1、畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)(論文)題目： 多亮度等級(jí)調(diào)光燈制作 下 達(dá) 日 期： 2008 年 11 月 日開 始 日 期： 2008 年 11 月 日完 成 日 期： 2009 年 01 月 日指 導(dǎo) 教 師： 學(xué) 生 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生 姓 名： 教 研室主任： 信息工程 系摘 要本系統(tǒng)基于單片機(jī)MSP430F449為控制核心。通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角控制燈的明亮程度。系統(tǒng)的硬件部分主要包括鍵盤、MSP430F449單片機(jī)、延時(shí)計(jì)數(shù)器、光電耦合電路、主控制電路，同步和過(guò)零檢測(cè)電路?？刂菩盘?hào)為簡(jiǎn)單的鍵盤輸入，當(dāng)不同的按鍵按下，可以直觀的看到燈的多種亮度。主控制電路為非門、光電耦合器和雙向

2、可控硅及電阻電容共同組成，在這里與雙向可控硅并聯(lián)的電阻和電容起對(duì)可控硅的保護(hù)作用。同步信號(hào)是通過(guò)變壓器變壓并經(jīng)過(guò)光電耦合電路取得。軟件是由C語(yǔ)言編寫，編譯鏈接后下載到MSP430F449中運(yùn)行。軟件能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計(jì)的功能要求，程序通過(guò)鍵盤信號(hào)采集、時(shí)序生成和對(duì)延時(shí)計(jì)數(shù)器賦值來(lái)產(chǎn)生符合要求的控制信號(hào)。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定實(shí)用。關(guān)鍵詞：MSP430F449微控制器，單片機(jī)，可控硅AbstractThe MSP430F449 MCU-based system for the control of the core uses SCR to control the on-angle cont

3、rol of the bright lights degree。The hardware，includes some of the major keyboard，MSP430F449 microcontroller，Phase delay circuit，photoelectric coupled circuit，the main control circuit，synchronization and zero detection circuit。Control signal for the simple keyboard input，when a different button press

4、，you can see the lights of the visual variety of brightness.Keywords: MSP430F449 Microcontroller，Single-Chip Microcomputer，SCR目 錄摘 要1目 錄2第一章 緒論51.1單片機(jī)介紹51.2單片機(jī)的分類51.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)61.4單片機(jī)的組成及特點(diǎn)71.4.1單片機(jī)的組成81.4.2單片機(jī)的特點(diǎn)81.5單片機(jī)的發(fā)展91.5.1單片機(jī)發(fā)展的三大階段91.5.2單片機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史91.6單片機(jī)的應(yīng)用10第2章 設(shè)計(jì)方案論述112.1可控硅介紹112.1.1可控硅的分類112.1

5、.2可控硅的主要參數(shù)112.1.3常用封裝形式122.1.4主要生產(chǎn)廠家122.2可控硅的結(jié)構(gòu)和特性122.3 調(diào)光燈設(shè)計(jì)的功能要求和工作原理132.4可控硅作用、特點(diǎn)132.4.1單向可控硅132.4.2單向可控硅基本結(jié)構(gòu)132.4.3雙向可控硅142.5可控硅的導(dǎo)通原理142.6方案論證與比較152.6本章小結(jié)16第3章 MSP430芯片介紹163.1 MSP430芯片簡(jiǎn)介163.2 MSP430 單片機(jī)的發(fā)展173.3 MSP430 單片機(jī)的特點(diǎn)183.4 MSP430 系列與89C51系列的比較193.5 MSP430 產(chǎn)品系列類型描述203.6本章小結(jié)21第4章 多亮度等級(jí)調(diào)光燈的設(shè)

6、計(jì)214.1設(shè)計(jì)原理214.2功能簡(jiǎn)介214.3 硬件部分214.3.1硬件結(jié)構(gòu)圖224.3.2電路說(shuō)明224.3.4硬件流程圖：224.4控制器的選擇思路234.5可控硅主驅(qū)動(dòng)電路244.6控制電路244.7 人機(jī)交互-鍵盤接口254.8本章小結(jié)25第5章 軟件設(shè)計(jì)265.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹265.1.2 嵌入式IAR Embedded Workbench IDE265.1.2 一個(gè)可擴(kuò)展的模塊化的環(huán)境265.1.3 特性265.1.4 項(xiàng)目管理275.1.5 源代碼控制275.1.6窗口管理275.1.7 文本編輯器275.2 軟件設(shè)計(jì)285.2.1 軟件組成285.2.1 程序流程圖如下

