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1、基于MSP430F449单片机的数据通信与显示系统设计 摘 要：MSP430單片机是TI公司于11016年推向市场的一款超低功耗16位微限制器，其最显著的特点是超低的功耗以及丰富的片上外设资源，便利高效的开发环境可应用于模拟信号的采集传感系统。文中设计了一种基于MSP430F449型单片机的数据通信显示系统，通过PC机和液晶显示屏试验验证了无线数据通信功能。最终展望了MSP430系列单片机在电力系统中广袤的应用前景。 关键词：单片机；低功耗；无线传输；液晶显示 中图分类号：TN926+.23；TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-130201-00-03 0 引 言 MSP430单片机
2、是TI公司于11016年推向市场的一款超低功耗16位MCU，采纳高效精简指令集系统，存储空间统一编址，其最显著的特点是超低的功耗以及丰富的片上外设资源。本文设计并验证了一种基于MSP430F449型单片机最小系统的数据通信显示系统，采纳ZigBee模块进行数据通信，采纳12864LCD液晶显示接收到的数据，该设计系统可采纳电池作为供电电源，具有功耗低、体积小等特点，可满意便携式须要。最终展望了MSP430系列单片机广袤的应用前景。 1 硬件设计 1.1 系统组成 设计的通信显示系统可用于电气测量系统，通过传感器、信号放大滤波电路、AD转换电路，将有效电信息转换为数字信号后，通过ZigBee模块
3、无线发送至本显示系统。通信显示系统包括ZigBee无线串口发送接收模块、MSP430F449主控模块及12864点阵式液晶显示模块三部分。电路可由电源接口供电，亦可采纳两节电池供电，便利携带，由于MSP430F449芯片供电电压为3.3 V，因此需增加电源芯片进行电平转换。 图1所示为系统组成框图，信号发送与接收之间的距离依据选用的ZigBee模块而有所不同，例如本文采纳的ZigBee模块的无线收发距离为1.6 km。 1.2 微限制器 微限制器在早期称为单片微型计算机，随着应用的深化以及单片机自身不断的进步，片上外设资源日趋丰富。世界上最大的模拟电路技术部件制造商德州仪器在11016年推出了
4、一款超低功耗16位微限制器MSP430，该微限制器不仅具有超低功耗、成本低廉等特点，还具有敏捷的开发环境。 MSP4xx系列属于LCD Flash或ROM系列，有着非常便利的开发调试环境，器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的Flash存储器。待机唤醒时间小于6 s，是低功耗测量和医疗应用的志向选择。 考虑到本设计可应用于低功耗测量、便携显示设备，故选择MSP430F449作为主控芯片。MSP430F449集成了频率锁相环时钟系统，通过低频时钟、可选的高频时钟以及片内数字限制RC振荡器作为输入，可产生4种时钟信号，程序员通过软件选择限制时钟频率，从而实现最优的系统低功耗，449具有5种低功
5、耗模式，通过程序状态寄存器四位的组合操作可选择随意模式。 1.3 通信方式 ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。依据该协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。具有近距离、低困难度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等特点。主要适用于自动限制和远程限制领域，可以嵌入各种设备。 本文选择DTK深圳中鼎泰克电子公司生产的UART串口转无线模块DRF1605H用于数据无线传输，该无线模块已内置ZigBee协议，可实现数据的透亮传输。 ZigBee模块有两种类型的节点Coordinator及Router，每个ZigBee网络由一个主节点及N个从节点构成，同一个Zi
6、gBee网络内的节点采纳相同网络ID，运用该公司的ZigBee模块配置软件即可胜利将ZigBee模块组网，组网后的ZigBee模块即使掉电后重新上电也不会丢失参数。主从节点之间的数据是自动发送的，将波特率设置为38 400 b/s，即可像串口线一样运用该无线模块。图2所示为MSP430F449与ZigBee模块的硬件连线简图，仅需四根线即可实现无线接收模块与单片机的通信。 1.4 显示 在全部MSP430X44X系列单片机中，都有一个外围LCD限制器，可以自动产生沟通段信号和公共信号，具有20字节的显示缓存，可以驱动段式液晶。但考虑到本设计须要多行显示汉字及字母甚至图像，用单片机限制12864
7、BG点阵式液晶。该液晶显示屏主要由行驱动器、列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示84汉字。 LCD有6个限制引脚，三态8位并行数据线，液晶显示器驱动正负极，电源、背光正负极共20个引脚，将20个引脚分别与单片机相应的输入输出口相连，结合指令表以刚好序编写主程序，方可实现液晶显示功能。 2 软件设计 2.1 主程序流程图 看门狗定时器是MSP430系列单片机常用的一种部件，用于防止程序跑飞。主程序需首先关闭看门狗，完成全部初始化程序，设置使能中断后进入主循环中的低功耗模式等待串口接收数据，串口一旦接收到数据，将触发中断并退出低功耗模式，接收到的数据通过数组存放于内
