基于msp430的电风扇制系统模拟控设计

通信与信息工程学院2016 /2017 学年 第 1 学期课程设计报告模 块 名 称 MSP430 单片机应用 专 业 通信工程 学 生 班 级 B130109 学 生 学 号 B13010911 学 生 姓 名 李杨 指 导 教 师 赵来定 王视环 设计题目 电风扇制系统模拟控设计任务要求 1. 用 LCD 显示电风扇的工作状态（1,2,3,4 四档风力） ，显示风类：“自然风” 、 “常风”和“睡眠风” ；2. 设计 “自然风” 、 “常风”和“睡眠风” 三个风类键用于设置风类；3. 设计一个“摇头” 键用于控制电机摇头； 4. 设计一个“定时”键，用于定时时间长短设置；5. 设计过热检测与保护电路，若电风扇电机过热（用内存参数模拟温度，用键） ，则电机停止转动，蜂鸣器报警，电机冷却后（用键模拟）电机又恢复转动。 （发挥部分）设备及软件 1. PC 机一台2. Protues 7 Professional3. IAR Embedded Workbench For MSP430 v5.504. 德研电科 DY-FFTB6638 试验箱目 录一 设计任务及要求-11.1 基本要求-11.2 发挥部分-1二 相关原理简介-12.1 MSP430 的特点-12.2 MSP430 的中断原理-2三 设计方案与实现-33.1 任务分析-33.2 方案设计-3四 调试过程及结果分析-74.1 仿真结果与分析-7五 体会与建议-10 六 附录-11参考文献 -220MSP430 单片机应用课程设计报告一、设计任务及要求1.1 基本要求1用 4 位数码管实时显示电风扇的工作状态，最高位显示风类：“自然风”显示“1” 、 “正常风”显示“2” 、 “睡眠风”显示“3” 。后 3 位显示定时时间：动态倒计时显示剩余的定时时间，无定时显示“000” 。2设计“自然风”,“正常风”和“睡眠风”三个风类键用于设置风类；设计一个“定时”键，用于定时时间长短设置；设计一个“摇头”键用于控制电机摇头。3 在整个定时状态下，电路具有允许用户随时自行选择使用“自然风”状态，也可选择使用“常风”和“睡眠风”状态。 1.2 发挥部分1设计过热检测与保护电路：若电风扇电机过热（用内存参数模拟温度，用键） ，则电机停止转动，蜂鸣器报警，电机冷却后（用键模拟）电机又恢复转动。二、相关原理简介2.1 MSP430 的特点MSP430 管教图如图 2.1。图 2.1 MSP430 管脚图1MSP430 的特点如下：a.强大的处理能力：MSP430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。b.在运算速度方面，MSP430 系列单片机能在 8MHz 晶体的驱动下，实现 125ns 的指令周期。16 位的数据宽度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合，能实现数字信号处理的某些算法(如 FFT 等)。c.MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用 6us。 d.超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。e.系统工作稳定 上电复位后，首先由 DCOCLK 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；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。 f.适应工业级运行环境 MSP430 系列器件均为工业级的，运行环境温度为-40 至+85 摄氏度，所设计的产品适合用于工业环境下。2.2 MSP430 的中断原理执行中断的一般过程如下：1.CPU 会执行完当期的指令。2.指向下一条指令的 PC 被压栈。3.状态寄存器 SR 压栈。4.选择最好优先级的中断进行服务。5.单源中断的中断标志位会被自动清零，P1，P2 这样的中断标志位不会自动清零，因为 P1、 P2 的 IO 中断属于多源中断，需要在代码中手动清零。6.状态寄存器 SR 被清零，将会终止任何低功耗状态，并且全局中断使能被关闭。