7、285.3 軟件實(shí)現(xiàn)295.4測(cè)試的方法與儀器295.5測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析295.6 本章小結(jié)30課題背景30參考文獻(xiàn)31附 錄32. 硬件結(jié)構(gòu)圖32.元器件清單32致 謝33畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)34第一章 緒論1.1單片機(jī)介紹單片機(jī)(Single-Chip Microcomputer),又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇?？梢哉f(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電

8、腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者

9、搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。1.2單片機(jī)的分類應(yīng)用中的單片機(jī)

10、種類繁多，現(xiàn)介紹幾種主要的單片機(jī)如下:ATMEL公司的AVR單片機(jī)：是增強(qiáng)型RISC內(nèi)載Flash的單片機(jī)，芯片上的Flash存儲(chǔ)器附在用戶的產(chǎn)品中，可隨時(shí)編程，再編程，使用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)容易，更新?lián)Q代方便。AVR單片機(jī)采用增強(qiáng)的RISC結(jié)構(gòu)，使其具有高速處理能力，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令，每MHz可實(shí)現(xiàn)1MIPS的處理能力。AVR單片機(jī)工作電壓為2。76。0V，可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化。AVR的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，工業(yè)實(shí)時(shí)控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器，宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。Motorola單片機(jī)：Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商。從M6800開始，開發(fā)了廣泛的品種，4

11、位，8位，16位32位的單片機(jī)都能生產(chǎn)，其中典型的代表有:8位機(jī)M6805，M68HC05系列，8位增強(qiáng)型M68HC11，M68HC12，16位機(jī)M68HC16，32位機(jī)M683XX。Motorola單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。MicroGhip單片機(jī): MicroChip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是PIC 16C系列和17C系列8位單片機(jī)，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別僅有33，35，58條指令，采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng)能力，價(jià)格低，一

12、次性編程，小體積。適用于用量大，檔次低，價(jià)格敏感的產(chǎn)品。在辦公自動(dòng)化設(shè)備，消費(fèi)電子產(chǎn)品，電訊通信，智能儀器儀表，汽車電子，金融電子，工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，PIC系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場(chǎng)份額排名中逐年提高。發(fā)展非常迅速。Scenix單片機(jī): Scenix公司推出的8位RISC結(jié)構(gòu)SX系列單片機(jī)與Intel 的Pentium II等一起被<<Electronic Industry Yearbook 1998>>評(píng)選為1998年世界十大處理器。在技術(shù)上有其獨(dú)到之處: SX系列雙時(shí)鐘設(shè)置，指令運(yùn)行速度可達(dá)50/75/100MIPS(每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令，XXX M I

13、nstruction Per Second) ;具有虛擬外設(shè)功能，柔性化I/O端口，所有的I/O端口都可單獨(dú)編程設(shè)定，公司提供各種I/O的庫(kù)函數(shù)，用于實(shí)現(xiàn)各種I/O模塊的功能，如多路UART，多路A/D，PWM，SPI，DTMF，F(xiàn)S，LCD驅(qū)動(dòng)等等。采用EEPROM/FLASH程序存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)在線系統(tǒng)編程。通過(guò)計(jì)算機(jī)RS232C接口，采用專用串行電纜即可對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)仿真。東芝單片機(jī): 東芝單片機(jī)門類齊全，4位機(jī)在家電領(lǐng)域有很大市場(chǎng)，8位機(jī)主要有870系列，90系列，該類單片機(jī)允許使用慢模式，采用32K時(shí)鐘時(shí)功耗降至10UA數(shù)量級(jí)。東芝的32位單片機(jī)采用MIPS 3000A RI

