电子设计应用知识.docx

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电子设计应用知识

1.首先你要知道msp430的存储器结构。

典型微处理器的结构有两种：

冯。

诺依曼结构——程序存储器和数据存储器统一编码；哈佛结构——程序存储器和数据存储器；msp430系列单片机属于前者，而常用的mcs51系列属于后者。

　　0－0xf特殊功能寄存器；0x10－0x1ff外围模块寄存器；0x200－？

根据不同型号地址从低向高扩展；0x1000－0x107fseg_b0x1080_0x10ffseg_a供flash信息存储

　　剩下的从0xffff开始向下扩展，根据不同容量，例如149为60KB，0xffff－0x1100

　　2.复位信号是MCU工作的起点，430的复位型号有两种：

上电复位信号POR和上电清零信号PUC。

POR信号只在上电和RST/NMI复位管脚被设置为复位功能，且低电平时系统复位。

而PUC信号是POR信号产生，以及其他如看门狗定时溢出、安全键值出现错误是产生。

但是，无论那种信号触发的复位，都会使msp430在地址0xffff处读取复位中断向量，然后程序从中断向量所指的地址开始执行。

复位后的状态不写了，详见参考书，嘿嘿。

　　3.系统时钟是一个程序运行的指挥官，时序和中断也是整个程序的核心和中轴线。

430最多有三个振荡器，DCO内部振荡器；LFXT1外接低频振荡器，常见的32768HZ，不用外接负载电容；也可接高频450KHZ－8M，需接负载电容；XT2接高频450KHZ－8M，加外接电容。

　　430有三种时钟信号：

MCLK系统主时钟，可分频1248，供cpu使用，其他外围模块在有选择情况下也可使用；SMCLK系统子时钟，供外围模块使用，可选则不同振荡器产生的时钟信号；ACLK辅助时钟，只能由LFXT1产生，供外围模块。

　　4.中断是430处理器的一大特色，因为几乎每个外围模块都能产生，430可以在没有任务时进入低功耗状态，有事件时中断唤醒cpu，处理完毕再次进入低功耗状态。

　　整个中断的响应过程是这样的，当有中断请求时，如果cpu处于活动状态，先完成当前命令；如果处于低功耗，先退出，将下一条指令的pc值压入堆栈；如果有多个中断请求，先响应优先级高的；执行完后，等待中断请求标志位复位，要注意，单中断源的中断请求标志位自动复位，而多中断的标志位需要软件复位；然后系统总中断允许位SR.GIE复位，相应的中断向量值装入pc，程序从这个地址继续执行。

　　这里要注意，中断允许位SR.GIE和中断嵌套问题。

如果当你执行中断程序过程中，希望可以响应更高级别的中断请求时，必须在进入第一个中断时把SR.GIE置位。

　　其实，其他的外围模块时钟沿着时钟和中断这个核心来执行的。

具体的结构我也不罗索了，可以参考430系列手册。

电源电路

1）产生5.0V电路。

如图3.1所示。

图3.1产生5.0V电路图

输入为直流电压为6.5V-12V

输出为5.0V

2）产生3.3V电路。

如图3.2所示。

图3.2产生3.3V电路图

输入为图3.1的输出5.0V

输出为3.3V

其中D2为电源指示灯

电源部分电路介绍

电源电路图如图2.4所示。

图2.4电源电路图

电源部分由外部电路提供，经过LM1117-3.3稳压芯片将5V电压转化为3.3V，给单片机提供电源，使其正常工作。

1117—5V可产生5V电压。

1117-3.3V可产生3V电压。

5V供液晶使用，3.3V供单片机以及信号调理电路使用。

电源电路

5V转3.3V

显示电路。

如图3.5所示。

图3.5液晶显示连接图

各管脚说明：

VSS电源地

VDD电源正（3.0V-5.5V）

Vo对比度（亮度）调整

CS模组片选端（高电平有效）

SID串行数据输入端

CLK串行同步时钟

PSBL：

串口方式

A背光源电压+5V

K背光源负端0V

本作品选用12864液晶显示器进行显示，12864液晶显示器是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

器件实物如图3.6所示

12864液晶显示器是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

该作品采用12864液晶串行方式显示，其串行接口管脚信号如表1所示。

表1串行接口管脚信号

因为从单片机输出的信号电平为3.3V，不能满足液晶的驱动电压，所以需要将3.3V转化为5V，其转化电路如图2.8所示。

图2.83.3V转化为5V电路图

最后将转化后的输出与液晶的控制管脚相连，实现对液晶的控制，来显示测得的频率值，液晶的控制管脚与单片机的连接如下图2.9所示。

图2.9液晶控制管脚连接图

将Launchpad开发板的单片机引脚通过排针与PCB板上的相应引脚连接起来，同时将液晶的控制引脚与PCB板上相应引脚通过排线连接起来，连接过程中注意引脚的对应关系，连接好之后，仔细检查，防止出错。

