18-MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板應(yīng)用實(shí)例作品基于MSP430G2211實(shí)現(xiàn)的自行車?yán)锍瘫韮x器半導(dǎo)體技術(shù)XX（有限）公司XX電子科技大學(xué)MSP430單片機(jī)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室2011年12月目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章作品概述 -2-第一節(jié)作品功能和單片機(jī)介紹 -2-第二節(jié)設(shè)計(jì)方案 -2-第二章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) -3-第一節(jié)MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板介紹 -3-第二節(jié)傳感器介紹 -4-第三節(jié)顯示部分電路 -6-第四節(jié)硬件裝配調(diào)試說(shuō)明 -7-第三章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) -9-第一節(jié)程序流程圖 -9-第二節(jié)子程序API介紹 -12-第三節(jié)程序調(diào)試 -13-第四節(jié)程序調(diào)試注意事項(xiàng) -14-第四章總結(jié)與思考 -15-第一章作品概述第一節(jié)作品功能和單片機(jī)介紹本作品以MSP430G2211單片機(jī)為核心，通過安裝在車輪支架上的干簧管感應(yīng)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，由MSP430單片機(jī)測(cè)出車輪轉(zhuǎn)過每圈所需的時(shí)間及圈數(shù)，計(jì)算出速度和里程等結(jié)果數(shù)據(jù)，并通過點(diǎn)陣LCD進(jìn)行顯示。本作品選用MSP430G2211單片機(jī)，該單片機(jī)超低功耗，具有5種節(jié)電模式，1us內(nèi)便可從待機(jī)模式喚醒，并具有一個(gè)強(qiáng)大的16位RISCCPU、16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器，有助于最大限度的發(fā)揮代碼效率。此單片機(jī)還具有豐富的時(shí)鐘源，包括LF、OSC和VLO。它可通過串行口系統(tǒng)編程，無(wú)需外部編程電壓，具有可編程的保密熔絲代碼保護(hù)，它具有Spy-Bi-Wire仿真邏輯接口。另外它還有10位IO口、8個(gè)比較器通道和16位的Timer_A定時(shí)器，帶2路捕獲和比較寄存器。此單片機(jī)的IO口和Timer_A定時(shí)器都具有強(qiáng)大的中斷能力。第二節(jié)設(shè)計(jì)方案干簧管是一種磁敏的特殊開關(guān)。它的兩個(gè)觸點(diǎn)由特殊材料制成，被封裝在真空的玻璃管里。只要用磁鐵接近它，干簧管兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)吸合在一起，使電路導(dǎo)通；無(wú)磁鐵靠近時(shí)干簧管就斷開。本作品主要是利用了干簧管的這一磁效應(yīng)，讓干簧管一端接高電平，一端接單片機(jī)IO口。首先自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)干簧管的交替的開閉，這樣干簧管就會(huì)輸出一個(gè)與自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同的脈沖信號(hào)；然后單片機(jī)IO口接收到脈沖信號(hào)，利用MSP430G2211單片機(jī)的IO中斷和TA定時(shí)，適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理便可測(cè)得此脈沖信號(hào)的頻率，從而計(jì)算出自行車的速度和里程；最后由單片機(jī)控制液晶顯示模塊，將速度和里程信息在液晶上顯示。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示。干簧管檢測(cè)器干簧管檢測(cè)器MSP430G2211液晶顯示模塊圖1.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖第二章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板介紹基于LaunchPad的MSP-EXP430G2低成本實(shí)驗(yàn)板是一款適用于TI最新MSP430G2xx系列產(chǎn)品的完整開發(fā)解決方案。其基于USB的集成型仿真器可提供為全系列MSP430G2xx器件開發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。LaunchPad具有集成的DIP目標(biāo)插座，可支持多達(dá)20個(gè)引腳，從而使MSP430ValueLine器件能夠簡(jiǎn)便地插入LaunchPad電路板中。此外，還可提供板上Flash仿真工具，以直接連接至PC輕松進(jìn)行編程、調(diào)試和評(píng)估。LaunchPad實(shí)驗(yàn)板還能夠?qū)Z430-RF2500T目標(biāo)板、eZ430-Chronos手表模塊或eZ430-F2012T/F2013T目標(biāo)板進(jìn)行編程。此外，它還提供了從MSP430G2xx器件到主機(jī)PC或相連目標(biāo)板的9600波特UART串行連接。其實(shí)物圖如圖2.1所示。圖2.1MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板實(shí)物圖MSP-EXP430G2采用IAREmbeddedWorkbench集成開發(fā)環(huán)境(IDE)或CodeComposerStudio(CCS)編寫、下載和調(diào)試應(yīng)用。調(diào)試器是非侵入式的，這使用戶能夠借助可用的硬件斷點(diǎn)和單步操作全速運(yùn)行應(yīng)用，而不耗用任何其他硬件資源。MSP-EXP430G2LaunchPad特性:?USB調(diào)試與編程接口無(wú)需驅(qū)動(dòng)即可安裝使用，且具備高達(dá)9600波特的UART串行通信速度?支持所有采用PDIP14或PDIP20封裝的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件?分別連接至綠光和紅光LED的兩個(gè)通用數(shù)字I/O引腳可提供視覺反饋?兩個(gè)按鈕可實(shí)現(xiàn)用戶反饋和芯片復(fù)位?器件引腳可通過插座引出，既可以方便的用于調(diào)試，也可用來(lái)添加定制的擴(kuò)展板?高質(zhì)量的20引腳DIP插座，可輕松簡(jiǎn)便地插入目標(biāo)器件或?qū)⑵湟瞥诙?jié)傳感器介紹干簧管由玻璃外殼和軟磁性材料制成的簧片組成，平時(shí)兩端絕緣，當(dāng)有磁體接近時(shí)，在磁場(chǎng)作用下，兩簧片磁化為N極和S極，兩者相互吸合，于是電路接通。雖然紅外傳感器和霍爾傳感器也可用于測(cè)速，且能保證不錯(cuò)的精度，但是本作品選用的是干簧管傳感器。干簧管傳感器相比于紅外傳感器和霍爾傳感器，有很多優(yōu)點(diǎn)，如：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單低功耗超長(zhǎng)的使用壽命優(yōu)越的電性能以本作品選用干簧管為例，其參數(shù)如表2.1。SensorBodyMaterial

