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基于msp430f149和DS1302的12864时钟设计.doc
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基于 msp430f149 和 DS1302 的 12864 时钟设计
本设计系统由主控模块、时钟模块、显示模块、红外解码控制模块、温度模块、掉电存
储模块共 6 个模块组成,主控芯片使用 TI 系列 msp430f149 单片机,时钟芯片使用美国
DALLAs 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟 DSl302。采用 DSl 302 作为
主要计时芯片,可以做到计时准确。更重要的是,DSl302 可以在很小电流的后备电源
(2.5—5.5v 电源,在 2.5v 时耗电小于 300 nA)下继续计时,并可编程选择多种充电电流
来对后备电源进行慢速充电,可以保证后备电源基本不耗电。 显示模块采用 12864 液晶,
控制采用红外遥控器实现调整功能,温度模块采用 DS18B20,掉电存储采用 msp430f149 内部
自带的 flash 实现闹钟数据的掉电保存。
MSP430单片机概述
MSP430 系列单片机是美国德州仪器(TI)1996 年开始推向市场的一种16 位超低功耗的混
合信号处理
器(Mixed Signal Pocessor)。称之为混合信号处理器,主要是由于其针对实际应用需求,把
许多模拟电路、
数字电路和微处理器集成在一个芯片上,以提供“单片”解决方案。
1.1 MSP430 系列单片机的特点
虽然MSP430系列单片机推出时间不是很长,但由于其卓越的性能,在短短几年时间里发展
极为迅速,
应用也日趋广泛。MSP430系列单片机针对各种不同应用,包括一系列不同型号的器件。主
要特点有:
1.超低功耗
MSP430系列单片机的电源电压采用1.8~3.6V低电压,RAM 数据保持方式下耗电仅0.1uA,
活动模
式耗电250pA/MIPS(MIPS:每秒百万条指令数),IO输入端口的漏电流最大仅50nA。
MSP430系列单片机有独特的时钟系统设计,包括两个不同的时钟系统:基本时钟系统和锁
频环(FLL
和FLL+)时钟系统或DCO 数字振荡器时钟系统。由时钟系统产生CPU和各功能模块所需的
时钟,并且这
些时钟可以在指令的控制下打开或关闭,从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时使用
的功能模块不
同,即采用不同的工作模式,芯片的功耗有明显的差异。在系统中共有种活动模式(AM)和5
种低功耗模式
(LPM0~LPM4)。
另外,MSP430系列单片机采用矢量中断,支持十多个中断源,并可以任意嵌套。用中断请
求将CPU
唤醒只要6us,通过合理编程,既以降低系统功耗,又可以对外部事件请求作出快速响应。
在这里.需要对低功耗问题作一些说明。
首先,对一个处理器而言,活动模式时的功耗必须与其性能一起来考察、衡量,忽略性能来
看功耗是
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87934466/bg2.jpg)
片面的。在计算机体系结构中,是用W/MIPS(瓦特/百万指令每秒)来衡量处理器的功耗
与性能关系的,
这种标称方法是合理的。MSP430系列单片机在活动模式时耗电250uA/MIPS,这个指标
是很高的(传统
的Mcs51单片机约为10~20mA/MIPS)。其次,作为一个应用系统,功耗是整个系统的功
耗,而不
仅仅是处理器的功耗。比如,在一个有多个输入信号的应用系统中,处理器输入端口的漏电
流对系统的耗
电影响就较大了。MSP430单片机输入端口的漏电流最大为50nA,远低于其他系列单片机(一
般为l~10uA)。
另外,处理器的功耗还要看它内部功能模块是否可以关闭.以及模块活动情况下的耗电.比
如低电压
监测电路的耗电等。还要注意,有些单片机的某些参数指标中.虽然典型值可能很小,但最
大值和典型值
相差数十倍,而设计时要考虑到最坏情况,就应该关心参数标称的最大值,而不是典型值。
总体而言,
MSP430系列单片机堪称目前世界上功耗最低的单片机,其应用系统可以做到用一枚电池使
用10年。
2.强大的处理能力
MSP430 系列单片机是16 位单片机,采用了目前流行的、颇受学术界好评的精简指令集
(RISC)结构,
MSP430 在8MHz 晶振工作时,指令速度可达8MIPS(注意:同样8MIPS 的指令速度,在
运算性能上16
位处理器比8位处理器高远不止两倍)。
4
3.高性能模拟技术及丰富的片上外围模块
MSP430 系列单片机结合TI 的高性能模拟技术,各成员都集成了较丰富的片内外设。视型
号不同可
能组合有以下功能模块:看门狗(WDT),模拟比较器A,定时器A(Timer_A),定时器
B(Timer_B),串口0、
1(USART0、I),硬件乘法器,10位,12,14位ADC,12位DAC,12C 总线,端口
1-6(P1-P6),基本定时器(Basic Timer)等。