14、SC的CPU結(jié)構(gòu)，面向VCD，數(shù)字相機(jī)，圖像處理等市場(chǎng)。    8051單片機(jī): 8051單片機(jī)最早由Intel公司推出，其后，多家公司購(gòu)買了8051的內(nèi)核，使得以8051為內(nèi)核的MCU系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最廣泛，有人推測(cè)8051可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。   LG公司生產(chǎn)的GMS90系列單片機(jī)，與Intel MCS-51系列，Atmel 89C51/52，89C2051等單片機(jī)兼容，CMOS技術(shù)，高達(dá)40MHZ的時(shí)鐘頻率，應(yīng)用于: 多功能電話，智能傳感器，電度表，工業(yè)控制，防盜報(bào)警裝置，各種計(jì)費(fèi)器，各種IC卡裝置，DV

15、D，VCD，CD-ROM。   Zilog單片機(jī): Z8單片機(jī)是Zilog公司的產(chǎn)品，采用多累加器結(jié)構(gòu)，有較強(qiáng)的中斷處理能力，開發(fā)工具價(jià)廉物美。Z8單片機(jī)以低價(jià)位面向低端應(yīng)用。我想很多人都知道Z80單板機(jī)，直到90年代后期，很多大學(xué)的微機(jī)原理還是講述Z80。1.3單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期。世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有：1.低功耗CMO

16、S化：MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。像80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗像電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)?lái)了產(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。因而，在

17、單片機(jī)領(lǐng)域CMOS正在逐漸取代TTL電路。2.微型單片化：現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都

18、具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來(lái)越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3.主流與多品種共存：現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國(guó)臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡(jiǎn)指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國(guó)臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將

19、得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將列強(qiáng)。在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS 51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖

20、然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。1.4單片機(jī)的組成及特點(diǎn)單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。1.4.1單片機(jī)的組成單片機(jī)一般由以下幾個(gè)部分組成： 中央處理單元：數(shù)據(jù)處理、測(cè)試位，置位，復(fù)位 位操作 只讀存儲(chǔ)器：永久性存儲(chǔ)應(yīng)用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM 隨機(jī)存取內(nèi)存：在程序運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)工作變量和資料 并行輸入/輸出口(I / O)：作系統(tǒng)總線、擴(kuò)展外存

21、、I / O接口芯片 串行輸入/輸出口：串行通信、擴(kuò)展I / O接口芯片 定時(shí)/計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)滿溢出、中斷標(biāo)志位置位、向CPU提出中斷請(qǐng)求 時(shí)鐘電路：內(nèi)振、外振 中斷系統(tǒng)：中斷源、2級(jí)優(yōu)先 看門狗電路：Watchdog單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部總線把計(jì)算機(jī)的各主要部件連接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)提供地址，CPU通過(guò)它們將地址輸出到存儲(chǔ)器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲(chǔ)器或I/O接口之間，或存儲(chǔ)器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號(hào)線和外部送入CPU的應(yīng)答信號(hào)線等。單片機(jī)中的CPU、存儲(chǔ)器等部件將在后面章節(jié)陸續(xù)介紹。

22、1.4.2單片機(jī)的特點(diǎn)由于單片機(jī)的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著的特點(diǎn)，因而在各個(gè)領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機(jī)主要發(fā)如下特點(diǎn)：.有優(yōu)異的性能價(jià)格比。.集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。.控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。.低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。

23、.外部總線增加了I C(Inter-Integrated Circuit)及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。.單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。1.5單片機(jī)的發(fā)展1.5.1單片機(jī)發(fā)展的三大階段單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段：SCM即單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路

24、上，Intel公司功不可沒(méi)。MCU即微控制器(Micro Controller Unit)階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來(lái)看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。SOC即片上系統(tǒng) (System On Chip) 階段，單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形

25、成了SOC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。1.5.2單片機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個(gè)階段：第一階段(1976-1978)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的控索階段。以Intel公司的MCS-48為代表。MCS48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola 、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機(jī)片”一詞即由此而來(lái)。 第二階段(1978-1982)單片機(jī)的完善階段。Intel公司在M

26、CS 48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS 51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。 1、完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。2、CPU外圍功能單元的集中管理模式。3、體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 4、指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段(1982-1990)8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS 96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)

