基于msp430的電風(fēng)扇制系統(tǒng)模擬控設(shè)計

通信與信息工程學(xué)院2016 /2017 學(xué)年 第 1 學(xué)期課程設(shè)計報告模 塊 名 稱 MSP430 單片機應(yīng)用 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 生 班 級 B130109 學(xué) 生 學(xué) 號 B13010911 學(xué) 生 姓 名 李楊 指 導(dǎo) 教 師 趙來定 王視環(huán) 設(shè)計題目 電風(fēng)扇制系統(tǒng)模擬控設(shè)計任務(wù)要求 1. 用 LCD 顯示電風(fēng)扇的工作狀態(tài)（1,2,3,4 四檔風(fēng)力） ，顯示風(fēng)類：“自然風(fēng)” 、 “常風(fēng)”和“睡眠風(fēng)” ；2. 設(shè)計 “自然風(fēng)” 、 “常風(fēng)”和“睡眠風(fēng)” 三個風(fēng)類鍵用于設(shè)置風(fēng)類；3. 設(shè)計一個“搖頭” 鍵用于控制電機搖頭； 4. 設(shè)計一個“定時”鍵，用于定時時間長短設(shè)置；5. 設(shè)計過熱檢測與保護電路，若電風(fēng)扇電機過熱（用內(nèi)存參數(shù)模擬溫度，用鍵） ，則電機停止轉(zhuǎn)動，蜂鳴器報警，電機冷卻后（用鍵模擬）電機又恢復(fù)轉(zhuǎn)動。 （發(fā)揮部分）設(shè)備及軟件 1. PC 機一臺2. Protues 7 Professional3. IAR Embedded Workbench For MSP430 v5.504. 德研電科 DY-FFTB6638 試驗箱目 錄一 設(shè)計任務(wù)及要求-11.1 基本要求-11.2 發(fā)揮部分-1二 相關(guān)原理簡介-12.1 MSP430 的特點-12.2 MSP430 的中斷原理-2三 設(shè)計方案與實現(xiàn)-33.1 任務(wù)分析-33.2 方案設(shè)計-3四 調(diào)試過程及結(jié)果分析-74.1 仿真結(jié)果與分析-7五 體會與建議-10 六 附錄-11參考文獻 -220MSP430 單片機應(yīng)用課程設(shè)計報告一、設(shè)計任務(wù)及要求1.1 基本要求1用 4 位數(shù)碼管實時顯示電風(fēng)扇的工作狀態(tài)，最高位顯示風(fēng)類：“自然風(fēng)”顯示“1” 、 “正常風(fēng)”顯示“2” 、 “睡眠風(fēng)”顯示“3” 。后 3 位顯示定時時間：動態(tài)倒計時顯示剩余的定時時間，無定時顯示“000” 。2設(shè)計“自然風(fēng)”,“正常風(fēng)”和“睡眠風(fēng)”三個風(fēng)類鍵用于設(shè)置風(fēng)類；設(shè)計一個“定時”鍵，用于定時時間長短設(shè)置；設(shè)計一個“搖頭”鍵用于控制電機搖頭。3 在整個定時狀態(tài)下，電路具有允許用戶隨時自行選擇使用“自然風(fēng)”狀態(tài)，也可選擇使用“常風(fēng)”和“睡眠風(fēng)”狀態(tài)。 1.2 發(fā)揮部分1設(shè)計過熱檢測與保護電路：若電風(fēng)扇電機過熱（用內(nèi)存參數(shù)模擬溫度，用鍵） ，則電機停止轉(zhuǎn)動，蜂鳴器報警，電機冷卻后（用鍵模擬）電機又恢復(fù)轉(zhuǎn)動。二、相關(guān)原理簡介2.1 MSP430 的特點MSP430 管教圖如圖 2.1。圖 2.1 MSP430 管腳圖1MSP430 的特點如下：a.強大的處理能力：MSP430 系列單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址)、簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動下指令周期為 125ns。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。b.在運算速度方面，MSP430 系列單片機能在 8MHz 晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn) 125ns 的指令周期。16 位的數(shù)據(jù)寬度、125ns 的指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)。c.MSP430 系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用 6us。 d.超低功耗 MSP430 單片機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行時鐘方面都有其獨到之處。e.系統(tǒng)工作穩(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?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。 f.適應(yīng)工業(yè)級運行環(huán)境 MSP430 系列器件均為工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為-40 至+85 攝氏度，所設(shè)計的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下。2.2 MSP430 的中斷原理執(zhí)行中斷的一般過程如下：1.CPU 會執(zhí)行完當期的指令。2.指向下一條指令的 PC 被壓棧。3.狀態(tài)寄存器 SR 壓棧。4.選擇最好優(yōu)先級的中斷進行服務(wù)。5.單源中斷的中斷標志位會被自動清零，P1，P2 這樣的中斷標志位不會自動清零，因為 P1、 P2 的 IO 中斷屬于多源中斷，需要在代碼中手動清零。6.