系统连接实物照片如图2.13所示。

2.13系统连接实物照片

硬件装配说明

1）焊接元件前检查PCB有无断裂、扭曲或明显刮伤，用万用表测量PCB上VCC和GND之间的电阻值，在兆级以上方位正常。

2）焊接时按照电源=>运放=>显示的顺序逐步焊接，每焊接完一个部分，检查各部分电源和地是否短路、引脚有无虚焊或互相断路。

3）上电测试前再次用万用表测量PCB上VCC端和GND之间的电阻值。

4）对于二极管和带极性的电容（如钽电容）要特别留心正负极性。

5）切忌在带电状态下用万用表二极管档测量。

硬件调试过程中首先要注意电路板的做工问题，仔细检查每条导线是否完全联通，各焊盘焊点之间是否有虚焊，做板应该尽量工整美观。

覆铜，并与地连接，这样可以尽量保证信号的稳定性。

显示模块C编程流程

在系统运行以后要关闭看门狗，以免造成造成系统复位。

然后配置合适的时钟，配置IO口的输入输出以及中断方式、TA模块的计数方式、时钟选择等。

最后要对LCD进行初始化，否则无法进行正常显示。

系统初始化程序流程图如图3.1所示。

2）当MSP430ADC模块启动后，ADC开始采样并转换出数字信号，每次转换完毕后触发一次ADC中断，进入中断后关闭AD中断，然后将转换的数据累加再进入主循环并开启AD中断，这样一次次循环。

当累加次数到达指定次数时再求平均。

最后对结果进行计算处理并送至送入显示缓存，清空平均值，清除中断标志位，退出中断，等待下一次中断。

AD中断程序流程图如图3.2所示。

图3.2AD中断程序流程图

·****MSP-EXP430G2LaunchPad特性:

•USB调试与编程接口无需驱动即可安装使用，且具备高达9600波特的UART串行通信速度

•支持所有采用PDIP14或PDIP20封装的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件

•分别连接至绿光和红光LED的两个通用数字I/O引脚可提供视觉反馈

•两个按钮可实现用户反馈和芯片复位

•器件引脚可通过插座引出，既可以方便的用于调试，也可用来添加定制的扩展板

•高质量的20引脚DIP插座，可轻松简便地插入目标器件或将其移除

1:

开启ENC之后任何的初始化语句都无效，也就是说想要成功的完成初始化必须要在关闭ENC的情况下完成。

2：

DCO可以较为精准的时钟频率只要用两句语句即可完成：

BCSCTL1|=CALBC1_1MHZ;

DCOCTL|=CALDCO_1MHZ;//上面两句将内部DCO校准至1MHz

3：

不要重复的进行液晶的刷新，要加延时。

4：

设置ADC10的IO口时只需设置ADC10AE即可，别的不用管。

5：

对于ADC10来说，250K的采样时钟以及64的过采样率能够采集到最为稳定的值。

6：

对于G2231有限的内存来说，尽量多使用Statics来完成常量的存储工作。

7：

调试过程中如果出现程序跑飞的情况要检查是否使能某模块的中断但并未使用它。

8：

在插USB进行调试事最好不要外接电源适配器，避免短路。

9：

注意将P1.6和P1.7处的跳线帽摘掉。

L298N（电机驱动）

作为电机驱动的核心器件，电机驱动芯片的选型对整个系统的可靠性和性能都起着至关重要的作用。

本作品中选用了意法半导体ST生产的L298N电机驱动芯片。

其关键指标如下：

图2.2.1L298N实物图

1.供电电压可高达46V，直流电流可达4A。

完全满足步进电机的驱动要求。

2.低饱和电压。

3.过热保护。

4.逻辑0输入电压可达1.5V，可有效抑制噪声；逻辑1输入电压可低至2.3V，所以可以用430单片机直接驱动。

综上可见，L298N电机驱动芯片可以完全满足本作品的要求。

1、Max7219（接数码管）

由于IO引脚有限，所以采用串行方式控制数码管，数码管驱动芯片选择Max7219，它最多能驱动8位数码管，能独立完成刷新扫描而不需要单片机的参与，每位独立控制，内部有解码器，可选择解码和不解码两种方式，亮度可以通过数字或模拟方式控制。