27、視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS51系列的廣泛應(yīng)用，許多電氣廠商競(jìng)相使用80C51為內(nèi)核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。第四階段(1990-)：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。1.6單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)主要有單機(jī)應(yīng)用和多機(jī)應(yīng)用，且由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域，主要表

28、現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：.單機(jī)應(yīng)用:(一個(gè)系統(tǒng)使用一塊單片機(jī)普通應(yīng)用模式) .家用電器:自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛(ài)。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。如高檔的洗衣機(jī)，空調(diào)器，電冰箱，彩電，DVD，音響，手機(jī)，高檔電子玩具等電器，用單片機(jī)做自動(dòng)控制。.智能設(shè)備:用單片機(jī)改造普通儀器，儀表，讀卡機(jī)等，使其(集測(cè)量，處理，控制功能為一體)智能化，微型化。單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測(cè)量的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。機(jī)電一體

29、化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。.網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口:在大型計(jì)算機(jī)控制的網(wǎng)絡(luò)或通信電路與外圍設(shè)備的接口電路中，用單片機(jī)來(lái)控制或管理，可大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度和接口的管理水平。.工業(yè)測(cè)控:單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測(cè)控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高

30、系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)工業(yè)設(shè)備(如機(jī)床，汽車，高檔中西餐廚具，鍋爐，供水系統(tǒng)，生產(chǎn)自動(dòng)化，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，衛(wèi)星信號(hào)接收等)進(jìn)行智能測(cè)控，大大地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。.多機(jī)應(yīng)用:(一個(gè)系統(tǒng)使用多塊單片機(jī)高科技應(yīng)用模式) .功能彌散系統(tǒng):.并行多機(jī)處理系統(tǒng):在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺(tái)功能各異的單 片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過(guò)串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。.局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

31、: 綜上所述，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。第2章 設(shè)計(jì)方案論述2.1可控硅介紹晶閘管又叫可控硅?？煽毓?SCR: Silicon Controlled Rectifier)是可控硅整流器的簡(jiǎn)稱?？煽毓栌袉蜗?、雙向、可關(guān)斷和光控幾種類型。它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長(zhǎng)、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于可控整流、調(diào)壓、逆變以及無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)等各種自

32、動(dòng)控制和大功率的電能轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭(zhēng)相采用的元件。2.1.1可控硅的分類自從20世紀(jì)50年代問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管，等等?？煽毓鑿耐庑紊戏种饕新菪?、平板式和平底式三種。其中螺旋式的應(yīng)用較多。按其工作特性，可控硅(THYRISTOR)可分為普通可控硅(SCR)即單向可控硅、雙向可控硅(TRIAC)和其它特殊可控硅。2.1.2可控硅的主要參數(shù)可控硅的主要參數(shù)有： .額定通態(tài)平均電流IT在一定條件

33、下，陽(yáng)極-陰極間可以連續(xù)通過(guò)的50赫茲正弦半波電流的平均值。.正向阻斷峰值電壓VPF 在控制極開路未加觸發(fā)信號(hào)，陽(yáng)極正向電壓還未超過(guò)導(dǎo)能電壓時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的正向峰值電壓?？煽毓璩惺艿恼螂妷悍逯?，不能超過(guò)手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。.反向陰斷峰值電壓VPR當(dāng)可控硅加反向電壓，處于反向關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可以重復(fù)加在可控硅兩端的反向峰值電壓。使用時(shí)，不能超過(guò)手冊(cè)給出的這個(gè)參數(shù)值。.控制極觸發(fā)電流Ig1 、觸發(fā)電壓VGT在規(guī)定的環(huán)境溫度下，陽(yáng)極-陰極間加有一定電壓時(shí)，可控硅從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所需要的最小控制極電流和電壓。.維持電流IH在規(guī)定溫度下，控制極斷路，維持可控硅導(dǎo)通所必需的最小陽(yáng)極正向電

