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標(biāo)題: msp430電子鐘實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) [打印本頁(yè)]

作者: 花本帥 時(shí)間: 2018-5-16 23:41
標(biāo)題: msp430電子鐘實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
基于MSP430單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

摘要
多功能數(shù)字鐘的應(yīng)用非常普遍，由單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，通過它的時(shí)鐘信號(hào) 進(jìn)行實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，將其時(shí)間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進(jìn)行校時(shí)，定時(shí)等功能。本系統(tǒng)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其具有計(jì)時(shí)、校時(shí)等功能的數(shù)字時(shí)鐘. 是以單片機(jī)MSP430F149為核心元件同時(shí)采用LCD12864同時(shí)顯示“時(shí)、分、秒、星期、年、月、日、溫度”的現(xiàn)代計(jì)時(shí)裝置。顯示極具人性化，另外具有校時(shí)功能，鬧鐘功能和節(jié)電保護(hù)功能。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字時(shí)鐘具有編程靈活，便于功能的擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)，如在電路板上預(yù)留有電源輸出，溫度傳感插座等插座，便于功能擴(kuò)展。
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1、基礎(chǔ)部分：電子鐘能夠直觀、人性化顯示：時(shí)間、日期、星期，能夠按鍵校時(shí)（用獨(dú)立的LED燈做流水燈裝飾）。
2、提升部分：①帶有鬧鐘功能，能夠根據(jù)需要定時(shí)，②能夠測(cè)量并顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度。
二、總體電路設(shè)計(jì)與時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)
此次設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用單片機(jī)來設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘，硬件部分主要分以下電路模塊：MCU（F149）模塊、獨(dú)立按鍵模塊、、OLED液晶顯示模塊、校時(shí)和鬧鐘設(shè)計(jì)模塊、蜂鳴器報(bào)時(shí)模塊。
總體框圖如下圖所示:

1、MCU（F149）模塊
MSP430F149中有兩個(gè)16位定時(shí)器，還可以利用看門狗定時(shí)器, MSP430F149中的定時(shí)器的比較模式產(chǎn)生PWM波形，再經(jīng)過低通濾波器產(chǎn)生任意函數(shù)的波形, 可以通過定時(shí)器的比較模式實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。另外，定時(shí)器還具有捕獲模式，我們可以通過定時(shí)器的捕獲功能實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量，比如脈沖寬度測(cè)量，如果和比較器結(jié)合，還可以測(cè)量電阻、電容、電壓、電流、溫度等。可以這樣說，只要能通過傳感轉(zhuǎn)換為時(shí)間長(zhǎng)度的，都可以通過定時(shí)器的捕獲定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)值的測(cè)量  MSP430F149單片機(jī)中集成了14路12位A/D轉(zhuǎn)換,其中8路屬于外部的信號(hào)轉(zhuǎn)換,3路是對(duì)內(nèi)部參考電壓的檢測(cè)轉(zhuǎn)換,1路是接溫控的傳感電壓轉(zhuǎn)換,每一路轉(zhuǎn)換都有一個(gè)可控制的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器,而且,參考電平和時(shí)鐘源都是可選擇的,可以外部提供的.這給使用上帶來了很大的靈活性。

圖2  MSP430F149原理圖
2、液晶顯示模塊
   方案一：數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管的特性組合而成的數(shù)字顯示器件，通過控制相應(yīng)的二極管的狀態(tài)顯示相應(yīng)的數(shù)字。要使數(shù)碼管正常顯示就要驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的段碼，數(shù)碼管的顯示方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示的方式只適合顯示單個(gè)的數(shù)字，因此本設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)顯示方式。由于動(dòng)態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺暫留的特性，掃描的時(shí)間應(yīng)不大于20毫秒，占用的系統(tǒng)資源大，而且顯示的個(gè)數(shù)和字形有限，在本設(shè)計(jì)中不易使用。
方案二：1602液晶顯示屏是一種專門顯示字符、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個(gè)5×7和5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符都可以顯示一個(gè)字符，每位之間都有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602的驅(qū)動(dòng)電路帶有11個(gè)指令，可以很方便的控制液晶的顯示效果如：清屏、左移右移、光標(biāo)顯示。
方案三：12864液晶顯示是128×64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)：8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。
方案四：OLED顯示屏又稱有機(jī)電激發(fā)光二極管，由于同時(shí)具備自發(fā)光，不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異之特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。由于OLED具有很好的人性化設(shè)計(jì)，所以受到人們的青睞
綜上所述，由于該實(shí)驗(yàn)中要顯示時(shí)間、日期、星期，而且要顯示當(dāng)前溫度，所以本實(shí)驗(yàn)選用OLED顯示屏。