狀態(tài)寄存器 SR 被清零，將會終止任何低功耗狀態(tài)，并且全局中斷使能被關(guān)閉。27.中斷向量被裝載到 PC，開始執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)。MSP430 中斷向量表 2.2 如下。表 2.2 MSP430 中斷向量表三、設(shè)計方案與實現(xiàn)3.1 任務(wù)分析電風(fēng)扇模擬控制系統(tǒng)設(shè)計就是使用單片機來控制電機和一些 LED 、按鍵，模擬真實的電風(fēng)扇的使用，通過設(shè)計使電風(fēng)扇使用便捷更人性化。風(fēng)類，定時，搖頭都是針對使用者不同需求的設(shè)計。過熱保護是對安全性要求的設(shè)計。3.2 方案設(shè)計1.硬件方案根據(jù)設(shè)計的要求可知，系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖 3.1 所示。檔位及定時顯示電機控制模塊按鍵輸入單片機系統(tǒng)過熱檢測模塊圖 3.1 系統(tǒng)的硬件原理框圖3本系統(tǒng)由五個模塊組成，分別是輸入模塊、顯示模塊、電機控制模塊、過熱保護模塊以及單片機控制系統(tǒng)。其中單片機控制系統(tǒng)是核心，由 MSP430、晶振和復(fù)位電路組成。它通過處理輸入的各種數(shù)據(jù)信息來對其它模塊發(fā)出指令，進行相應(yīng)的操作。輸入模塊由 5 個按鍵組成，分別控制電機的風(fēng)速、正反轉(zhuǎn)和定時時間。顯示模塊由 8 位共陰數(shù)碼管組成，顯示定時時間和風(fēng)速。過熱保護模塊由 ADC0809 和外圍電路組成，通過設(shè)定電壓初始值使電機超值停轉(zhuǎn)并且相應(yīng)二極管發(fā)光報警。電機控制模塊由 L298 和其它的元器件組成，它主要是放大輸入信號的倍數(shù)，用來驅(qū)動電機。圖 3.2 晶振電路 圖 3.3 復(fù)位電路保護電路的選擇：選用 ADC0809 作為過熱保護電路的核心部件，假設(shè)先設(shè)定一個標準電壓值，通過 0-5V 模擬電壓輸入進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，如果數(shù)據(jù)超過標準值則單片機對電機進行相應(yīng)操作，使電機啟停?？刂坪诵牡倪x擇：采用單片機作為控制核心，以軟件編程的方式進行風(fēng)速判斷，并在端口輸出控制信號。顯示電路的選擇：采用八位共陰數(shù)碼管顯示電機狀態(tài)，動態(tài)掃描顯示方式。2. 軟件方案 系統(tǒng)軟件設(shè)計包括主程序設(shè)計，A/D 轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計和定時器 T0 中斷程序設(shè)計。1) 主程序流程圖設(shè)計軟件所要實現(xiàn)的功能有：按鍵響應(yīng)，對ADC0809的控制，對數(shù)據(jù)的處理和傳送顯示的數(shù)據(jù)。主程序包含初始化、調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序和調(diào)用顯示程序，其流程圖如圖3.4所示：4搖頭？Y開始顯示初始化Y占空比 1:3自然風(fēng)？N常風(fēng)？NY占空比 3:1Y占空比 1:5睡眠風(fēng)？NY進入定時程序定時？開搖頭NN電機過熱？關(guān)電機關(guān)中斷顯示過熱N圖3.4 主程序流程圖主程序經(jīng)初始化后，開始四位數(shù)碼管顯示的是“0000”電機停轉(zhuǎn)。然后進入按鍵掃描程序，依次對自然風(fēng)、常風(fēng)、睡眠風(fēng)進行掃描，單片機I/O口輸出相應(yīng)的占空比方波，當為自然風(fēng)時，數(shù)碼管最高位顯示“1” ，當為常風(fēng)時，數(shù)碼管最高位顯示“2” ，當為睡眠風(fēng)時，數(shù)碼管最高位顯示為“3” 。當有定時鍵按下時，轉(zhuǎn)到定時器T0中斷程序進行。當有搖頭鍵按下時，高低電平翻轉(zhuǎn)，電機開始反轉(zhuǎn)。2) 定時器 T0 中斷程序流程圖設(shè)計定時器T0是用來對定時時間進行控制的，結(jié)合數(shù)碼管動態(tài)顯示，首先給 T0設(shè)置工作方式和初始值，由于它不可重裝，所以在主程序中必須再次定義它的初始值。其流程圖如圖3.5所示：5Y定時時間減一秒定時到了嗎?Y置初值置初值中斷返回數(shù)碼顯示電機停關(guān)中斷N1s 到了嗎?N開中斷圖3.5 定時器T0中斷程序流程圖3) A/D 轉(zhuǎn)換測量子程序流程圖設(shè)計由于 ADC0809 在進行 A/D 轉(zhuǎn)換時要用到 CLK 信號，而此時的 ADC0809 的CLK 是接在 MSP430 單片機的 P2.4 端口上，也就是要求從 P2.4 輸出 CLK 信號供ADC0809 使用。因此產(chǎn)生 CLK 信號的方法就的使用軟件來產(chǎn)生了；由于 ADC0809的參考電壓 VREF=VCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理。然后和設(shè)定的參考值比較，而實際顯示的電壓值的關(guān)系為。其流程圖如圖 3.6 所示。6Y地址數(shù)小于 8？NA/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？結(jié)束N開始ADC0809 地址加一取數(shù)據(jù)Y啟動測試（TESTART)圖 3.6 A/D 轉(zhuǎn)換測量子程序流程圖在主程序中，ADC0809 的轉(zhuǎn)換程序也是無限循環(huán)的，它主要是檢測電機是否過熱。本系統(tǒng)中，運用定時器 T1 作為 CLOCK 的脈沖信號，由于它的工作方式為 2，且初始值 216，足以滿足 ADC0809 所轉(zhuǎn)換一次所需要的時間。設(shè)定電機過熱電