34、流。 近年來(lái)，許多新型可控硅元件相繼問(wèn)世，如適于高頻應(yīng)用的快速可控硅，可以用正或負(fù)的觸發(fā)信號(hào)控制兩個(gè)方向?qū)ǖ碾p向可控硅，可以用正觸發(fā)信號(hào)使其導(dǎo)通，用負(fù)觸發(fā)信號(hào)使其關(guān)斷的可控硅等等。2.1.3常用封裝形式常用可控硅的封裝形式有TO-92、TO-126、TO-202AB、TO-220、TO-220AB、TO-3P、SOT-89、TO-251、TO-252等。2.1.4主要生產(chǎn)廠家主要廠家品牌有：ST，NXP/PHILIPS，NEC，ON/MOTOROLA，RENESAS/MITSUBISHI，LITTELFUSE/TECCOR，TOSHIBA，JX ，SANREX，SANKEN ，SEMIKRO

35、N ，EUPEC，IR等。2.2可控硅的結(jié)構(gòu)和特性可控硅由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對(duì)外有三個(gè)電極：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽(yáng)極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。晶閘管和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性?？煽毓栌腥齻€(gè)電極-陽(yáng)極（A）陰極（C）和控制極（G）。它有管芯是P 型導(dǎo)體和N 型導(dǎo)體交迭組成的四層結(jié)構(gòu)，共有三個(gè)PN 結(jié)。如圖：可控硅和只有一個(gè)PN 結(jié)的硅整流二極度管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。可控硅的四層結(jié)構(gòu)和控制極的引用，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)。在應(yīng)用可

36、控硅時(shí)，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽(yáng)極電流或電壓。目前已能制造出電流容量達(dá)幾百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控 硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。 要使晶閘管導(dǎo)通，一是在它的陽(yáng)極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后，松開按鈕開關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管的特點(diǎn)是“一觸即發(fā)”。但是，如果陽(yáng)極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通?？刂茦O的作用是通過(guò)外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么， 用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷

37、開陽(yáng)極電源(圖中的開關(guān)S)或使陽(yáng)極電流小于維持導(dǎo)通的最小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽(yáng)極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓，那么，在電壓過(guò)零時(shí)，晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。2.3 調(diào)光燈設(shè)計(jì)的功能要求和工作原理本設(shè)計(jì)要求具有對(duì)燈泡亮度調(diào)節(jié)的功能，通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)可控硅不同導(dǎo)通角的控制來(lái)進(jìn)行明顯不同亮度的顯示。具體的調(diào)節(jié)原理不做要求。調(diào)光燈的工作原理是通過(guò)改變電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)燈的亮暗的，電壓一定時(shí)，電阻越大，功率越小，耗電量越小，燈越暗。2.4可控硅作用、特點(diǎn)普通二極管整流電路存在一個(gè)局限性：在輸入的交流電壓一定時(shí)，輸出的直流電壓也是一個(gè)固定值，不能任意調(diào)節(jié)，但在許多情況下，都要求直流電壓能進(jìn)行調(diào)節(jié)，即

38、有可控、可調(diào)的特點(diǎn)，可控硅的出現(xiàn)有效地解決了這個(gè)問(wèn)題，使半導(dǎo)體器件從弱電領(lǐng)域進(jìn)入強(qiáng)電領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：體積小、動(dòng)作迅速、壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：控制比較復(fù)雜。用途：整流、調(diào)節(jié)、開關(guān)、逆變。2.4.1單向可控硅單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號(hào)作用下由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，但一旦導(dǎo)通，外部信號(hào)就無(wú)法使其關(guān)斷，只能靠去除負(fù)載或降低其兩端電壓使其關(guān)斷。單向可控硅是由三個(gè)PN結(jié)PNPN組成的四層三端半導(dǎo)體器件與具有一個(gè) PN結(jié)的二極管相比，單向可控硅正向?qū)ㄇ沂芸刂茦O電流控制；與具有兩個(gè)PN結(jié)的三極管相比，差別在于可控硅對(duì)控制極電流沒(méi)有放大作用。2.4.2單向可控硅基本結(jié)構(gòu)單相可控硅具有：a、三個(gè)PN結(jié)，b、