本體材質(zhì)ABSFilling

填充物EpoxyMax.ContactRating

最大功率10WMax.SwitchingVoltage

最大開關(guān)電壓100VDCMax.SwitchingCurrent

最大開關(guān)電流0.5AMin.BreakdownVoltage

最小擊穿電壓250VDCMax.ReleaseTime

釋放時(shí)間0.4msMax.OperateTime

動(dòng)作時(shí)間1.0msMax.InitialContactResistance

最大接觸電阻100mΩMin.InsulationResistance

最小絕緣電阻1010Ω表2.1干簧管參數(shù)其具體的有效距離依干簧管型號(hào)和磁體的強(qiáng)度而定。以本作品所用的干簧管和直徑15mm的磁鐵為例，在干簧管軸線周圍40mm內(nèi)都為有效范圍，如圖2.2所示。圖2.2干簧管結(jié)構(gòu)示意圖圖2.3干簧管實(shí)物圖可選各種直徑的磁體，在干簧管管徑相同的情況下，實(shí)測(cè)10mm磁體為30mm，5mm磁體為20mm，而管徑不同的情況可能有10~20%的差距。考慮到實(shí)際應(yīng)用時(shí)磁體是快速掠過，有效半徑會(huì)有所減少，但不會(huì)少于20mm，這個(gè)距離在安裝時(shí)還是可以保證的。此外，干簧管的結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)不敏感，只需軟件稍加延時(shí)（50微秒），實(shí)測(cè)即使是騎自行車下樓梯時(shí)的震動(dòng)強(qiáng)度也不會(huì)導(dǎo)致其誤觸發(fā)。因此不需要外加去抖電路，僅外加一個(gè)上拉電阻即可工作。在使用2M的上拉電阻時(shí)，通過電流僅為1.5微安，這樣的微電流下，干簧管壽命可達(dá)近千萬(wàn)次，換算成里程為上萬(wàn)公里。其接口連接電路如圖2.4所示。圖2.4干簧管傳感器接口電路第三節(jié)顯示部分電路本作品選用12864液晶顯示器進(jìn)行顯示，器件實(shí)物如圖2.5所示。圖2.512864液晶顯示器實(shí)物圖12864液晶顯示器是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。本作品選用12864液晶顯示器的串行接口方式，僅需2根IO口即可完成。電路如圖2.6所示：圖2.612864液晶顯示器的串行接口電路連接圖第四節(jié)硬件裝配調(diào)試說(shuō)明先將磁鐵用螺釘螺帽固定在鋼絲的X形交叉上（如只有一根鋼絲，磁鐵會(huì)沿鋼絲晃動(dòng)），干簧小盒用尼龍?jiān)鷰Ы壎ㄅc前輪主支架上。磁鐵的運(yùn)動(dòng)軌跡一定要垂直穿過干簧管，如水平穿過會(huì)激發(fā)簧片閉合兩次造成誤觸發(fā)。小盒與磁鐵距離保持在2cm以內(nèi)，且干簧管中線附近感應(yīng)特別遲鈍，應(yīng)避開，適合的安裝位置范圍如圖2.7所示，具體可邊調(diào)邊實(shí)驗(yàn)。圖2.7安裝位置示意圖下面是本作品安裝好的照片：圖2.8硬件安裝實(shí)物圖第三章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)程序流程圖本作品軟件程序通過IO口中斷和TA計(jì)時(shí)方式，測(cè)得干簧管輸出脈沖信號(hào)的頻率，從而計(jì)算出速度和里程。首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入while循環(huán)，進(jìn)入LMP0模式，等待IO口中斷和TA定時(shí)中斷響應(yīng)。1.系統(tǒng)初始化在系統(tǒng)運(yùn)行以后也就啟動(dòng)了看門狗的計(jì)數(shù)器，看門狗就開始自動(dòng)計(jì)數(shù)，如果到了一定的時(shí)間還不去清看門狗，那么看門狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。所以在處理器上電以后要關(guān)閉看門狗。然后配置合適的時(shí)鐘，配置IO口的輸入輸出以及中斷方式。同樣也要設(shè)置TA模塊的計(jì)數(shù)方式、時(shí)鐘選擇等。