基于USB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

1、蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于USB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)（蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院）目 錄前言2第1章 背景和意義3第1.1節(jié) 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置的背景3第1.2節(jié) USB的產(chǎn)生背景及其發(fā)展歷程5第1.3節(jié) 本課題研究意義和要求6第2章 系統(tǒng)分析7第2.1節(jié) 硬件分析7第2.2節(jié) 軟件分析14第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)19第3.1節(jié) 硬件電路設(shè)計(jì)19第3.2節(jié) 軟件程序設(shè)計(jì)20第4章 系統(tǒng)測(cè)試26第4.1節(jié) 系統(tǒng)測(cè)試26第4.2節(jié) 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果26第4.3節(jié) 測(cè)試結(jié)果分析27結(jié)論28參考文獻(xiàn)28致謝29附錄30附錄1：實(shí)物照片說明30附錄2：部分源程序31- i -基于USB接口的便攜式數(shù)

2、字電路實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)【摘要】：USB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置包含兩模塊：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件方面以低功耗的單片機(jī)msp430為核心的模塊，其主要特點(diǎn)：超低功耗、高速、豐富的模擬數(shù)字接口、簡(jiǎn)單易用。它可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生。軟件設(shè)計(jì)主要借助圖形編程工具Labview，其主要特點(diǎn)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少、無線集成。可通過各種控件能自己組建各種儀器，模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。二者通過采用高速的USB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，PC機(jī)端對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和再現(xiàn)。系統(tǒng)采用USB供電不僅可降低功耗，而且易于使用和攜帶。【關(guān)鍵詞】：MSP430；USB通信；Labview；Abstract : USB interfa

3、ce portable digital circuit experiment device contains two modules: hardware design and software design. Hardware design main with low power consumption of the single chip microcomputer msp430 as the core module , its main features: low power consumption, high-speed、rich analog to digital interface,

4、 easy to use. It can carry on data processing and digital signal produce. The software design mainly by means of graphic programming tool Lab view, it mainly has characteristics of high performance, extensible, development time less, wireless integration. Through all sorts of control can form variou

5、s instruments, simulation experiment system，By using the high speed USB for data transmission, PC machine end to signal analysis and reproduction. USB power supply system is not only can reduce power consumption, and easy to use and carry. Key words: MSP430；USB Transmission；Lab view前言 “數(shù)字電子技術(shù)”課程是電子信

6、息科學(xué)與技術(shù)、信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等眾多專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，其實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)非常重要。數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)需要使用專用的實(shí)驗(yàn)箱,例如上海標(biāo)普實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱1.這些傳統(tǒng)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱存在許多不足，體積較大，連線較多，這些實(shí)驗(yàn)通常只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,教師難于指導(dǎo)眾多學(xué)生，同學(xué)們也很難將實(shí)驗(yàn)帶回宿舍或在課外完成。實(shí)現(xiàn)的功能難以擴(kuò)展，很難激發(fā)同學(xué)們的興趣，因此，很難適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，我們必須對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新、改良。數(shù)字電路涉及的芯片基本上是數(shù)字集成電路，其功耗越來越小，封裝由原來DIP雙列直插發(fā)展為各種SMT貼片形式，電源由5V為主，發(fā)展到3.3V甚至更低，集成度由SSI、MSI發(fā)

7、展為L(zhǎng)SI，由單一功能發(fā)展為PLD器件，但作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍以簡(jiǎn)單的組合邏輯、時(shí)序電路為主。實(shí)驗(yàn)裝置仍由邏輯信號(hào)發(fā)生、邏輯信號(hào)檢測(cè)以及相應(yīng)的數(shù)字集成電路組成6。實(shí)驗(yàn)裝置中電路的連接以手工連線為主，信號(hào)控制以開關(guān)、按鈕為主，信號(hào)指示以LED燈和數(shù)碼管為主，因此傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置存在體積大不便攜帶，連線多容易出錯(cuò)，顯示單一不直觀，功能弱難以擴(kuò)展。通用串行總線(USB)作為一種新的微機(jī)總線接口規(guī)范，具有便捷、易擴(kuò)展、低成本、低干擾等特點(diǎn)，非常適合作為主機(jī)和外設(shè)之間的通信接口?；赨SB的高速數(shù)據(jù)采集與信號(hào)分析系統(tǒng)具有低成本、高性能的特點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于測(cè)控、信號(hào)分析等多個(gè)領(lǐng)域。USB接口

8、技術(shù)為高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制開發(fā)變得簡(jiǎn)單和廉價(jià)3。虛擬儀器(virtual instrument，VI)是一種基于計(jì)算機(jī)的儀器，就是在通用計(jì)算機(jī)上加上軟件和硬件，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的專用傳統(tǒng)電子儀器。將虛擬儀器與LabVIEW 結(jié)合用于常規(guī)的數(shù)據(jù)采集與處理等任務(wù)，可以減少系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，也可提高編程效率，節(jié)省系統(tǒng)成本?；赨SB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置配上筆記本電腦，可在教室、圖書館、宿舍和家里方便使用，這樣會(huì)大大激發(fā)同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)興趣、提高獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ囟〞?huì)深受同學(xué)們的喜歡。在筆記本電腦或臺(tái)式電腦上，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過程以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告可形成電子文檔，通過

9、網(wǎng)絡(luò)上交，從而真正實(shí)現(xiàn)無紙化實(shí)驗(yàn)，提高教學(xué)效率。這些也符合“建立以學(xué)生為中心的教學(xué)模式,以激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣、提高學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ鳛檎n程教學(xué)改革重點(diǎn)”的精神4。第1章 背景和意義第1.1節(jié) 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置的背景1.1.1. 基于USB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置背景基于USB接口的概述USB(Universal Serial Bus)通用串行總線是一種標(biāo)準(zhǔn)的連接接口，在把外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，允許不必重新配置規(guī)劃系統(tǒng)，也不必打開機(jī)殼，另外調(diào)整接口卡的指撥開關(guān)。而連接上計(jì)算機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)識(shí)別這些接口設(shè)備，并且配置適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序，無需用戶再另外重新配置。通過USB接口，實(shí)現(xiàn)了熱插拔的特性，