39、3個(gè)電極的四層結(jié)構(gòu)，如圖1示：2.4.3雙向可控硅雙向可控硅具有兩個(gè)方向輪流導(dǎo)通、關(guān)斷的特性。雙向可控硅實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅，是由NPNPN五層半導(dǎo)體形成四個(gè)PN結(jié)構(gòu)成、有三個(gè)電極的半導(dǎo)體器件。由于主電極的構(gòu)造是對(duì)稱的（都從N層引出），所以它的電極不像單向可控硅那樣分別叫陽(yáng)極和陰極，而是把與控制極相近的叫做第一電極A1，另一個(gè)叫做第二電極A2。雙向可控硅的主要缺點(diǎn)是承受電壓上升率的能力較低。這是因?yàn)殡p向可控硅在一個(gè)方向?qū)ńY(jié)束時(shí)，硅片在各層中的載流子還沒(méi)有回到截止?fàn)顟B(tài)的位置，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。雙向可控硅元件主要用于交流控制電路，如溫度控制、燈光控制、防爆交流開關(guān)以及直流電機(jī)調(diào)速

40、和換向等電路。單向可控硅和雙向可控硅，都是三個(gè)電極。單向可控硅有陰極（K）、陽(yáng)極（A）、控制極（G）。雙向可控硅等效于兩只單項(xiàng)可控硅反向并聯(lián)而成。即其中一只單向硅陽(yáng)極與另一只陰極相邊連，其引出端稱T2極，其中一只單向硅陰極與另一只陽(yáng)極相連，其引出端稱T2極，剩下則為控制極（G）。2.5可控硅的導(dǎo)通原理為了說(shuō)明可控硅的工作原理，將單相可控硅可切割為二個(gè)三極管，每一個(gè)晶體管的基極與另一個(gè)晶體管的集電極相連。如圖2示。a、陽(yáng)極與陰極之前只加正向電壓，可控硅處于反向阻塞狀態(tài)。b、控制極與陰極之間加正向電壓，可控硅不導(dǎo)通。c、陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓(觸發(fā)脈沖)，同時(shí)在控制極與陰極之間加正向電壓，可控硅

41、很快處于導(dǎo)通狀態(tài)，且可以允許大電流流過(guò)，(其電流值只受外接電阻的限制)，陽(yáng)極和陰極之間的壓降為1V左右。如圖2示：假設(shè)EG產(chǎn)生控制電流IG，加入可控硅的控制極，則經(jīng)T2放大后，電流為IG加入可控硅的控制極，則經(jīng)T2放大后，電流為TC2=2IG，而Ic2=Ib1，IG=1IB1=12IG，這個(gè)電流又流入T2的基極，再一次放大，這兩個(gè)晶體管之間存在著一個(gè)正反饋環(huán)，形成強(qiáng)烈的正反饋。因此，很快使兩個(gè)晶體管飽和導(dǎo)通，導(dǎo)通后其壓降很小，電源電壓幾乎全部加在負(fù)載上。在可控硅導(dǎo)通之后，即使控制極電流消失，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身的正反饋?zhàn)饔脕?lái)維持，它仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以，控制極的作用，僅僅是觸發(fā)可控硅

42、使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制極就失去作用了。2.6方案論證與比較方案一：純模擬電路通過(guò)改變電阻和電容的值來(lái)改變燈的亮度。一般只能實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光點(diǎn)亮的快慢進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能滿足本設(shè)計(jì)的功能要求，故不采納。方案二：采用數(shù)字和模擬混合電路并通過(guò)調(diào)節(jié)電燈電壓信號(hào)的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光亮度的控制。包括單片機(jī)、晶閘管等主要器件。方案示例：基于51單片機(jī)和晶閘管驅(qū)動(dòng)器的燈控系統(tǒng) 此方案中，其控制電路主要由AT89C2051單片機(jī)和過(guò)零觸發(fā)光電隔離雙向晶閘管等組成的可編程控制電路和直流穩(wěn)壓電源(未畫出)組成。如圖所示。通過(guò)單片機(jī)AT89C2051執(zhí)行程序經(jīng)I/O口向過(guò)零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)命令，實(shí)現(xiàn)燈光的控制。此方案能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計(jì)