27.中断向量被装载到 PC，开始执行中断服务函数。MSP430 中断向量表 2.2 如下。表 2.2 MSP430 中断向量表三、设计方案与实现3.1 任务分析电风扇模拟控制系统设计就是使用单片机来控制电机和一些 LED 、按键，模拟真实的电风扇的使用，通过设计使电风扇使用便捷更人性化。风类，定时，摇头都是针对使用者不同需求的设计。过热保护是对安全性要求的设计。3.2 方案设计1.硬件方案根据设计的要求可知，系统的硬件原理框图如图 3.1 所示。档位及定时显示电机控制模块按键输入单片机系统过热检测模块图 3.1 系统的硬件原理框图3本系统由五个模块组成，分别是输入模块、显示模块、电机控制模块、过热保护模块以及单片机控制系统。其中单片机控制系统是核心，由 MSP430、晶振和复位电路组成。它通过处理输入的各种数据信息来对其它模块发出指令，进行相应的操作。输入模块由 5 个按键组成，分别控制电机的风速、正反转和定时时间。显示模块由 8 位共阴数码管组成，显示定时时间和风速。过热保护模块由 ADC0809 和外围电路组成，通过设定电压初始值使电机超值停转并且相应二极管发光报警。电机控制模块由 L298 和其它的元器件组成，它主要是放大输入信号的倍数，用来驱动电机。图 3.2 晶振电路 图 3.3 复位电路保护电路的选择：选用 ADC0809 作为过热保护电路的核心部件，假设先设定一个标准电压值，通过 0-5V 模拟电压输入进行模数转换，如果数据超过标准值则单片机对电机进行相应操作，使电机启停。控制核心的选择：采用单片机作为控制核心，以软件编程的方式进行风速判断，并在端口输出控制信号。显示电路的选择：采用八位共阴数码管显示电机状态，动态扫描显示方式。2. 软件方案 系统软件设计包括主程序设计，A/D 转换子程序设计和定时器 T0 中断程序设计。1) 主程序流程图设计软件所要实现的功能有：按键响应，对ADC0809的控制，对数据的处理和传送显示的数据。主程序包含初始化、调用A/D转换子程序和调用显示程序，其流程图如图3.4所示：4摇头？Y开始显示初始化Y占空比 1:3自然风？N常风？NY占空比 3:1Y占空比 1:5睡眠风？NY进入定时程序定时？开摇头NN电机过热？关电机关中断显示过热N图3.4 主程序流程图主程序经初始化后，开始四位数码管显示的是“0000”电机停转。然后进入按键扫描程序，依次对自然风、常风、睡眠风进行扫描，单片机I/O口输出相应的占空比方波，当为自然风时，数码管最高位显示“1” ，当为常风时，数码管最高位显示“2” ，当为睡眠风时，数码管最高位显示为“3” 。当有定时键按下时，转到定时器T0中断程序进行。当有摇头键按下时，高低电平翻转，电机开始反转。2) 定时器 T0 中断程序流程图设计定时器T0是用来对定时时间进行控制的，结合数码管动态显示，首先给 T0设置工作方式和初始值，由于它不可重装，所以在主程序中必须再次定义它的初始值。其流程图如图3.5所示：5Y定时时间减一秒定时到了吗?Y置初值置初值中断返回数码显示电机停关中断N1s 到了吗?N开中断图3.5 定时器T0中断程序流程图3) A/D 转换测量子程序流程图设计由于 ADC0809 在进行 A/D 转换时要用到 CLK 信号，而此时的 ADC0809 的CLK 是接在 MSP430 单片机的 P2.4 端口上，也就是要求从 P2.4 输出 CLK 信号供ADC0809 使用。因此产生 CLK 信号的方法就的使用软件来产生了；由于 ADC0809的参考电压 VREF=VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理。然后和设定的参考值比较，而实际显示的电压值的关系为。其流程图如图 3.6 所示。6Y地址数小于 8？NA/D 转换结束？结束N开始ADC0809 地址加一取数据Y启动测试（TESTART)图 3.6 A/D 转换测量子程序流程图在主程序中，ADC0809 的转换程序也是无限循环的，它主要是检测电机是否过热。本系统中，运用定时器 T1 作为 CLOCK 的脉冲信号，由于它的工作方式为 2，且初始值 216，足以满足 ADC0809 所转换一次所需要的时间。设定电机过热电