10、用戶即可迅速方便地連接PC主機(jī)的各種接口設(shè)備。另外，在連接PC機(jī)時(shí)，對(duì)所有USB接口設(shè)備，提供了一種“全球通用的標(biāo)準(zhǔn)連接器(A型與B型)。這些 連接取代了所有的各種傳統(tǒng)外圍端口，如串行端口、并行端口以及游戲接口等。此外，USB接口還允許將多達(dá)127個(gè)外圍設(shè)備同時(shí)串接到PC的一個(gè)外部的USB接口上。這樣，就不必像傳統(tǒng)的串口或并口那樣，一個(gè)端口僅能接一個(gè)外圍設(shè)備。相對(duì)的，對(duì)于接口設(shè)備的制造商而言，也能降低成本，因?yàn)樗麄儾辉傩枰獮槊恳环N接口設(shè)備分別設(shè)計(jì)與生產(chǎn)各種型號(hào)的產(chǎn)品。因此，USB接口除了可作為標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備的應(yīng)用外，還逐漸成為各種新型設(shè)備(包括數(shù)據(jù)采集、測(cè)量設(shè)備等產(chǎn)品)的通用標(biāo)準(zhǔn)連接接口，頗有“

11、一統(tǒng)江湖的趨勢(shì)。同時(shí)，使用的MSP430單片機(jī)器件集成了全速/低速USB功能控制器，用于實(shí)現(xiàn)USB接口的外部設(shè)備（MSP430/1不能被用作USB主設(shè)備）。USB功能控制器（USB0）由串行接口引擎（SIE）、USB收發(fā)器（包括匹配電阻和可配置上拉電阻）、1KB FIFO存儲(chǔ)器和時(shí)鐘恢復(fù)電路（可以不用晶體）組成，不需要外部元件。USB功能控制器和收發(fā)器符合通用串行總線規(guī)范2.0版。綜上所述，USB接口具有如下優(yōu)點(diǎn)：l 使用方便使用USB接口可連接多個(gè)不同的設(shè)備；支持熱插拔。在軟件方面，為USB設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件可自動(dòng)啟動(dòng)，無須用戶干預(yù)。l 傳輸速率高USB支持三種傳輸速率：低速(10w-

12、speed)的1.5Mbps、全速(fullspeed)的12Mbps及高速(high-speed)的480Mbps。l 連接靈活USB采用“級(jí)聯(lián)方式，USB接口既可以連接USB設(shè)備，也可以連接USB集線器把多個(gè)USB設(shè)備連接起來。通過這種類似菊花鏈?zhǔn)降倪B接，一個(gè)USB控制器最多可連接127個(gè)外設(shè)，而每個(gè)外設(shè)之間的距離可達(dá)5m。l 獨(dú)立供電USB接口包含了+5V的電源線與地線，可由PC機(jī)或集線器提供電源。500mA下，在USB外圍設(shè)備可以直接使用由USB端121提供的電源。l 低功耗USB有一套獨(dú)特的電氣層機(jī)制來保證其低功耗。USB協(xié)議為設(shè)備定義了兩種供電模式：自供電和總線供電。USB外圍設(shè)備

13、處在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)省電的功能來降低耗電量。l 可靠性高不管是硬件的設(shè)計(jì)還是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，USB都很穩(wěn)定。USB驅(qū)動(dòng)程序、接收器以及電纜的硬件規(guī)范，都會(huì)盡量減少噪聲的干擾來所導(dǎo)致的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。另外，USB協(xié)議一旦檢測(cè)到數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，就會(huì)要求發(fā)送端重新傳送數(shù)據(jù)。1.1.2. 便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置的便攜性的概述便攜性主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)箱的體積上和操作的方便性上，體積上，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置采用MCU或單片機(jī)、可編程邏輯器件（CPLD或FPGA）和通用IC測(cè)試插座，利用USB接口與計(jì)算機(jī)連接，這樣，硬件上器件大大減少，利用USB通信接口進(jìn)行供電，減少了電源電路，利用上位機(jī)（PC機(jī)）做人機(jī)界面，大大減少

14、了顯示方面的硬件，在操作上面的便攜性體現(xiàn)在信號(hào)的自動(dòng)產(chǎn)生和檢測(cè)，這方面有采用MCU或單片機(jī)、可編程邏輯器件（CPLD或FPGA）和通用IC測(cè)試插座來自動(dòng)檢測(cè)，人工操作量有較大的減少。同時(shí)還可以利用USB可以互相連接，從而解決多個(gè)實(shí)驗(yàn)箱間通信間問題，在實(shí)驗(yàn)的多樣性和器件的擴(kuò)展性方面有較大改進(jìn)，如圖普通連線（1-1-1）和圖（1-1-2）擴(kuò)展時(shí)候的連線示意圖。圖 11-1 基于USB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置的連接示意圖圖 11-2擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)時(shí)的連接示意圖第1.2節(jié) USB的產(chǎn)生背景及其發(fā)展歷程隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)外設(shè)也在不斷更新。計(jì)算機(jī)接口負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)內(nèi)外設(shè)備之間的信息交換。由于外設(shè)種類繁

15、多，在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，就必須預(yù)留出盡可能多的IO接口，這將造成系統(tǒng)成本過高，外設(shè)連接過于繁瑣。為了降低成本，各計(jì)算機(jī)廠商推出了自己的接口規(guī)范，產(chǎn)生了外設(shè)總線的概念，旨在提高各種外設(shè)接口的兼容性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)外設(shè)的自動(dòng)識(shí)別和配置。目前，在工業(yè)控制和儀表行業(yè)廣為使用的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)主要有ISA，PCI，RS-232，RS-485等，它們各有各的缺點(diǎn)：或者傳輸速率低，或者不支持即插即用，安裝麻煩，或者擴(kuò)展能力差，或者穩(wěn)定性差，或者功耗大，或者傳輸距離短，或者兼容性差。如果不采用新的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)，儀器儀表行業(yè)的發(fā)展必將受到較大的制約。為了解決PC機(jī)在發(fā)展過程中所遇到的問題，1995年由Compaq、D

