基于msp430的電風(fēng)扇制系統(tǒng)模擬控設(shè)計(jì)

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(jì)報(bào)告模 塊 名 稱 MSP430 單片機(jī)應(yīng)用 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 生 班 級(jí) B130109 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) B13010911 學(xué) 生 姓 名 李楊 指 導(dǎo) 教 師 趙來(lái)定 王視環(huán) 設(shè)計(jì)題目 電風(fēng)扇制系統(tǒng)模擬控設(shè)計(jì)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(jì) “自然風(fēng)” 、 “常風(fēng)”和“睡眠風(fēng)” 三個(gè)風(fēng)類鍵用于設(shè)置風(fēng)類；3. 設(shè)計(jì)一個(gè)“搖頭” 鍵用于控制電機(jī)搖頭； 4. 設(shè)計(jì)一個(gè)“定時(shí)”鍵，用于定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短設(shè)置；5. 設(shè)計(jì)過熱檢測(cè)與保護(hù)電路，若電風(fēng)扇電機(jī)過熱（用內(nèi)存參數(shù)模擬溫度，用鍵） ，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蜂鳴器報(bào)警，電機(jī)冷卻后（用鍵模擬）電機(jī)又恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 （發(fā)揮部分）設(shè)備及軟件 1. PC 機(jī)一臺(tái)2. Protues 7 Professional3. IAR Embedded Workbench For MSP430 v5.504. 德研電科 DY-FFTB6638 試驗(yàn)箱目 錄一 設(shè)計(jì)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(jiǎn)介-12.1 MSP430 的特點(diǎn)-12.2 MSP430 的中斷原理-2三 設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)-33.1 任務(wù)分析-33.2 方案設(shè)計(jì)-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(huì)與建議-10 六 附錄-11參考文獻(xiàn) -220MSP430 單片機(jī)應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 基本要求1用 4 位數(shù)碼管實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)間：動(dòng)態(tài)倒計(jì)時(shí)顯示剩余的定時(shí)時(shí)間，無(wú)定時(shí)顯示“000” 。2設(shè)計(jì)“自然風(fēng)”,“正常風(fēng)”和“睡眠風(fēng)”三個(gè)風(fēng)類鍵用于設(shè)置風(fēng)類；設(shè)計(jì)一個(gè)“定時(shí)”鍵，用于定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短設(shè)置；設(shè)計(jì)一個(gè)“搖頭”鍵用于控制電機(jī)搖頭。3 在整個(gè)定時(shí)狀態(tài)下，電路具有允許用戶隨時(shí)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(jì)過熱檢測(cè)與保護(hù)電路：若電風(fēng)扇電機(jī)過熱（用內(nèi)存參數(shù)模擬溫度，用鍵） ，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蜂鳴器報(bào)警，電機(jī)冷卻后（用鍵模擬）電機(jī)又恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。二、相關(guān)原理簡(jiǎn)介2.1 MSP430 的特點(diǎn)MSP430 管教圖如圖 2.1。圖 2.1 MSP430 管腳圖1MSP430 的特點(diǎn)如下：a.強(qiáng)大的處理能力：MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位的單片機(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 125ns。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。b.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)。c.MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，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。 d.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。e.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。 f.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 至+85 攝氏度，所設(shè)計(jì)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(huì)執(zhí)行完當(dāng)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(jí)的中斷進(jìn)行服務(wù)。5.單源中斷的中斷標(biāo)志位會(huì)被自動(dòng)清零，P1，P2 這樣的中斷標(biāo)志位不會(huì)自動(dòng)清零，因?yàn)?P1、 P2 的 IO 中斷屬于多源中斷，需要在代碼中手動(dòng)清零。6.