圖二  OLED 顯示屏電路圖
3、溫度采集模塊
方案一：熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展比較成熟的熱敏感元器件，熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻的變化。通過一定的電路可以將周圍環(huán)境溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，通過AD轉(zhuǎn)化器將信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行分析，從而檢測(cè)出當(dāng)前溫度，但是誤差大，不穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境溫度要求比較高。
方案二：DS18B20數(shù)字溫度傳感器，采用單總線的接口方式與微處理器鏈接時(shí)僅需一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟(jì)型好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶可輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。溫度測(cè)量范圍廣，測(cè)量精度高，在使用中不需要任何外圍元件，支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，供電方式靈活。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時(shí)序滿足一定的要求時(shí)，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性高。

圖三 DS18B20原理圖
綜上所述，溫度采集模塊采用結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可靠性較高的DA18B20數(shù)字溫度傳感器來測(cè)量當(dāng)前環(huán)境的溫度。
DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器，具有以下的特點(diǎn)：具有單總線的接口方式與微處理器連接時(shí)，僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟(jì)性好、抗干擾能力強(qiáng)、適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度檢測(cè)，使用方便等優(yōu)點(diǎn)；測(cè)量溫度范圍廣、測(cè)量精度高；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。
DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警TH和TL、配置寄存器。
一般時(shí)序流程：
初始化—ROM操作指令—存儲(chǔ)器操作指令—數(shù)據(jù)傳輸
4、獨(dú)立按鍵模塊
單片機(jī)檢測(cè)按鍵的原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)的I/O既可作為輸出也可作為輸入使用，當(dāng)檢測(cè)按鍵時(shí)用的是它的輸入功能，我們把按鍵的一端接地，另一端與單片機(jī)的某一個(gè)I/O口相接，開始時(shí)先給I/O口一個(gè)高電平，然后讓單片機(jī)不斷檢測(cè)該I/O口是否變成低電平，當(dāng)按鍵閉合時(shí)，即相當(dāng)于該I/O口通過按鍵與地相接，變成低電平，程序一旦檢測(cè)到I/O口變?yōu)榈碗娖秸f明該案件被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令。按鍵要進(jìn)行去抖操作才可以正常的工作。該實(shí)驗(yàn)中用到了兩個(gè)按鍵，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)按鍵第一次按下時(shí)，進(jìn)入到校時(shí)和鬧鐘的選擇主菜單程序中，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)按鍵第二次按下時(shí)進(jìn)入到了校時(shí)，第一個(gè)鍵第三次按下時(shí)進(jìn)入到鬧鐘。如果在第一個(gè)鍵按下的前提下，第二個(gè)鍵按下，則說明要對(duì)當(dāng)前的按鍵或者校時(shí)選擇進(jìn)行保存，使程序能更的運(yùn)行。

圖四  獨(dú)立按鍵模塊電路圖
5、蜂鳴器模塊
  在該實(shí)驗(yàn)中，定時(shí)部分靠蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)的，一般先在軟件部分先設(shè)置鬧鐘，然后到了時(shí)鐘所設(shè)定的時(shí)間后，蜂鳴器發(fā)出聲響。一以此來實(shí)現(xiàn)鬧鐘。

圖六  無源蜂鳴器原理圖
6、DS1302定時(shí)模塊
  方案一：MSP430單片機(jī)內(nèi)部帶有定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，此定時(shí)功能是通過對(duì)外部晶振的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而達(dá)到計(jì)時(shí)功能。只要使用11.0592的晶振就能實(shí)現(xiàn)零誤差的計(jì)時(shí)，因此可以利用此功能實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，但因?yàn)橹挥袉我坏挠?jì)使功能要實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)年歷”的功能需要較為復(fù)雜的程序，而且如果單片機(jī)掉電無法繼續(xù)進(jìn)行計(jì)時(shí)，所以使用不便。
方案二：DS1302是通過三根口線實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信，因DS1302功耗很小，即使電源掉電后通過3V的紐扣電池仍能維持DS1302精確走時(shí)。DS1302是一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.5-5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。
綜上兩種方案所述，應(yīng)該選用DS1302實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。
DS1302芯片的引腳圖如下圖所示：