16、igital Equipment Corp。(現(xiàn)在屬于Compaq)、IBM等七個(gè)計(jì)算機(jī)與通信工業(yè)領(lǐng)先的公司組成的聯(lián)盟推出了一種新的總線標(biāo)準(zhǔn)USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)。同一年，該聯(lián)盟建立了USB實(shí)施者論壇USB-IF(USBImplementers Forum)來加速USB標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量兼容設(shè)備的開發(fā)。在1996年，USBIF公布了USB規(guī)范1.0，這是第一個(gè)為所有的USB產(chǎn)品提出設(shè)計(jì)請(qǐng)求的標(biāo)準(zhǔn)。1998年，在進(jìn)一步對(duì)以前版本的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行闡述和擴(kuò)充的基礎(chǔ)上，發(fā)布了USB標(biāo)準(zhǔn)的11規(guī)范。而此時(shí)聯(lián)盟僅剩四個(gè)核心的成員公司，它們是Compaq、Intel、Micro

17、soft和NEC公司。由于USB的方向已偏離了通信的相關(guān)領(lǐng)域，使得IBM和Northern Telecom退出了該聯(lián)盟。這樣，也造成了目前應(yīng)用于電話的USB設(shè)備的發(fā)展仍然稍微緩慢一些。第三個(gè)版本的USB2.0是發(fā)布于1999年。此時(shí)，Hewlett、Packard Philips和Lucent三個(gè)公司加入了USB-IF聯(lián)盟，使得聯(lián)盟的核心成員數(shù)又重新恢復(fù)為七個(gè)。USB2.0在USBl.1的基礎(chǔ)上增加了高速數(shù)據(jù)傳輸模式。USB2.0將USB l1的傳輸速率提高了40倍達(dá)到了480Mbps，并且完全兼容USB l1。2001年12月，USB-IF公布了USB OTG(On-TheCo)補(bǔ)充條款，U

18、SB OTG作為USB2.0規(guī)范的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了在沒有USB主機(jī)的情況下，設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送。USB OTG技術(shù)主要應(yīng)用于各種不同設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備間的聯(lián)接。USB接口自提出以來，憑借其即插即用，熱插拔，接口體積小巧，節(jié)省系統(tǒng)資源，傳輸可靠，提供電源，良好的兼容性，共享式通信和低成本等優(yōu)點(diǎn)，迅速在PC機(jī)接口領(lǐng)域流行，特別是USB20技術(shù)提出后，USB傳輸速率理論最高可達(dá)480Mbps，USB接口已成為目前PC機(jī)接E1的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)可以預(yù)見，USB的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，其傳輸速率也會(huì)越來越高。第1.3節(jié) 本課題研究意義和要求早期常見的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般通過傳統(tǒng)接121如RS232串口、并121或PCI總

19、線與PC機(jī)進(jìn)行通信。串口連接方式簡(jiǎn)單，但傳輸速度有限；并口傳輸方式的數(shù)據(jù)線連接復(fù)雜，傳輸距離較近，而且在Windows環(huán)境下開發(fā)消息驅(qū)動(dòng)方式較麻煩；PCI總線已無法滿足PC機(jī)發(fā)展的速度，過多的IO接口也會(huì)增加芯片的成本，并且PCI擴(kuò)展槽在PC機(jī)的內(nèi)部，應(yīng)用時(shí)需要打開機(jī)箱后蓋，不支持即插即用，使用非常不方便。本課題所設(shè)計(jì)研究的基于USB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置，由于引入了USB這種新型的通信接口，使得整個(gè)系統(tǒng)不再那么龐大，且連接方便，支持即插即用，其數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的串口和并口，它的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增添了亮點(diǎn)，也為USB外圍設(shè)備的開發(fā)增加了經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)為以后USB接口應(yīng)用于類

20、似單片機(jī)、ARM嵌入式系統(tǒng)及DSP系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，降低開發(fā)成本，減少硬件電路，節(jié)省電源等方面打開了新的局面。USB通用串行總線（Universal Serial BUS）易于使用、數(shù)據(jù)傳輸快速可靠、靈活、可支持多種設(shè)備同時(shí)連接，成本低、功耗低，目前已成為PC機(jī)的首選通信口，USB外設(shè)從鼠標(biāo)、鍵盤、游戲手柄、音箱到優(yōu)盤、MODEN、網(wǎng)絡(luò)電話、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝像頭、顯示器、打印機(jī)等應(yīng)有盡有。此外，各種家用電器，如電視機(jī)、投影機(jī)、影碟機(jī)，各類 控制儀器儀表等，也紛紛將USB接口作為其標(biāo)準(zhǔn)接口，使得相互之間的連接更加方便、數(shù)據(jù)傳輸更加快捷。目前，帶USB總線的產(chǎn)品越來越多，其優(yōu)越性也更加顯

21、現(xiàn)，USB的應(yīng)用必將向著更深和更廣的方向發(fā)展。作為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和電子愛好者，了解USB及其相關(guān)技術(shù)，進(jìn)而將其應(yīng)用于自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，無論是對(duì)于提高產(chǎn)品的性能，還是對(duì)于提高個(gè)人的設(shè)計(jì)水平，使之適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的要求，都是十分重要的。第2章 系統(tǒng)分析第2.1節(jié) 硬件分析2.1.1. MCU控制核心的選擇與分析MCU控制芯片的選擇本系統(tǒng)是基于USB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置，所以自帶USB硬件電路的控制芯片是最佳選擇，我們了解到MSP430F147、MSP430F148、MSP430F149均有此功能，所以他們均可使用，暫定于MSP430149作為控制芯片，其引腳圖如圖2-1-1所示，引

22、腳說明如表2-1-2所示。圖2-1-1 MSP430F147,MSP430148，MSP430149封裝和引腳圖引腳名稱序號(hào)I/0說明AVcc64模擬電源正端，只為ADC 和DAC 的模擬部分供電AVss62模擬電源負(fù)端，只為ADC 和DAC 的模擬部分供電DVcc1數(shù)字電源正端，為所有數(shù)字部分供電DVss63數(shù)字電源負(fù)端，為所有數(shù)字部分供電P1.0/TACLKP1.1/TA0P1.2/TAlP1.3/TA2P1.4/SMCLKP1.5/TA0P1.6/TAlP1.7/TA21213141516171819I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O通用數(shù)字I/O引腳；Timer _A時(shí)鐘