8、存中，随后调用显示子程序实现液晶显示功能。若要防止系统陷入死循环，还需在主循环中设置看门狗计数模式，当程序跑飞时则无法清零看门狗计数器，同时将产生系统信号复位，脱离死循环状态。图3所示为主程序流程图。 2.2 串口接收程序 单片机之间或单片机与PC机之间进行数据的交换称为通信，例如电力系统沟通采样装置可以通过串行口接收上位机吩咐，将所需电压、电流以及功率等电参数传递给上位机。并行通信一般用于CPU与存储器之间的数据或地址传送，即单片机应用系统内部通信；串行通信适于远距离通信，其传送方向分为单工、半双工及全双工，MSP430单片机的USART外围 模块支持异步串行通信UART模式和同步串行通信S
9、PI模式。异步是指不同步，一般通信双方时钟各自独立，事实上每次数据在传送起先时都会有一个触发信号，MSP430的串行异步模式便采纳一个起始位作为触发信号，以在数据传送过程中保证时钟基本同步。同步通信的双方共用同一个时钟进行数据传送，发送方发送速率与接收方速率完全相同，这就必需在传送数据位的同时将时钟信号的信息传送给通信的另一方，其中最广泛的同步通信标准为SPI，主要用于微限制器和外围器件的同步通信。本文采纳MSP430 USART模块的UART模式，即异步串行通信。 USART模块包括波特率部分、接收部分、发送部分。接收部分包括接收缓冲寄存器以及接收部件，接收缓存器存放接收到的数据，等待用户处
10、理。发送部分包括发送缓冲寄存器以及发送部件，发送寄存器存放待发送数据，发送部件将发送寄存器中的数据逐位发送出去。上述过程在波特率时钟的节拍下完成，发送接收双方必需有相同的波特率，在波特率发生器中调整分频因子获得相应的波特率，其中分频计数器实现整数部分，调整器使得小数部分尽可能精确。 UART的根本功能是正确无误的将串行数据转化为供计算机运用的并行数据或者将计算机运用的并行数据发送到串行线路。运用一系列标记位进行限制转化过程。 UART外围模块有接收和发送两个独立的中断向量，运用两个独立的中断向量便于CPU的中断处理，提高效率。此外，USART模块接收字符时能自动进行校验错误、帧错误、溢出错误和
11、打断状态检测。图4所示为串口接收程序流程图。 2.3 显示子程序 经串口接收到的数据将存放在内存数组中，由液晶显示屏动态调用并显示，其中汉字显示部分固定显示在屏幕上，显示屏可运用液晶自定义字库。图5所示为显示屏显示汉字的流程图。 显示数据存储器用以存储图形显示数据，数据1表示显示选择，数字0表示非选择。所谓页地址即DDRAM的行地址，8行为一页，模块共64行即8页。读写数据对页地址没有影响，由指令或复位信号变更。 一个汉字占用1616点阵，故写一个汉字须要分别对两页十六列进行操作，图6所示为写汉字子程序流程图。 3 试验结果 3.1 串口接收 试验运用两块MSP430F449开发板进行调试，采
12、纳ZigBee模块实现开发板之间的通信，串口1接收无线传输的数据后再通过串口0外接串口线RS 232将其发送至电脑端，运用串口调试助手对其进行显示，实现分步调试。接收板需向发送板发送一个恳求数据信号，发送板收到信号后起先发送所需数据，接收板串口1接到数据后，再由串口1发送至电脑端。图7所示为串口调试助手显示结果。 3.2 显示 串口每接收到一个字符就将其存入数组中，再调用液晶显示子程序，即可实现整个通信显示系统的功能。图8所示为部分显示功能。 4 结 语 MSP430系列单片机以其卓越的性能和较高的性价比在很多领域得到了越来越广泛的应用，通过适当的选型，可以将430芯片广泛用于便携式智能检测限
13、制仪器的开发、各种数据采集系统的开发、各种智能限制仪表、医疗仪器等方面。该系列超低功耗单片机的应用从根本上变更了传统的限制系统设计思想和设计方法，将其应用于智能化仪器仪表方面，大大提高了仪器仪表的智能化程度，简化了其硬件结构，提高了仪表的精度和精确度，减小了体积，提高了性价比。例如文献1运用MSP430单片机设计了一种自动肺活量测试仪，采纳单片机自带的A/D转换功能，简化了电路设计，使得仪器小型化成为现实。文献2具体介绍了一种使MSP430作为主限制器的温控器软硬件设计方法。文献3运用MSP430单片机设计了一种用于酒精测试的电子鼻系统，用于识别和检测酒后驾车的司机呼吸气体中酒精的浓度。 TI
14、公司的MSP430单片机具有功耗超低、处理实力强大、片内外设丰富、系统工作稳定、开发环境便捷等显著优势。将其应用于电力系统的测量显示中，特殊是低功耗的环境需求中，与其他类型单片机相比具有更好的应用效果和更广泛的应用前景。 近年来，TI公司针对某些特别应用领域，利用MS4P30的超低功耗特性，推出了一些专用单片机，大大简化了系统的设计。如MSP430FZXX系列单片机，其主要特色在于具有超低功耗 和更高速度处理实力，引脚数和体积大大减小，同时又新增了DIP封装，这使得它成为小型和手持设备等系统设计的志向选择。 参考文献 1汤挺岳，胡荣强.基于MSP430F449的自动肺活量测试仪设计J.仪表技术
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