圖七 DS1302引腳圖
各引腳功能為：
8、VCC1:備用電池端；
1、VCC2:5V電源，當(dāng)VCC2>VCC1+0.2V時(shí)，由VCC2向DS1302供電，當(dāng)VCC2<VCC1時(shí)，由VCC1向DS1302供電；
7、SCLK:串行時(shí)鐘，輸入；
6、I/O：數(shù)據(jù)輸入輸出端口；
5、CE/RET:復(fù)位腳；
2、3、X1、X2是外接晶振腳（32.768KHZ的晶振）；
4、接地端（GND）;
   DS1302的數(shù)據(jù)讀寫是通過I/O串行進(jìn)行的，當(dāng)進(jìn)行一次讀寫操作時(shí)最少得讀操作時(shí)最少得讀兩個(gè)字節(jié)，就是一個(gè)命令，告訴DS1302是讀還是寫操作，是對(duì)RAM還是對(duì)CLOK寄存器操作，以及操作的址，第二個(gè)字節(jié)就是要讀或者寫的數(shù)據(jù)了。我們先看單字節(jié)：在進(jìn)行操作之前先得將CE（也可以說是RST）置高電平，然后單片機(jī)將控制字符的位0放在I/O上，當(dāng)I/O的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，將SCLK置高電平，DS1302檢測(cè)到SCLK上升沿后就將I/O上的數(shù)據(jù)讀取，然后單片機(jī)將SCLK置為低電平，再將控制字的位1放在I/O上。讀與寫操作的不同就在于寫操作是在SCLK低電平時(shí)單片機(jī)將數(shù)據(jù)放到I/O上，當(dāng)SCLK上升沿時(shí)，DS1302讀取。而讀操作是在SCLK高電平時(shí)DS1302放數(shù)據(jù)到IO上，將SCLK置為低電平后，單片機(jī)就可以從IO上讀取數(shù)據(jù)。

圖八  DS1302時(shí)鐘原理圖
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，軟件程序編寫的好壞直接影響著系統(tǒng)進(jìn)行情況的好壞。因?yàn)楸境绦蛟O(shè)計(jì)的模塊比較多，所以程序編寫也采用模塊化設(shè)計(jì)，C語(yǔ)言具有編寫靈活、移植方便、便于模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)的軟件采用MSP430進(jìn)行編寫。IAR Systems是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商，提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試的每一個(gè)階段，包括：帶有C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機(jī)建模工具。
系統(tǒng)的程序框圖如下所示：



圖九  系統(tǒng)軟件程序圖
四、實(shí)物圖

五、小結(jié)
本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是應(yīng)用MSP430單片機(jī)，來實(shí)現(xiàn)基本的時(shí)分秒及調(diào)時(shí)調(diào)分
調(diào)秒的功能,首先從單片機(jī)的的發(fā)展歷程入手，了解單片機(jī)的基本功能，結(jié)合本文實(shí)現(xiàn)功能的要求，基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)430系類單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，我們選用了MSP430F149單片機(jī)。我們進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，通過調(diào)試，我們得到了基本的功能，可以正確的顯示時(shí)間，包括時(shí)、分、秒；為了滿足我們的日常要求，我們?cè)O(shè)置了調(diào)時(shí)、調(diào)分、調(diào)秒的功能。
六、器件清單

12864液晶屏	1個(gè)
OLED液晶屏	1個(gè)
DS18B20	1個(gè)
DS1302	1個(gè)
74HC164	1個(gè)
430超小系統(tǒng)板	1個(gè)
Msp430仿真器	1個(gè)
電位器	1個(gè)
電阻	若干
電容	若干

七、參考文獻(xiàn)

1、張靖武、周靈彬《單片機(jī)原理、應(yīng)用與PROTEUS仿真》。

2、沈建華、楊艷琴《MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理及應(yīng)用》。

3、童詩(shī)白、華成英《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》。

作者: zhonghaonengyua 時(shí)間: 2020-2-11 11:18
你好，有電子時(shí)鐘的源碼么

作者: 的花朵 時(shí)間: 2020-4-20 00:34
請(qǐng)問有應(yīng)用到它的低功耗模式嗎

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