畢業(yè)設(shè)計(jì) msp430搖搖棒

摘要

本設(shè)計(jì)以MSP430單片機(jī)為中央控制器，顯示棒搖動時顯示的字符或者圖形由LED燈顯示。LED燈成線狀排列，每個瞬間線陣只能顯示數(shù)字編碼后的文字或者圖形的一列，利用人眼的視覺暫留原理，將需要顯示的字符或者圖形分成64列，因此，通過單片機(jī)控制LED線陣以一較低頻率掃描顯示字符或者圖形的每一刻，擺動顯示棒時即可因視覺暫留看出顯示的字符或者圖形；左右擺動一次通過端口電平變化，調(diào)用相應(yīng)的顯示子程序，字符切換通過外部中斷實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)對程序設(shè)計(jì)的要求硬件電路要高。整套系統(tǒng)由中央控制模塊，LED顯示模塊，供電模塊等部分構(gòu)成。

關(guān)鍵詞： MSP430單片機(jī)； LED燈；搖搖棒

Abstract

The design for the central controller m.seogis.comSP430MCU時鐘系統(tǒng)能啟用和禁用各種不同的時鐘和振蕩器，從而使器件能夠進(jìn)入不同的低功耗模式（LPM）。這種高度靈活的時鐘系統(tǒng)可確保僅在適當(dāng)?shù)臅r候啟用所需時鐘，從而能夠顯著優(yōu)化總體能耗。

子系統(tǒng)時鐘（SMCLK）—用于各個較快速外設(shè)模塊的源，可由內(nèi)部DCO驅(qū)動（頻率最高達(dá)25MHZ），也可采用外部晶體驅(qū)動。

即時喚醒—MSP430MCU可通過LPM即時喚醒。這種超高速喚醒功能得益于MSP430MCU的內(nèi)部數(shù)控振蕩器（DCO），其可實(shí)現(xiàn)高達(dá)25MHZ的源頻率，而且能在1US的時間內(nèi)激活并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作。即時喚醒功能對超低功耗應(yīng)用來說非常重要，因?yàn)槠涫刮⑻幚砥髂茉跇O高效的突發(fā)任務(wù)中充分發(fā)揮CPU的作用，并能較長時間處于LPM模式。

零功耗掉電復(fù)位（BOR）—MSP430MCU BOR能夠在所有操作模式下始終保持啟用于工作狀態(tài)，這不僅能確保實(shí)現(xiàn)最可靠的性能，同時還可保持超低功耗運(yùn)行。BOR電路可對欠壓情況進(jìn)行檢測，并在提供或者斷開電源時對器件進(jìn)行復(fù)位。該功能對電池供電的應(yīng)用而言尤其重要。

高集成度

MSP430MCU擁有卓越的高集成度，能夠提供各種高性能模擬及數(shù)字外設(shè)。

智能外設(shè)

MSP430MCU的外設(shè)旨在確保時間最強(qiáng)大的功能性，并以業(yè)界最低功耗提供系統(tǒng)中斷，復(fù)位和總線判優(yōu)。許多外設(shè)都能自動工作，因?yàn)樽畲笙薅葴p少了CPU處于工作模式的時間。

高性能集成

超過200種MSP430器件都具備高性能集成優(yōu)勢，完美結(jié)合了USB，RF,LCD控制器以及16位△-∑ACD等。這種可擴(kuò)展的產(chǎn)品系列使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)楸姸嗟凸�耗�?yīng)用選擇適當(dāng)?shù)腗SP430器件。此外，MSP430MCU的高集成度還能支持物理尺寸較小的解決方案，進(jìn)而最大限度降低整體物料成本。

輕松開展設(shè)計(jì)工作

MSP430MCU采用現(xiàn)代16位RISC架構(gòu)以及簡單的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，因?yàn)閾碛袠O佳的易用性。16位正交架構(gòu) ，MSP430MCU采用的16位架構(gòu)可提供16個高度靈活的，可完全尋址的單周期操作16位CPU寄存器，以及RISC性能。該CPU的現(xiàn)代設(shè)計(jì)不僅簡潔，而且功能十分豐富，僅采用了27條簡單易懂的指令與7種統(tǒng)一尋址模式。