23、信號(hào)TACLK輸入普通數(shù)字I/O引腳；Timer _A捕獲：CCIOA輸入；比較：OUT0輸出普通數(shù)字I/O引腳；Timer _A捕獲：CCI1A輸入；比較：OUT1輸出普通數(shù)字I/O引腳；Timer _A捕獲：CCI2A輸入；比較：OUT1輸出普通數(shù)字I/O引腳/SMCLK信號(hào)輸入普通數(shù)字I/O引腳；定時(shí)器A，比較：OUT0輸出普通數(shù)字I/O引腳；定時(shí)器A，比較：OUT1輸出普通數(shù)字I/O引腳；比較器A，比較：OUT2輸出P2.0/ACLK20I/O普通數(shù)字I/O引腳/ACLK輸出P2.1/TAINCLK21I/O普通數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A: 時(shí)鐘信號(hào)INCLK P2.2/CAOUT/TA

24、0P2.3/CA0/TalP2.4/CA1/TA2P2.5/RoscP2.6/ADCl2CLKP2.7/TA0222324252627I/OI/OI/OI/OI/OI/O普通數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A:捕獲:CCIOB輸入/比較器_A輸出普通數(shù)字I/O引腳；定時(shí)器A：比較：OUT l輸出/比較器_A輸入；比較器A輸入普通數(shù)字I/O引腳；定時(shí)器A：比較：OUT2輸出/比較器_A輸入；普通數(shù)字I/O引腳/定義DCO標(biāo)稱頻率的外部電阻輸入普通數(shù)字I/O引腳/轉(zhuǎn)換時(shí)鐘-12位ADC 普通數(shù)字I/O引腳；定時(shí)器A，比較：OUT0輸出P3.0/STE0P3.I/SIMO0/DSDAP3.2/SOMIO282

25、930I/OI/OI/O普通數(shù)字I/O引腳/從發(fā)送使能-USART0/SPI方式普通數(shù)字I/O引腳/從輸入/主輸出-USART0/SPI方式普通數(shù)字I/O引腳/從輸入/主輸出-USART0/SPI方式P3.3/UCLK0P3.4/UTXD0P3.5/URXD0P3.6/UTXD1P3.7/UTXD1P4.0/TB0P4.1/TB1P4.2/TB2P4.3/TB3P4.4/TB4P4.5/TB5P4.6/TB6P4.7/TBCLK31323334353637383940414243I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O 普通數(shù)字I/O引腳/外部時(shí)鐘輸入-U

26、SART0/UART/SPI方式普通數(shù)字I/O引腳/發(fā)送數(shù)據(jù)輸出-USART0/ UART方式普通數(shù)字I/O引腳/發(fā)送數(shù)據(jù)輸入-USART0/ UART方式普通數(shù)字I/O引腳/發(fā)送數(shù)據(jù)輸出-USART1/ UART方式普通數(shù)字I/O引腳/接收數(shù)據(jù)輸入-USART1/ UART方式普通數(shù)字I/O引腳/Timer _B捕獲CCI0A CCI0B輸入比較OUT0輸出普通數(shù)字I/O引腳/Timer _B捕獲CCI1A CCI1B輸入比較OUT1輸出普通數(shù)字I/O引腳/Timer _B捕獲CCI2A CCI2B輸入比較OUT2輸出普通數(shù)字I/O引腳/Timer _B捕獲CCI3A CCI3B輸入比較OU

27、T3輸出普通數(shù)字I/O引腳/Timer _B捕獲CCI4A CCI4B輸入比較OUT4輸出普通數(shù)字I/O引腳/Timer _B捕獲CCI5A CCI5B輸入比較OUT5輸出普通數(shù)字I/O引腳/Timer _B捕獲CCI6A CCI6B輸入比較OUT6輸出普通數(shù)字I/O引腳/輸入時(shí)鐘TBCLK_Timer_B7P5.0P5.1P5.2P5.3P5.4/MCLK4445464748I/OI/OI/OI/OI/O普通數(shù)字I/O引腳/從發(fā)送使能- USART l/SPI模式方式普通數(shù)字I/O引腳/從輸入/主輸出USARTI/SPI方式普通數(shù)字I/O引腳/從輸出/主輸入-USART l/SPI方式普通數(shù)

28、字I/O引腳/外部時(shí)鐘輸入-USART1/UART/SPI方式，時(shí)鐘輸出USART1/SPI方式普通數(shù)字I/O引腳/主系統(tǒng)時(shí)鐘MCLK輸出P5.5/SMCLKP5.6/ACLK4950I/OI/O普通數(shù)字I/O引腳；次系統(tǒng)時(shí)鐘SMCLK輸出普通數(shù)字I/O引腳；輔助時(shí)鐘ACLK輸出P5.7/1TBOUTH P6.0/A0P6.1/AlP6.2/A2P6.3/A3P6.4/A4P6.5/A5P6.6/A6P6.7/A7/RST/NMITCKTDI/TCLKTDO/TDITMSVeREF+VREF+VREF-/VREF+XINXOUTXT2INXT20UT5159606123456585755545

29、610711895352I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OIIIII/OIOIIOIO通用數(shù)字I/O引腳/切換所有PWM輸出端口到高祖-Timer_B7 TB0到TB6普通數(shù)字I/O引腳；12位ADC 模擬輸入A0端普通數(shù)字I/O引腳；12位ADC 模擬輸入A1端普通數(shù)字I/O引腳；12位ADC 模擬輸入A2端普通數(shù)字I/O引腳；12位ADC 模擬輸入A3端普通數(shù)字I/O引腳；12位ADC 模擬輸入A4端普通數(shù)字I/O引腳；12位ADC 模擬輸入A5端普通數(shù)字I/O引腳，12位ADC 模擬輸入A6端普通數(shù)字I/O引腳，12位ADC 模擬輸入A7端 (BSL方式)復(fù)位輸入，非

