中的重大缺陷。430系列单片机由于引入了FLASH型程序存储器和JTAG技术,不仅使开发工具变得简便,在线编程以及价格优势都是51系列单片机所不具备的,这也是
16、实际设计应用非常重视的一个环节7。1.3 国内430单片机开发板概况 如同所有教学开发板一样,430系列单片机的开发板也是照顾到所有的用户,功能很多而且结构比较复杂。对于个人使用来说不免带来不必要的麻烦。而且如果想完成自己需要的设计,找出最直接的模块就显得相对繁琐了。而且一些设计对精度和功能等有一定的要求,开发板上自己配置的芯片可能满足不了需求,因此,有一个单一的、简单的,自己设计的最小系统很有必要。 对于教学来说,导师需要一个简单的最小系统,而且自己对自己的实验平台应该很熟悉,这样才能把最基础,最详细的430开发电路与编程指令传输给学生。我们做一个自己的最小系统,做自己的教学,做自己的开发试
17、验,就显得得心应手。对于对外围电路的开发与扩展,可以根据自己的需求和喜好进行设计,即方便又能锻炼实战经验。1.4 论文研究的主要内容 用MSP430F149向外发送数字信号,通过DA转换成模拟信号,其信号大小可有矩阵键盘实现。当外部模拟信号进来时,通过AD转换,将模拟信号转换为数字信号,进行存储和显示。蜂鸣器可设计成报警功能,在实际应用场合,电压值不可能无穷大,当电压值达到一定时,用单片机控制蜂鸣器进行报警。 这个最小系统可以说是一个最基本的开发平台,任何设计几乎都会设计到信号的采集与存储,信号的发送,键盘的操作,数码管的显示及蜂鸣器的报警这些简单的功能。这个最小系统是直接与工业实际应用相接轨
18、的。另外,我对430单片机应用电压5V和3.3V电压,复位电路以及FLASH存储器的选择,外部JTAG下载口和USB转换等都进行了设计,这些都会在以后的章节中进行详细的阐述。2 系统总体方案设计2.1 基本功能介绍基于16位430单片机MSP430F149的嵌入式平台设计,是集数模、模数转换、电源设计、JTAG下载口、USB转换、键盘及数码管显示模块于一体的最小系统。硬件原理总体框图如图2-1所示MSP430F149按键输入电源时钟电路显示报警电压信号输出电压信号图2-1 系统原理框图单片机开发板是一个实际应用的系统,能够为相关的单片机实验提供支持。此开发板是参考单片机教材中的实验内容设计的,
19、能够实现一些测试实验。本设计主要特点是实用,针对性比较强,为教学和初学者自主学习提供很好的平台。本论文包括硬件系统的详细设计及C语言程序流程图的制作。此开发板设计的功能如下:(1)12位AD转换。(2) 8M Flash存储器(M25P80)。(3)TLC5615信号发生器。(4)矩阵键盘。(5)数码管显示模块。2.2 IAR编程环境MSP430单片机还有一个特点就是支持汇编语言编程和C语言编程两种编程方式,本设计采用的是C语言。由于采用C语言开发可以在很大的程度上提高开发人员的效率,同时缩短研发时间,并且C语言的程序方便阅读,在遇到同样的模块和结构时还可以移植,为电子爱好者也为本次设计提供了
20、很大的帮助。本设计采用的是IAR软件进行编程,有单片机自带的JTAG下载口,下载到FLASH存储器里,再由IAR软件通过JTAG接口读取单片机内信息,实时监测单片机上运行的程序,实现在线仿真。本设计采用proteus仿真,将C语言程序生成.HEX文件进行下载仿真。为了方便程序调度和提高可靠性,IAR采用结构化、模块化设计方法,每个模块完成一个特定功能,主要由初始化程序、主程序、子程序等组成,通过软件编程实现系统的数据处理、存储、显示等操作8。IAR 集成的编译器是现在430单片机使用者最常用的编程软件,不管是教学还是工业上,都在使用IAR软件。方便、快捷、通用性强使得IAR在市场上竞争优势很大
21、,这种优势让它受到广大使用者的青睐。尤其是430系列单片机,当人们提到430单片机时,IAR几乎成为人们默认的编程软件。相比较而言,KEIL软件也是学生学习和老师教学的编程软件,但它就几乎局限于51系列单片机,对16位的430系列单片机的编程只能望尘莫及。由于IAR公司在微处理器C/C+编译器设计方面的丰富经验,目前没有任何一家公司的产品可以接近IAR公司针对8 位、16 位、32 位处理器生产的30多种不同C/C+编译器的水平。经过反复实验证明,IAR 的编程环境运行速度快,应用范围广,它是针对具体模块具体芯片的编程环境,使得编程环境规范化,而且稳定性非常好。IAR十分重视指令的精简,不断的
22、优化指令集,以提高编程速率。针对AVR 的IAREmbedded Workbench4.10B版,生成的代码的尺寸比3.20A 版缩小了10%,远远小于其他同类编译器生成的代码尺寸。IAR 生成的小尺寸代码可以节省存储器空间,而且对处理器的要求降低,可以应用更廉价的处理器完成高质量的任务 10。 在使用的过程中,感觉在使用的过程中非常方便。从开始的建一个工程到程序的编写,编完之后的执行与编译,以及在加强功能,不断增加新程序,改动程序的过程中都是十分方便的。本次设计是用proteus仿真,在仿真软件加载程序时也是直接在单片机里下载.HEX文件就可以了,不用大费周章的学习和复杂途径的下载,为使用者
23、节约了很多时间。IAR 是一套完整的集成开发工具集合:从开始建立工程,到程序的编写,最后对成品程序的编译,集成了编译器和调试器等多种功能。此外,它在事物和仿真下载程序方面也是十分方面的,可生成多种格式文件,便于和事物和其他仿真软件的连接。本设计采用的是.HEX文件,只要在仿真软件画完原理图直接下载程序就可仿真13。2.3 MSP430系列单片机2.3.1 MSP430系列单片机概述MSP430 系列单片机是美国德州仪器(TI)1996 年开始推向市场的一种 16 位超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Pocessor)。称之为混合信号处理器,把多种功能的各种电路全都附加在一个芯
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- 基于 msp430f149 开发 平台 设计 学位 论文
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