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圖3——2

本實(shí)驗(yàn)所采用的單片機(jī)是MSP430F2131，MSP430F2131是超低功耗的混合信號控制器，集成了一個16位的定時器和14只I/O管腳。

低供電電壓 2.5 V - 5.5 V 超低功耗

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->低工作電流，1 MHz，3 V電壓下只有330 uA

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->兩種節(jié)電模式：

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->備用模式：1.5 uA

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->RAM 保持關(guān)斷模式：0.1 uA

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->從備用模式到正常工作最多需要 6 us

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->16位 RISC 體系結(jié)構(gòu)，200 ns 指令循環(huán)周期

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->基本時鐘模式配置

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->不同的內(nèi)部電阻器

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->單一外部電阻器

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->32 kHz 晶振

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->高頻晶振

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->諧振器

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->外部時鐘源

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->可與外部組件構(gòu)成單斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換器

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->16位定時器，帶有三個捕獲/比較寄存器

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->串行的在線編程

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->安全熔絲程序保護(hù)（Program Code Protection by Security Fuse）

3.6 關(guān)于創(chuàng)新部分的討論

本設(shè)計(jì)的最大特色就是可以使單列的LED組合燈通過一定頻率的播動在擺動的扇形區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出特定的字符或圖形。在題日要求的基礎(chǔ)上，我們決定從硬件和軟件兩部分對此搖動棒進(jìn)行特別改造，比如美化外形，實(shí)現(xiàn)畫而的動態(tài)顯示等。

3.7按鍵模塊

使用一個按鍵對顯示的所有內(nèi)容進(jìn)行切換，通過按鈕按下的次數(shù)確定顯示的內(nèi)容。（見圖3——3） <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

圖3——3

3.8 LED顯示模塊

首先，我們根據(jù)LED點(diǎn)陣屏的顯示原理：點(diǎn)陣屏的顯示分為行掃描和列列掃描兩種，列掃描是將我們的字模數(shù)組通過點(diǎn)陣屏的行驅(qū)動進(jìn)行輸入，然后通過列對每一行進(jìn)行掃描，當(dāng)列為低（高）電平、行為高（低）電平時則表示該點(diǎn)為圖案的一部分，將其讀出、顯示。它的順序可以總結(jié)為：行不斷的送數(shù)據(jù)，每送完設(shè)置的信息后列進(jìn)行讀取，然后行再次送數(shù)據(jù)，列再次讀取……依次循環(huán)下去，一幅完整的圖案就顯示在了顯示屏上。

而本次設(shè)計(jì)的LED顯示棒數(shù)據(jù)傳輸原理與LED點(diǎn)陣屏相似。可以把LED顯示棒看成是LED點(diǎn)陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，我們使用了16個LED管將它們排成一列，整個屏在靜止時也就相當(dāng)于16行×1列。數(shù)據(jù)傳輸時我們同樣使用行送數(shù)據(jù)、列掃描。在擺動過程中，應(yīng)用視覺暫留原理，我們點(diǎn)亮的列不會很快的消失，而是隨著擺動的方向繼續(xù)向前移動，只要移動的速度高于視覺暫留的最短時問．顯示內(nèi)容就不會熄火，至此，一幅圖案也就可以這樣被“擺動”出來了。

3.9慣性開關(guān)模塊

慣性開關(guān)裝置，它由擺桿、觸點(diǎn)和導(dǎo)軌組成。當(dāng)LED顯示棒向左擺動到極點(diǎn)時，擺桿，與左邊的觸點(diǎn)2接觸，此時與2相連的P1.0口變?yōu)榈碗娖�，按照軟件的設(shè)定：從此刻起禁止對行進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：同理，當(dāng)顯示棒擺到右邊極點(diǎn)時，與3接觸，，與此相連的P1.1口變?yōu)榈碗娖�，軟件設(shè)定從此刻起數(shù)據(jù)開始傳輸。整個擺動過程就是這樣：擺子擺到左邊，禁止數(shù)據(jù)傳輸：擺到右邊，開始數(shù)據(jù)傳輸……。使用這種方法就可以讓數(shù)據(jù)單程傳輸，解決了雙程均傳輸時產(chǎn)生的重影，使得畫而更加清晰、明了。