30、屏蔽中端輸入端口或引導(dǎo)裝載程序啟動(dòng)（Flash器件）測(cè)試時(shí)鐘TCK是用于器件編程測(cè)試或引導(dǎo)裝載程序啟動(dòng)（Flash器件）時(shí)鐘輸入端口測(cè)試數(shù)據(jù)輸入或測(cè)試時(shí)鐘輸入，器件保護(hù)熔絲連接該引腳測(cè)試數(shù)據(jù)輸出端口，TDO/TDI數(shù)據(jù)輸出或編程數(shù)據(jù)輸入端口測(cè)試模式選擇；TMS用作芯片編程和測(cè)試的輸入端口ADC外部參考電壓輸入ADC內(nèi)部參考電壓的正輸出引腳內(nèi)部ADC參考電壓或者外加ADC參考電壓的負(fù)端晶振XT1的輸入端口，可以連接標(biāo)準(zhǔn)晶體或手表晶體晶振XT1的輸出端口晶振XT2的輸入端口，只能連接標(biāo)準(zhǔn)晶體晶振XT2的輸出端表2-1-2：MSP430F149引腳的說明MSP430的系統(tǒng)概述MSP430既能作為帶有

31、比較器的簡(jiǎn)便低功耗控制器，又能作為完整的片上系統(tǒng)使用，其中包括多個(gè)高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口和乘法器。Ti公司的MSP430系列是一種超低耗微控制器系列，由多種滿足不同需要的型號(hào)組成。該單片機(jī)功耗低，可使用戶的應(yīng)用系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作在電池供電系統(tǒng)中，其應(yīng)用系統(tǒng)可以做到用一枚電池使用10年。由于具有16位的體系結(jié)構(gòu)及16位的CPU數(shù)據(jù)處理能力和常數(shù)發(fā)生器，可使MSP430實(shí)現(xiàn)代碼率最大化。MSP430系列單片機(jī)采用矢量中斷，支持十多個(gè)中斷源，并可以任意嵌套，用中斷請(qǐng)求將CPU喚醒只要6us，通過合理編程，既以降低系統(tǒng)功耗，又可以對(duì)外部事件的請(qǐng)求做出快速響應(yīng)。低功耗模式時(shí)3（LPM3）時(shí)僅消耗1uA的電流

32、，（這個(gè)電流相當(dāng)于普通51單片機(jī)的I/O的漏電電流），低過系統(tǒng)中的運(yùn)放和電源芯片的功耗。采用了目前流行的、頗受學(xué)術(shù)界好評(píng)的精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令(傳統(tǒng)的MCS51 單片機(jī)要12個(gè)時(shí)鐘周期才可以執(zhí)行一條指令)，使MSP430 在8MHz晶振工作時(shí)，指令速度可達(dá)8MIPS(注意：同樣8MIPS 的指令速度，運(yùn)算性能上16位處理器比8位處理器高遠(yuǎn)不止兩倍)。它還具有豐富的模擬和數(shù)字接口，在數(shù)字接口方面。MSP430集成了通用的SPI，UART，12C接口；模擬接口方面，MSP430多數(shù)都集成了運(yùn)放和DAC。MSP430內(nèi)部還內(nèi)建有DMA功能，在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中，

33、CPU可以休眠或者處理上一批數(shù)據(jù)。除此之外MSP430內(nèi)部還有16位的定時(shí)器（Timer），通過配置Timer的計(jì)數(shù)方式和門限，可以輸出一個(gè)PWM控制信號(hào)（從而可通過濾波獲得一個(gè)DAC輸出）；通過捕獲模式，可以使測(cè)量頻率的精度超過1Hz，也可以通過Timer設(shè)定采樣間隔來對(duì)內(nèi)部ADC定時(shí)采樣，從而最小化采樣抖動(dòng)；同時(shí)可以利用Timer來收發(fā)UART的數(shù)據(jù)（應(yīng)用筆記SLAA078）MSP430內(nèi)兼的32*32的硬件乘法器使其看上去像一個(gè)超低功耗的DSP，乘加運(yùn)算效率非常高?？梢杂行У貙?shí)現(xiàn)一些數(shù)字信號(hào)處理的算法(如FFT、DTMF等)MSP430F149單片機(jī)有以下特點(diǎn)：l 工作電壓范圍：1.83

34、.6Vl 超低功耗：活動(dòng)模式：280uA,1MHz,2.2V待機(jī)模式：1.6uA關(guān)閉模式（RAM保持）：0.1uAl 5種省電模式l 從等待方式喚醒時(shí)間：6usl 16位RISC 結(jié)構(gòu)，125ns指令周期（8MHz工作方式）；l 通用串口支持SPI、SCI模式；l 帶內(nèi)部參考、采樣保持和自動(dòng)掃描特性的12位A/D轉(zhuǎn)換器；l 有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器Timer _A支持PWM和CAP功能；l 有7個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器Timer _B支持PWM和CAP功能；l 片內(nèi)集成模擬比較器l 片上集成60KB的Flash和2KB的RAM同時(shí)提供256字節(jié)的信息Flash；l 串行在線

35、編程，無需外部編程電壓，安全熔絲可編程代碼保護(hù)MSP430F149:60KB+256字節(jié)Flash，2KB的RAM;l 可用封裝：64腳方形扁平封裝（QFP）。其典型應(yīng)用包括數(shù)據(jù)采集和處理，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制和常用儀器儀表等。除此以外MSP430具有簡(jiǎn)單易用，編譯效率很高，結(jié)合C語言使用，使得程序的可讀性大大提高，從而更易保護(hù)。MSP430單片機(jī)都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時(shí)器A（Timer_ A）、定時(shí)器B（Timer_ B）、串口0/1（USART0/1）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、I2C總線直接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（DMA）以及端口16（P1P

36、6）等外圍模塊的不同的組合。其中看門狗可以使程序失控時(shí)迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器可設(shè)計(jì)出A/D轉(zhuǎn)換器；16位定時(shí)器（Timer_ A和Timer_ B）具有較多的I/O端口，最多達(dá)6*8條I/O口線；P1、P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10位/12位硬件A/D轉(zhuǎn)換器具有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200Kbps,能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的需要；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)160段；實(shí)現(xiàn)兩路12位D/A轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（DMA）模塊，減輕了CPU的功能。MSP430系列單片機(jī)包含以下主要功能部件。