43、的功能要求，元器件簡(jiǎn)單、廉價(jià)，但原理上是通過(guò)占空比來(lái)調(diào)節(jié)燈光亮度，信號(hào)頻率參數(shù)不確定，造成在電燈兩端的電壓信號(hào)頻率不確定，造成非50HZ電信號(hào)，對(duì)電網(wǎng)有污染。因此方案經(jīng)過(guò)實(shí)現(xiàn)和進(jìn)一步討論，不予采用。方案三：采用數(shù)字和模擬混合電路，并通過(guò)調(diào)節(jié)電燈電壓信號(hào)的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光亮度的控制。包括單片機(jī)、晶閘管等主要器件。方案構(gòu)思：基于MSP430F449單片機(jī)和數(shù)控可控硅觸發(fā)電路的燈控系統(tǒng)此方案是基于MSP430F449單片機(jī)為設(shè)計(jì)的控制核心，且采用光電偶合器將觸發(fā)電路和主路電之間進(jìn)行隔離，因而該電路具有可靠性和控制精度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此我們決定采用此方案。2.6本章小結(jié) 本章主要對(duì)可控硅進(jìn)行

44、了介紹，介紹了可控硅的分類、可控硅的主要參數(shù)、常用封裝形式、主要生產(chǎn)廠家，分析了可控硅的作用、特點(diǎn)以及單相可控硅基本結(jié)構(gòu)。最后根據(jù)多亮度等級(jí)調(diào)光燈制作的設(shè)計(jì)功能要求，對(duì)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證與比較，最后闡述了設(shè)計(jì)的測(cè)試的方法與儀器測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析。第3章 MSP430芯片介紹3.1 MSP430芯片簡(jiǎn)介MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(TI)1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器(Mixed Signal Processor)。稱之為混合信號(hào)處理器，主要是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。3.2 MS

45、P430 單片機(jī)的發(fā)展MSP430 系列是一個(gè) 16 位的、具有精簡(jiǎn)指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，在 1996 年問(wèn)世，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星?；貞?MSP430 系列單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以看出有這樣三個(gè)階段：開始階段:從 1996 年推出 MSP430 系列開始到 2000 年初，這個(gè)階段首先推出有 33X 、32X 、31X 等幾個(gè)系列，而后于 2000 年初又推出了 11X 、11X1 系列。MSP430 的 33X 、32X 、31X 等系列具有 LCD 驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)提高系統(tǒng)的集成度較有利。每一系列有 ROM

46、型( C )、OTP 型( P )、和 EPROM 型( E )等芯片。EPROM 型的價(jià)格昂貴，運(yùn)行環(huán)境溫度范圍窄，主要用于樣機(jī)開發(fā)。這也表明了這幾個(gè)系列的開發(fā)模式，即：用戶可以用 EPROM 型開發(fā)樣機(jī)；用 OTP 型進(jìn)行小批量生產(chǎn)；而 ROM 型適應(yīng)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。2000 年推出了 11X/11X1 系列。這個(gè)系列采用 20 腳封裝，內(nèi)存容量、片上功能和 I/O 引腳數(shù)比較少，但是價(jià)格比較低廉。這個(gè)時(shí)期的 MSP430 已經(jīng)顯露出了它的特低功耗等的一系列技術(shù)特點(diǎn)，但也有不盡如人意之處。它的許多重要特性，如：片內(nèi)串行通信接口、硬件乘法器、足夠的 I/O 引腳等，只有 33X 系列才具備

47、。33X 系列價(jià)格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)用戶設(shè)計(jì)需要更多考慮成本時(shí)，33X 并不一定是最適合的。而片內(nèi)高精度A/D 轉(zhuǎn)換器又只有 32X 系列才有。尋找突破，引入Flash技術(shù):隨著 Flash 技術(shù)的迅速發(fā)展，TI 公司也將這一技術(shù)引入 MSP430 系列中。在 2000 年 7 月推出 F13X/F14X 系列，在 2001 年 7 月到 2002 年又相繼推出 F41X 、F43X 、F44X 這些全部是 Flash 型單片機(jī)。F41X 單片機(jī)是目前應(yīng)用比較廣的單片機(jī)，它有 48 個(gè) I/O 口，96 段 LCD 驅(qū)動(dòng)。F43X 、F44X 系列是在 13X 、14X 的