3.10總體設(shè)計(jì)

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圖3——4

第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1軟件設(shè)計(jì)思路

在搖動LED棒的時候單片機(jī)必須單程送數(shù)據(jù)否則顯示的圖形會產(chǎn)生重影，影響視覺效果。因此當(dāng)系統(tǒng)開始工作后通過慣性開關(guān)的位置來使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)單程送數(shù)據(jù)給LED。如果慣性開關(guān)位于右邊，則進(jìn)入外部中斷Tl并將變量置l。在變量為1期間讓單片機(jī)以一定的頻率將數(shù)據(jù)送給LED。如果慣性開關(guān)位于左邊，則進(jìn)入外部中斷TO并將變量置0，在這期間單片機(jī)不會送數(shù)據(jù)給LED。在送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)送完后應(yīng)延時一段時間來使搖動時顯示的每個字不會太擁擠。之后再立刻熄火LED并開始重新判斷慣性開關(guān)的位置。

4.2軟件系統(tǒng)流程圖

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LED燈熄滅

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圖4——1

4.3動態(tài)圖片的實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)單個圖形或者一個詞組的顯示方法是將要顯示的內(nèi)容一次性送出，延時一段時問后再進(jìn)行第二次傳送數(shù)據(jù)。而要顯示一個動態(tài)圖片，仿照動畫制作方法，先要將一個連貫的動作分為幾幅獨(dú)立的動作，分別提取字模，輸出數(shù)據(jù)是一幅接一幅的連續(xù)送，當(dāng)動作結(jié)束后延時一會，再進(jìn)行第二次連貫動作的傳輸。同樣利用視覺暫留原理，當(dāng)搖動顯示棒時，幾幅圖接連出現(xiàn)覆蓋前面的畫面，相同的部分將一直顯示，不同的部分就形成了動態(tài)的動作，以此一幅動態(tài)畫面就出現(xiàn)了。

4.4軟件實(shí)現(xiàn)功能的完善

本次設(shè)計(jì)的一個難點(diǎn)是去除重影，我們的解決方法是使用外部中斷讓數(shù)據(jù)單程傳輸。

第二個難點(diǎn)是當(dāng)顯示如“m.seogis.comagedata><!--[if !vml]--><!--[endif]-->

圖5——1

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圖5——2

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圖5——3

5.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試

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圖5——4 （載入程序）

第六章 總結(jié)

經(jīng)過了一個多月的學(xué)習(xí)和努力，我終于完成了《搖搖棒的設(shè)計(jì)與制作》的畢業(yè)設(shè)計(jì)。從開始選題到設(shè)計(jì)的成功，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是一個挑戰(zhàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，也是對自己能力的一種提高。在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，為了更好的利用Keil、proteus、Protel及硬件電路等相關(guān)知識，我開始查閱相關(guān)的資料和書籍，豐富自己的相關(guān)知識，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，能夠更熟練的去運(yùn)用課本

上的知識。

在制作硬件電路時，我們遇到了很多問題，比如：在軟件編程的時候字符的取模比較困難，剛開始沒有取模軟件就手工取模特別麻煩！再比如說怎樣使字能夠盡量在搖晃的中間顯示，顯示的時間長短也是特別困難的。后來經(jīng)過不斷的模擬與調(diào)試終于找到了最為適合的時間�？傊�，自己動手做了就是一種收獲，會對電路了解的更多，學(xué)到了很多以前沒有接觸過的知識，也使我了解到知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，當(dāng)?shù)阶约哼\(yùn)用的時候卻并非如此，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才能算真的學(xué)會了。

此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我曾有過灰心，感覺底氣的不足，但收獲更大的是我學(xué)到了很多的東西，不光是學(xué)習(xí)上帶來的快樂，更多的是在人與人的相處上我學(xué)到了團(tuán)結(jié)帶給人的歡樂，所有的這些都為我的將來奠定了很大的基礎(chǔ)�，F(xiàn)在的我就要離開學(xué)校，走上工作的崗位了，這也是我人生歷程的又一個起點(diǎn)，我會繼續(xù)學(xué)習(xí)，走實(shí)人生的每一步。

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