37、MSP430系列單片機(jī)的CPU和通用微處理器基本相同，只是在設(shè)計(jì)上采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指令集合高透明的宗旨而設(shè)計(jì)，使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的仿真指令，這樣可以提高指令執(zhí)行速度和效率，增強(qiáng)了MSP430的實(shí)時(shí)處理能力。MSP430的CPU的原理框圖如圖2-1-3所示。圖 21-3 MSP430 CPU結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過MAB(存儲(chǔ)器地址總線)、MDB（存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線）、中斷服務(wù)及請(qǐng)求線與CPU相連。MSP430不同系列產(chǎn)品所包含外圍模塊的種類及數(shù)目可能不同。他們分別是以下一些外圍模塊的組合：時(shí)鐘模塊、看門狗、定時(shí)器A、定時(shí)器B、

38、比較器A、通用同步/異步串口0/1、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、端口、基本定時(shí)器及DMA控制器等。MSP430 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1-4。圖2-1-4 MSP430 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖MSP430F149單片機(jī)系列有6組I/O口：P1P6.每個(gè)I/O口都有8個(gè)可以獨(dú)立編程的引腳。MSP430F149單片機(jī)每個(gè)引腳都有第二功能，并且每個(gè)引腳可以單獨(dú)設(shè)置成輸入、輸出或者第二功能。同時(shí),P1和P2口的每個(gè)引腳都可以單獨(dú)設(shè)置成中斷，其他P3P6不具中斷功能，并且都單獨(dú)可以設(shè)置成上升沿或者下降沿觸發(fā)中斷。P1口的所有引腳共用一個(gè)中斷向量，P2口的所有引腳也共用一個(gè)中斷向量，但他們

39、的優(yōu)先級(jí)和向量的地址不一樣。MSP430F149系列單片機(jī)的I/O接口都可以獨(dú)立編程設(shè)置，輸入輸出可以任意結(jié)合使用，P1和P2口的中斷功能可以單獨(dú)設(shè)置，有獨(dú)立的輸入輸出寄存器。Timer _A、Timer_ B、6個(gè)8位并行端口（其中P1、P2具有中斷功能）、模擬比較器COMPA-RATOR_A、12位A/D轉(zhuǎn)換器、2通道串行通信接口（通過軟件選擇UART/SPI模式）、1個(gè)硬件乘法器、1個(gè)Flash以及2KB的RAM。通用同步/異步收發(fā)器采用一個(gè)硬件，支持兩種通用串行總線模式：UART接口（異步模式）和SPI接口（同步模式）。我們可以根據(jù)寄存器UxCTL的SYNC位來選擇USART的工作模式

40、。在MSP430F149中有兩個(gè)相同的串行總線接口，可以分別或同時(shí)配置成兩種模式。SYNC為0時(shí)，USART工作在異步模式下，在異步模式下，USART通過URXD、UTXD這兩個(gè)引腳與外部系統(tǒng)連接。通用異步串口的數(shù)據(jù)格式通用異步串口數(shù)據(jù)格式包括起始位、7位或8位數(shù)據(jù)（軟件可選）、奇偶校驗(yàn)位（軟件可選）、地址位（MM=1時(shí)有效）、1位或2位停止位（軟件可編程）。每位數(shù)據(jù)的周期通過所選擇的時(shí)鐘和波特率發(fā)生器來確定，一幀數(shù)據(jù)格式如圖2-1-5所示2-1-5 通用異步收發(fā)器的數(shù)據(jù)格式由UxBR1和UxBR0組成的16位計(jì)數(shù)器。在主機(jī)模式下，最大的波特率為BRCLk/2。在從機(jī)模式下，最大波特率為BRC

41、LK。因?yàn)榉诸l因子一般不是整數(shù)，所以用16位計(jì)數(shù)器來調(diào)整整數(shù)部分，而小數(shù)部分則通過 UxMCTL 寄存器來微調(diào)。分頻因子 N=UBR+（M7+M6+M5+M4+M3+M2+M1+M0）/8,其中UBR為16位數(shù)據(jù)值。而M x為調(diào)整寄存器UxMTCL中的各數(shù)據(jù)位。 波特率=BRCL K/N=BRCLK/UBR+(M7+M6+M5+M4+M3+M2+M1+M0)/8。MSP430系列有OPT型、Flash型和ROM型三種器件。這些器件的開發(fā)手段不同，MSP430系列單片機(jī)使用以Flash型為主。OPT型和ROM的器件是大量生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí),由用戶提供符合燒寫格式的代碼芯片給生產(chǎn)廠家，然后再燒寫到內(nèi)部存儲(chǔ)

42、器里，這樣可大大降低系統(tǒng)成本；Flash型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，器件內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的Flash存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到Flash內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，有JTAG接口讀寫的片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。該JTAG調(diào)試器集仿真和編程功能于一體。以FLASH 技術(shù)、JTAG調(diào)試、集成開發(fā)環(huán)境結(jié)合的開發(fā)方式，具有方便、廉價(jià)、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)開發(fā)中還較為少見。其他系列單片機(jī)的開發(fā)一般均需要專用的仿真器或編程器。MSP430的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)以及外圍模塊的運(yùn)行控制信息，有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)程序存儲(chǔ)器訪問總是以字節(jié)形式取得代碼，而對(duì)數(shù)

43、據(jù)可以用字（16位）或字節(jié)方式訪問。其中，MSP430系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器有ROM、OTP、EPROM和Flash型。MSP430系列的單片機(jī)的存儲(chǔ)空間采用的是馮.諾依曼結(jié)構(gòu),它的Flash和RAM同一地址空間，位于0000HFFFFH范圍內(nèi)。在此范圍內(nèi)分別有SFR、外圍模塊存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器和中斷向量表。圖2-1-6所示為MSP430F149的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖。通過簡(jiǎn)易仿真器JTAG下載程序到芯片里面，一般是從0FFDFH開始向下存儲(chǔ)的。對(duì)于寄存器的地址，如果是用C語言進(jìn)行編程，則可以不用關(guān)心地址，這些都可以在C語言的頭文件中查到。圖2-1-6 MSP430F149的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖M