48、基礎(chǔ)上，增加了液晶驅(qū)動(dòng)器，將驅(qū)動(dòng) LCD 的段數(shù)由 3XX 系列的最多 120 段增加到 160 段。并且相應(yīng)地調(diào)整了顯示存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的地址，為以后的發(fā)展拓展了空間。MSP430 系列由于具有 Flash 存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點(diǎn)。這是 TI 公司推出具有 Flash 型存儲(chǔ)器及 JTAG 邊界掃描技術(shù)的廉價(jià)開發(fā)工具 MSP-FET430X110 ，將國(guó)際上先進(jìn)的 JTAG 技術(shù)和 Flash 在線編程技術(shù)引入 MSP430。這種以 Flash 技術(shù)與 FET 開發(fā)工具組合的開發(fā)方式，具有方便、廉價(jià)、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，給用戶提供了一個(gè)較為理想的樣機(jī)開發(fā)方式。另

49、外，2001 年 TI 公司又公布了 BOOTSTRAP 技術(shù)，利用它可在燒斷熔絲以后只要幾根線就可更改并運(yùn)行內(nèi)部的程序。這為系統(tǒng)軟件的升級(jí)提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可達(dá)到 32 個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度。蓬勃發(fā)展階段:在前一階段，引進(jìn)新技術(shù)和內(nèi)部進(jìn)行調(diào)整之后，為 MSP430 的功能擴(kuò)展打下了良好的基礎(chǔ)。于是 TI 公司在 2002 年底和 2003 年期間又陸續(xù)推出了 F15X 和 F16X 系列的產(chǎn)品。在這一新的系列中，有了兩個(gè)方面的發(fā)展。一是從存儲(chǔ)器方面來(lái)說(shuō)，將 RAM 容量大大增加，如 F1611 的 RAM 容量增加到了 10KB 。這樣一來(lái)，希望將實(shí)時(shí)操

50、作系統(tǒng)( RTOS )引入 MSP430 的，就不會(huì)因 RAM 不夠而發(fā)愁了。二是從外圍模塊來(lái)說(shuō)，增加了 I 2 C 、DMA 、DAC12 和 SVS 等模塊。在 2003 年中，TI 公司還推出了專門用于電量計(jì)量的 MSP430FE42X 和用于水表、氣表、熱表上的具有無(wú)磁傳感模塊的 MSP430FW42X 單片機(jī)。我們相信由于 MSP430 的開放性的基本架構(gòu)和新技術(shù)的應(yīng)用，新的 MSP430 的產(chǎn)品品種必將會(huì)不斷出現(xiàn)。3.3 MSP430 單片機(jī)的特點(diǎn) MSP430 系列單片機(jī)的迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，主要取決于以下的特點(diǎn)。強(qiáng)大的處理能力 MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位

51、的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)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(jiǎn)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(chǔ)器都可參加多種運(yùn)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(dòng)下指令周期為 125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。在運(yùn)算速度方面，MSP430 系列單片機(jī)能在 8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)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(shí)現(xiàn)乘加)相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法(如 FFT 等)。MSP430 系列單片機(jī)的中斷源

52、較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6us。超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 1.83.6V 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在 200400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1uA。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)( FLL 和 FLL+ )時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩

53、器( 32768Hz )，有的使用兩個(gè)晶體振蕩器)。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式( AM )和五種低功耗模式( LPM0LPM4 )。在等待方式下，耗電為 0.7uA ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 0.1uA。系統(tǒng)工作穩(wěn)定。上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) 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(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果

54、晶體振蕩器在用做 CPU 時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障，DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，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。豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機(jī)的各成員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 、IIC總線直接數(shù)據(jù)存取( DMA )、端口 O ( P0 )、端口 16 ( P1P6 )、基本定時(shí)器( Basic Timer )等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可

55、以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?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 )具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線； P0 、P1 、P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(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；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的

56、12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件IIC串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸( DMA )模塊。MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。方便高效的開發(fā)環(huán)境 目前 MSP430 系列有 OPT 型、FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?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(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。MSP430 單片機(jī)目前主要以 FLASH 型為主。適應(yīng)工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境 MSP430 系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為 -40+ 85 攝氏度 ，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下。3.4 MSP430 系列與89C51系