狀態(tài)寄存器 SR 被清零，將會(huì)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(jì)方案與實(shí)現(xiàn)3.1 任務(wù)分析電風(fēng)扇模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是使用單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)和一些 LED 、按鍵，模擬真實(shí)的電風(fēng)扇的使用，通過設(shè)計(jì)使電風(fēng)扇使用便捷更人性化。風(fēng)類，定時(shí)，搖頭都是針對(duì)使用者不同需求的設(shè)計(jì)。過熱保護(hù)是對(duì)安全性要求的設(shè)計(jì)。3.2 方案設(shè)計(jì)1.硬件方案根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)顯示電機(jī)控制模塊按鍵輸入單片機(jī)系統(tǒng)過熱檢測(cè)模塊圖 3.1 系統(tǒng)的硬件原理框圖3本系統(tǒng)由五個(gè)模塊組成，分別是輸入模塊、顯示模塊、電機(jī)控制模塊、過熱保護(hù)模塊以及單片機(jī)控制系統(tǒng)。其中單片機(jī)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(lái)對(duì)其它模塊發(fā)出指令，進(jìn)行相應(yīng)的操作。輸入模塊由 5 個(gè)按鍵組成，分別控制電機(jī)的風(fēng)速、正反轉(zhuǎn)和定時(shí)時(shí)間。顯示模塊由 8 位共陰數(shù)碼管組成，顯示定時(shí)時(shí)間和風(fēng)速。過熱保護(hù)模塊由 ADC0809 和外圍電路組成，通過設(shè)定電壓初始值使電機(jī)超值停轉(zhuǎn)并且相應(yīng)二極管發(fā)光報(bào)警。電機(jī)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(hào)的倍數(shù)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖 3.2 晶振電路 圖 3.3 復(fù)位電路保護(hù)電路的選擇：選用 ADC0809 作為過熱保護(hù)電路的核心部件，假設(shè)先設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓值，通過 0-5V 模擬電壓輸入進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，如果數(shù)據(jù)超過標(biāo)準(zhǔn)值則單片機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)操作，使電機(jī)啟停?？刂坪诵牡倪x擇：采用單片機(jī)作為控制核心，以軟件編程的方式進(jìn)行風(fēng)速判斷，并在端口輸出控制信號(hào)。顯示電路的選擇：采用八位共陰數(shù)碼管顯示電機(jī)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。2. 軟件方案 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括主程序設(shè)計(jì)，A/D 轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)和定時(shí)器 T0 中斷程序設(shè)計(jì)。1) 主程序流程圖設(shè)計(jì)軟件所要實(shí)現(xiàn)的功能有：按鍵響應(yīng)，對(duì)ADC0809的控制，對(duì)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(jìn)入定時(shí)程序定時(shí)？開搖頭NN電機(jī)過熱？關(guān)電機(jī)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(jī)停轉(zhuǎn)。然后進(jìn)入按鍵掃描程序，依次對(duì)自然風(fēng)、常風(fēng)、睡眠風(fēng)進(jìn)行掃描，單片機(jī)I/O口輸出相應(yīng)的占空比方波，當(dāng)為自然風(fēng)時(shí)，數(shù)碼管最高位顯示“1” ，當(dāng)為常風(fēng)時(shí)，數(shù)碼管最高位顯示“2” ，當(dāng)為睡眠風(fēng)時(shí)，數(shù)碼管最高位顯示為“3” 。當(dāng)有定時(shí)鍵按下時(shí)，轉(zhuǎn)到定時(shí)器T0中斷程序進(jìn)行。當(dāng)有搖頭鍵按下時(shí)，高低電平翻轉(zhuǎn)，電機(jī)開始反轉(zhuǎn)。2) 定時(shí)器 T0 中斷程序流程圖設(shè)計(jì)定時(shí)器T0是用來(lái)對(duì)定時(shí)時(shí)間進(jìn)行控制的，結(jié)合數(shù)碼管動(dòng)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(shí)時(shí)間減一秒定時(shí)到了嗎?Y置初值置初值中斷返回?cái)?shù)碼顯示電機(jī)停關(guān)中斷N1s 到了嗎?N開中斷圖3.5 定時(shí)器T0中斷程序流程圖3) A/D 轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序流程圖設(shè)計(jì)由于 ADC0809 在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)要用到 CLK 信號(hào)，而此時(shí)的 ADC0809 的CLK 是接在 MSP430 單片機(jī)的 P2.4 端口上，也就是要求從 P2.4 輸出 CLK 信號(hào)供ADC0809 使用。因此產(chǎn)生 CLK 信號(hào)的方法就的使用軟件來(lái)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(shí)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(dòng)測(cè)試（TESTART)圖 3.6 A/D 轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序流程圖在主程序中，ADC0809 的轉(zhuǎn)換程序也是無(wú)限循環(huán)的，它主要是檢測(cè)電機(jī)是否過熱。本系統(tǒng)中，運(yùn)用定時(shí)器 T1 作為 CLOCK 的脈沖信號(hào)，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(shí)間。設(shè)定電機(jī)過熱電