44、SP430F149中的Flash有N段主存儲(chǔ)器和每段128字節(jié)的兩段信息存儲(chǔ)器（A和B），主存儲(chǔ)器每段長(zhǎng)512字節(jié)；段0N可以一步擦除，也可以每段分別擦除；段A和段B可以分別擦除，或與段0N作為一組擦除；安全熔絲燒斷是不可逆的，然后對(duì)JTAG進(jìn)一步訪問無效；編程/擦除電壓內(nèi)部產(chǎn)生，無需任何外部器件，但VCC電源電流增大；編程擦除時(shí)間由閃速存儲(chǔ)器中的硬件控制，無需軟件干涉；控制硬件作為閃速定時(shí)發(fā)生器，其輸入頻率應(yīng)處于合適的頻率范圍，并一直保持到編程和擦除操作完成；在編程擦除操作時(shí)間，沒有代碼能從程序存儲(chǔ)區(qū)執(zhí)行，此時(shí)必須通過設(shè)置GIE、NMIIE、ACCVIE和OFIE位為0來禁止所有中斷。如果不

45、禁止中斷也可能使程序以為跑飛；未編程的新器件在信息存儲(chǔ)器中可能有一些已經(jīng)編程的字節(jié)（用于生產(chǎn)測(cè)試），在首次使用時(shí)應(yīng)該執(zhí)行一次擦除操作。上電復(fù)位后，系統(tǒng)時(shí)鐘是有內(nèi)部數(shù)字震蕩器提供的，用戶可以根據(jù)自己的需要改變系統(tǒng)時(shí)鐘源。首先由DCO_CLK 啟動(dòng)CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，而保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做CPU 時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，DCO就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作。這種結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，在目前各系列單片機(jī)中是絕無僅有的。JTAG 仿真接口采用2X7 標(biāo)準(zhǔn)插座，可以直接通過仿真器排線與該接口

46、相連，兼容TI 官方標(biāo)準(zhǔn)，任何標(biāo)準(zhǔn)的第三方仿JTAG 仿真器接口均可使用。JTAG 仿真接口管腳定義如下圖2-1-7所示。圖2-1-7 JTAG 仿真接口管腳定義圖使用仿真器時(shí)，一定要退出BSL下載模式，也就是BSL- Config上跳線帽要斷開，一般來講，斷開TCK和RTS跳線帽、RESET和DTR跳線帽，具體位置請(qǐng)看底板的BSL- Config排針旁邊的標(biāo)注。如果不斷開的話，可能導(dǎo)致仿真器無法連接。第2.2節(jié) 軟件分析2.2.1. 軟件選擇與分析由于Labview可用于高效的設(shè)計(jì)應(yīng)用、仿真、仿真數(shù)據(jù)和真時(shí)測(cè)量之間的比較，將Labview和測(cè)量工具集成于附加的設(shè)計(jì)和仿真工具中，在設(shè)計(jì)過程中就

47、可以將真實(shí)的測(cè)試工具與仿真模型進(jìn)行比較，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷、減少重復(fù)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬儀器由計(jì)算機(jī)、軟件、模塊式硬件組成，這些軟硬件組合并它配置后模擬了傳統(tǒng)的硬件儀器功能。Labview由于其功能是由用戶軟件定義的，所以虛擬儀器功能非常靈活、強(qiáng)大而又經(jīng)濟(jì)，如Labview結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與強(qiáng)大的G編程語言，提供了一個(gè)非常直觀的編程環(huán)境：有專為大型應(yīng)用開發(fā)、集體開發(fā)及應(yīng)用編程設(shè)計(jì)的附加開發(fā)工具，包括應(yīng)用程序生成器、圖形比較、源代碼控制、程序碼編寫指導(dǎo)及復(fù)雜矩陣運(yùn)算的編寫等功能。除此以外Labview還是一種用于測(cè)量和自動(dòng)化特定應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，一種用來快速設(shè)計(jì)工業(yè)原型和應(yīng)用

48、程序的高度交互式的開發(fā)環(huán)境。同時(shí)Labview還實(shí)現(xiàn)了對(duì)FPGA等硬件的支持，實(shí)際上是一個(gè)硬件設(shè)計(jì)工具。測(cè)量和自動(dòng)化程序在處理與通用程序一樣的問題（如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、文件I/O、網(wǎng)絡(luò)I/O、用戶I/O和數(shù)據(jù)庫存取、打印等）的同時(shí)，還要處理額外的問題（如物理I/O、實(shí)時(shí)性約束和硬件配置等）適合課題的要求。其儀器結(jié)構(gòu)如圖2-2-1所示。圖2-2-1虛擬儀器結(jié)構(gòu)2.2.2. Labview的系統(tǒng)概述LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的縮寫，它是一個(gè)使用圖形符號(hào)來編寫程序的編程環(huán)境。是一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真工具，常用于從外

49、部數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并擁有眾多與這些功能實(shí)現(xiàn)相關(guān)的VI。LabVIEW可以通過GPIB總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。它不同于傳統(tǒng)的編程語言，如C語言，C+或JAVA，這些語言使用文本方式編程。是一種圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。然而，LabVIEW不僅僅是一種編程語言，它還是為科學(xué)家和工程師等設(shè)計(jì)的一種編程開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行系統(tǒng)，編程知識(shí)這些人工作的一部分。主要以框圖形式編寫程序，用于數(shù)據(jù)采集、儀器控制等領(lǐng)域，作為一個(gè)比較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，它為我們提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方法，可以大大提高工作效率。綜上Labview有以下特點(diǎn)(1) 直觀、易學(xué)易用。與Visual C+、Visu

50、al Basic等計(jì)算機(jī)編程語言相比，圖形化編程工具Labview有一個(gè)重要的不同點(diǎn)：不需要采用以基本文本行的形式產(chǎn)生代碼行，而是用圖形化編程語言G語言編寫程序；產(chǎn)生的程序是框圖的形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼所以在很短的時(shí)間內(nèi)被掌握并應(yīng)用的實(shí)踐中去，是特別適合硬件工程師、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用。（2）通用編程系統(tǒng)Labview的功能并沒有因圖形化編程而受到限制，依然具有通用編程系統(tǒng)的特點(diǎn)。Labview有一個(gè)可完成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫。該函數(shù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。Labview還有設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其通過