其中,看门狗可以在程序失控时迅速复位:模拟比较器进行模拟电压的比较,配合定时器,
可设计出
高精度(10~11 位)的A/D 转换器:16位定时器(Timer A 和TimerB)具有捕获,比较功能;
__________大量的捕获,比
较寄存器,可用于事件计数、时序发生、PWM等;多功能串口(USART)可实现异步、同步
和12C 串行通
信,可方便地实现多机通信等应用;具有较多的I/O端口,最多达6*8条I/O口线,IO输出时,
不管是灌
电流还是拉电流,每个端口的输出晶体管都能够限制输出电流(最大约25mA),保证系统安
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87934466/bg3.jpg)
全:PI、P2端
口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入;12 位A/D 转换器有较高的转换速率,最高可
达200Kb/s,
能够满足大多数数据采集应用:LCD 驱动模块能直接驱动液晶多达160段;F15x 和F16x
系列有两路12
位高速DAC,可以实现直接数字波形合成等功能:硬件12C 串行总线接口可以扩展12C 接
口器件:DMA
功能可以提高数据传输速度,减轻CPU 的负荷。
MSP430系列单片机的丰富片内外设,在目前所有单片机系列产品中是非常突出的,为系统
的单片解
决方案提供了极大的方便。
4.系统工作稳定
上电复位后,首先由DCO_CLK 启动CPU,以保证程序从正确的位置开始执行,保证晶体
振荡器有
足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。
如果晶体振
荡器在用做CPU 时钟MCLK时发生故障,DCO会自动启动,以保证系统正常工作。这种结
构和运行机制,
在目前各系列单片机中是绝无仅有的。另外,MSP430 系列单片机均为工业级器件,运行
环境温度为
-40~+85"C,运行稳定、可靠性高,所设计的产品适用于各种民用和工业环境。
系统各模块硬件连接说明:
一、LED 发光二极管
8 个 LED 发光二极管在 P2 口,原理图如下图 4.2 所示。
蜂鸣器的发声控制原理同发光二极管类似,通过向对应的控制口写入“0”或者“1”实现。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87934466/bg4.jpg)
但是不是直接对蜂鸣器进行控制,是利用 PNP 三极管 9012 的导通与断开来实现控制,同
时
设计了一个发光二极管作为指示灯。BELL 通过跳线帽连接到 P62 口,其连接原理图如下
图
4.4 所示。
二、温度传感器 DS18B20
DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司生产的可组网数字式温度传感器,在其内部使用
了在板(ON-B0ARD)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成
电路内。独特的单线接口方式,DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微
处理器与 DS18B20 的双向通讯。DS18B20 在使用中不需要外围元件。温范围-55℃~+125
℃,固有测温分辨率 0.5℃。测量结果以 9 位数字量方式串行传送,其电路连接图如下图
4.13
所示。其中 18B20 为控制口和数据口,与 MSP430F149 单片机的 P53 口相连接。
DS18B20 的工作原理图如下图 4.14 所示
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计
数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器 2 的脉冲
输入。计数器 1 和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数
晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器 1 的预置值减到 0 时,温度寄存器的值将加
1,
计数器 1 的预置将重新被装入,计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行
计
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87934466/bg5.jpg)
数,如此循环直到计数器 2 计数到 0 时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的
数
值即为所测温度。图中斜坡累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计
数器 1 的预置值。
4.DS18B20 的操作时序:
1.初始化
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