从各个方面来讲，它都是本例的最佳选择。

图2.2.1Max7219实物图

注意在使用时必须在该芯片附近接一个大电容，比如4.7uF。

由于它是5V逻辑电平，而MSP430是3.3V电平，所以用74HC573进行电平转换。

数码管用的是共阴极四位数码管，这是由驱动芯片Max7219决定的。

**由于是大功率器件，所以100uF电容必须离芯片越近越好，否则应再在L298N附近加上一个小电容，此外二极管也必须离芯片输出引脚越近越好。

Max7219的电容也应该离芯片越近越好。

由于是大功率器件，所以要加散热片，安装时就先焊散热片，再插入L298N，用螺丝固定到散热片上后，再焊L298N的各个管脚。

安装好的实验板、插上Laundrypad核心板后的实验板，以及连接上步进电机的实验板如下图所示。

图六.1安装好的板子

图六.2插上Laundrypad核心板后的实验板

滤波电路模块

滤波电路模块主要有低通滤波器和高通滤波器（隔直电路）组成。

前面的R15、R16、R17、C10、C11和C12组成三阶低通滤波器。

3dB点为600Hz，可以有效的将信号中的高频成分滤除。

高通滤波器电路。

C9和R19组成高通滤波电路，3dB点为362mHz，可以将信号中的直流成分有效的滤除。

滤波电路如图2.3所示。

图2.3滤波电路模块

（1）幅度调节及信号输出模块

幅度调节电路是由运算放大器LM358和一些电阻电容组成的反相放大电路。

其中R10是精密可调电位器，方便用户对信号的幅度进行调节。

信号输出电路有一个50Ω的电阻和SMA头组成。

50Ω的电阻可以保证整个信号发生器的输出阻抗为50Ω。

信号幅度调节和输出部分电路如图2.4所示。

图2.4信号幅度调节和输出电路

本作品的硬件系统是由信号产生模块、低通滤波器模块、高通滤波器模块、增益控制模块、菜单按键及指示模块和电源模块组成。

用户在安装调试的过程中，应该按照模块的先后顺序逐个调试。

确保整个系统安装完成后，各个模块工作正常，整个系统板可以正常工作。

避免没有调试各个模块的情况下，直接安装完整个系统，而系统不能正常工作，却不知道是哪个模块出现了故障。

安装调试的顺序：

1.安装电源模块。

安装完成后测试各个电压输出是否正常。

整个系统的电压有：

+5V，+3.6V，-5V。

2.安装低通滤波器模块。

可以先在LaunchPad板子上先写一个简单的信号测试程序，当低通滤波器安装完成后，测试输出波形是否正常。

3.安装高通滤波器模块。

安装完成后测试波形中的低频（直流）成分是否滤除。

4.安装增益控制模块。

安装完成后测试精密电位器是否能控制信号的增益。

如果正常，说明信号处理电路部分已经可以正常工作。

5.安装菜单按键和指示模块。

安装完成后写一个简单的程序进行调试，测试各个器件都可以正常工作。

如果以上步骤都正确完成，那么整个硬件电路已经成功安装完成。

接下来就可以对系统的软件进行调试了。

热释电传感器RE200B，实物如图2-2所示：

图2-2RE200B

热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。

在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。

由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

灵敏圆面积

2.0mm×1.1mm×Gap0.9mmDual双元

基片材料

硅Si

基片厚度

0.5mm

窗口尺寸

4×3mm

工作波长

5—14um

平均透过率

>75﹪

输出信号

>2.2V

（420°k黑体1Hz调制频率0.3—3.0Hz带宽72.5db增益）

灵敏度

3300V/W

探测率

1.5×10cmHz

噪声

<200mV

（mVp-p）（25℃）

平衡度

<20﹪

工作电压

2.2—15V

工作电流

8.5—24uA

（Vd=10V，Rs=47K,25℃）

源极电流

0.4—1.1V

（Vd=10V，Rs=47K,25℃）

工作温度

-20℃--+70℃

保存温度

-35℃--+80℃

视场

中心角138°×125°

HF115—1ZS1

作为大功率电源开关的核心器件，大功率继电器的选型对整个系统的可靠性和性能都起着至关重要的作用。

本作品中选用了厦门宏发电声生产的HF115-1ZS1型大功率继电器。

其关键指标如下：

5.触点负载达到12A,250VAC,完全可以满足1A,220VAC的通过能力要求

6.最大切换电压和电流达到440VAC和12A。

7.触点间耐压达到1000VAC。

实物图如图2.1所示

图2.1继电器实物图

在对驱动的要求上，该继电器的线圈驱动规格为：

驱动电压大于3.5V，驱动电流大于80mA。

综上可见，HF115-1ZS1型大功率继电器可以完全满足本作品的要求。