51、程序的結(jié)果、單步執(zhí)行等，便于程序的調(diào)試。Labview的動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)動(dòng)態(tài)的觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其他語言的開發(fā)環(huán)境更方便有效。（3）模塊化。Labview的模塊化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，Labview中使用的基本節(jié)點(diǎn)和函數(shù)等就是一個(gè)個(gè)小的模塊，可以直接使用；另外，由Labview編寫的程序虛擬儀器模塊，除了作為獨(dú)立程序運(yùn)行外，還可作為另一個(gè)虛擬儀器模塊的子模塊（即子VI）供其他模塊的程序使用。一個(gè)完整的LabVIEW程序包括三個(gè)主要的組成部分，即前面板、框圖和圖標(biāo)。其圖如圖2-2-2所示。簡(jiǎn)單的說，前面板是一個(gè)窗口，用戶通過它與程序交互。當(dāng)運(yùn)行VI時(shí)，必須打開前面板，

52、以便向執(zhí)行程序輸入數(shù)據(jù)。前面板主要由控件和指示器組成，控件可以讓用戶輸入數(shù)值，向VI的框圖提供數(shù)據(jù)。指示器顯示由程序產(chǎn)生的輸出信息。用戶可以使用鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)入輸入，然后在屏幕上觀察程序產(chǎn)生的結(jié)果。框圖保存LabVIEW VI的圖形源代碼，由LabVIEW的圖形化編程語言構(gòu)成?？驁D是實(shí)際可以執(zhí)行的程序，前面板上的對(duì)象對(duì)應(yīng)于框圖上的終端，這樣數(shù)據(jù)可以從用戶傳送到程序及再傳回用戶。圖標(biāo)是VI的圖形表示，用于把LabVIEW程序變成一個(gè)子程序，以便在其他程序中調(diào)用。所有的 labVIEW 應(yīng)用程序都是由前面板、流程圖以及圖框三部分組成（1）前面板：是圖形用戶界面，用戶輸入控制和輸出顯示來構(gòu)成?？刂剖怯?/p>

53、戶輸入數(shù)據(jù)到程序的接口，而顯示是輸出程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接口?？刂坪惋@示是用各種圖形形式顯示在前面板，具體表現(xiàn)為：旋鈕、開關(guān)、圖形圖標(biāo)以及其他控件和顯示的對(duì)象等，這使用戶界面更加直接觀察和理解。圖2-2-2 Labview的開發(fā)窗口(2) 程序框圖：由節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連接線四種元素構(gòu)成。如圖2-2-3所示。LabVIEW 有兩種節(jié)點(diǎn)類型，函數(shù)節(jié)點(diǎn)和子VI節(jié)點(diǎn)。LabVIEW 以編譯好的機(jī)器代碼供用戶使用，而子VI節(jié)點(diǎn)是以圖形語言形式提供給用戶，用戶可訪問和修改任一子VI的節(jié)點(diǎn)代碼，但無法對(duì)函數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修改。圖2-2-3 程序編輯框圖圖框是labVIEW實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制和順

54、序控制等，編程人員可以使用它們控制VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點(diǎn)是框圖程序與用戶提供C語言文本程序的接口。2.2.3. 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目VI的設(shè)計(jì)步驟LabVIEW的圖形化程序設(shè)計(jì)是基于現(xiàn)代軟件的面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)流技術(shù)而發(fā)展起來的。下面按步驟說明進(jìn)行圖形化的程序設(shè)計(jì)：(1) 建立方案：選用LabVIEW軟件，可以構(gòu)建虛擬儀器，而不是編寫程序。有了交互式控制的軟件系統(tǒng)，用戶可以很方便地建立其前面板接口。為了實(shí)現(xiàn)具體的功能，用戶利用向?qū)О蚜鞒虉D組合在一起。(2) 建立前面板：用戶從控件選板上選擇需要的對(duì)象，放在虛擬儀器的前面板上?？丶x板上的對(duì)象包括數(shù)字顯示、表頭、壓力計(jì)、熱敏計(jì)外殼、表、圖片等。當(dāng)虛

55、擬儀器完成以后，就能在虛擬儀器工作時(shí)利用前面板中去控制整個(gè)系統(tǒng)。 (3) 構(gòu)建圖形化的流程圖：對(duì)虛擬儀器進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，用戶不必?fù)?dān)心很多傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)所需的語法細(xì)節(jié)，而可自己構(gòu)建流程圖。從函數(shù)選板上選擇對(duì)象，并用線將它們連接起來以便數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞。函數(shù)選板上的對(duì)象包括簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算、高級(jí)數(shù)據(jù)采集和分析方法、以及網(wǎng)絡(luò)和文件輸入輸出操作。(4) 數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)：LabVIEW用一種精巧的數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)模式把用戶從文本式語言的線形化方式構(gòu)建程序的辦法中解放出來。LabVIEW軟件是一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)，具有多線程功能并運(yùn)行多個(gè)虛擬儀器。(5) 模塊化和層次：LabVIEW虛擬儀器實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，因而任何虛擬儀器

56、既能獨(dú)立運(yùn)行，又能被用作其他虛擬儀器的一部分。甚至可以創(chuàng)建自己的虛擬儀器圖標(biāo)，因而可以設(shè)計(jì)由虛擬儀器構(gòu)成的多層系統(tǒng)。 (6) 圖形編輯器：在許多場(chǎng)合、程序運(yùn)行速度都非常關(guān)鍵。LabVIEW軟件是唯一的帶有編輯器的圖形化編程環(huán)境、可以產(chǎn)生最優(yōu)化的代碼。利用內(nèi)置的繪圖器，甚至能夠?qū)εc時(shí)間非常關(guān)鍵的代碼部分進(jìn)行分析和優(yōu)化。圖形化程序設(shè)計(jì)編程簡(jiǎn)單、直觀、開發(fā)效率高。第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3.1節(jié) 硬件電路設(shè)計(jì)3.1.1. 整體硬件電路概述基于USB接口的便攜式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置的硬件電路主要由供電電路，控制單元外圍電路，人機(jī)顯示電路，與上位機(jī)通信電路等。供電電路是由USB 電路5V供電，由于控制MSP430F149是1.8v3.6v供電，其芯片內(nèi)部集成了穩(wěn)壓芯片，但是外輸功率有限，考慮到外圍還有很多其他電子電器，所以供電電路中外加一片5V和3.3V的穩(wěn)壓芯片LM7805穩(wěn)壓為5V給外圍電路，再用SPX1117芯片穩(wěn)壓得到3.3