最后要對(duì)LCD進(jìn)行初始化，否則無(wú)法進(jìn)行正常顯示。系統(tǒng)初始化程序流程圖如圖3.1所示。關(guān)閉看門關(guān)閉看門狗 配置時(shí)鐘 配置IO口 配置TA模塊LCD初始化初始化完畢處理器上電圖3.1系統(tǒng)初始化程序流程圖2.TA中斷首先定義一個(gè)全局變量TA_OverflowCnt，每當(dāng)TA溢出中斷一次，TA_OverflowCnt++。當(dāng)TA_OverflowCnt大于設(shè)定的數(shù)值N時(shí)，就令速度變量Speed=0，并顯示，程序流程圖如圖3.2所示。進(jìn)入TA溢出中斷進(jìn)入TA溢出中斷TA_OverflowCnt加1TA_OverflowCnt>N令Speed=0，并顯示中斷返回YN圖3.2TA中斷程序流程圖TA中斷部分的程序：#pragmavector=TIMERA1_VECTOR__interruptvoidTA_ISR(void){switch(TAIV){case2:break;case4:break;case10:TA_OverflowCnt++;//溢出中斷if(TA_OverflowCnt>4){Speed=0;Write_Num(0x82,Speed,1);//顯示速度為零，顯示一位小數(shù)}break;}}3.IO中斷進(jìn)入中斷先延時(shí)判斷是否是毛刺，若是毛刺則直接返回；若不是毛刺計(jì)算速度和里程，然后進(jìn)行顯示，并令TA_OverflowCnt=0，IO中斷程序流程圖如圖3.3所示。IO口中斷IO口中斷是否是毛刺計(jì)算速度和里程顯示YNTA_OverflowCnt=0中斷返回圖3.3IO中斷程序流程圖IO中斷部分程序：#pragmavector=PORT1_VECTOR__interruptvoidP1_ISR(void){inti;for(i=0;i<600;i++);if((P1IN&BIT3)==BIT3)//若p1.3變高，判斷為毛刺{P1IFG=0;return;}if(P1IFG&BIT3){Speed=0;Number++;Period=TA_OverflowCnt*65536+TAR;TA_OverflowCnt=0;//TA_OverflowCnt清零TACTL|=TACLR;//TA清零，重新計(jì)數(shù)Speed=(long)125*100*Circle/(Period);//計(jì)算速度Mileage=(long)Circle*Number/100;//計(jì)算里程P1OUT^=BIT0;Write_Num(0x82,Speed,1);//顯示速度，1位小數(shù)Write_Num(0x8a,Mileage,3);//顯示里程，3位小數(shù)}P1IFG=0;}第二節(jié)子程序API介紹（1）函數(shù)名：voidclk_init(void)輸入輸出變量：無(wú)功能：時(shí)鐘配置（2）函數(shù)名：voidio_init(void)輸入輸出變量：無(wú)功能：IO口初始化（3）函數(shù)名：voidta_init(void)輸入輸出變量：無(wú)功能：TA模塊初始化（4）函數(shù)名：voidlcd_init(void)輸入輸出變量：無(wú)功能：LCD模塊初始化（5）函數(shù)名：voidwr_lcd(uchrfunc,uchrdata)輸入輸出變量：uchrfunc,uchrdata功能：寫入液晶顯示地址或顯示內(nèi)容（6）函數(shù)名：voidWrite_Num(intaddr,intNum,intpoint)輸入輸出變量：intaddr,intNum,intpoint功能：顯示地址addr，顯示數(shù)字Num，顯示數(shù)字小數(shù)點(diǎn)以后intpoint位數(shù)字第三節(jié)程序調(diào)試1.在CCS下編寫完程序后，執(zhí)行編譯（Build）2.編譯通過，執(zhí)行Debug3.調(diào)試過程中，可在線查看變量和寄存器的值Debug窗口下，自左向右依次是去掉斷點(diǎn)、全速運(yùn)行、暫停、停止、進(jìn)入、單步、匯編進(jìn)入、匯編單步、返回、同步時(shí)鐘、復(fù)位。在程序運(yùn)行后，暫停時(shí)可以打開Watch和Regesiter窗口內(nèi)觀察寄存器和變量的變化