（检测技术与自动化装置专业论文）基于msp430的水情测报终端的研究.pdf

太原理，l ：大学硕士研究生学位论文 基于m s p 4 3 0 的水情测报终端的研究 摘要 永情数据测撮妻足水利仪器自动纯研究的一个重要课 题。由于东文色然繇境麴限制，传统溅摄主要使是数簧仪、超 短波电台等测报设备。随着芯片技术及移动通信技术的发展， 研究设计新的无线水情终端设备成为可能。 本文分析目前主要水情数据测报设备的特点，研究利用t i 公司的m s p 4 3 0 f 1 4 9 微处疆芯片上嵌入式系统设计及g s m 短消息 业务实瑷无线求情攫摄终端，为求情测投售愚麴处瑾与传输寻 找一个新的途径及方法。本文首先阐述m s p 4 3 0 f 1 4 9 微处理器应 用系统开发的理论知识，在此基础上研究m s p 4 3 0 f 1 4 9 嵌入式系 统结构设计，并详细论述了系统的组成、功能、工作原理、各 部分电路硬件设计以及软件设计。馘魏为平台，还送行了利用 移动逶倦g s m 短淡惠鲎务实现东情数据懿砖竣鲍硬究。该测控 仪可方便的与各种类型的水位、雨量、流速传感器接口，从薅 构成多点分布式的水文无线监测系统。 在本文水情测报终端中，豳于采用m s p 4 3 0 f 1 4 9 芯片及嵌入 式操俸系统静代码设计方式，实现了低功耗徽处理器芯片上的 多任务肉核，增强了系统可靠性，戈求情测报应建提供支持。 太原理工大学硕士研究生学位论文 利糟g s m 移动网络中的蕊消息服务，实现无线水情测报，逄移 动遂信技术在东利仪器自动亿磺究中耨熬应用。 关键词：m s p 4 3 0 f 1 4 9 ，嵌入式操作系统，g s m ，水情测报终端 奎堕望：! ：查堂堡主竺壅生堂垡丝塞 t h er e s e a r c ho fh y d r o l o g i c w i r e l e s st e l e m e t r i ct e r m i n a l b a s e do nm s p 4 3 0 a b s t r c t t h e h y d r o l o g i ct e l e m e t r i c e q u i p m e n t i sa n i m p o r t a n t c o m p o n e n ti na u t o m a t i o nr e s e a r c hi nt h ef i e l do f w a t e rc o n s e r v a n c y l i m i t e dt ot h e e n v i r o n m e n t ，t h et r a d i t i o n a lu s e dh y d r o l o g i c t e l e m e t r i c e q u i p m e n ta r ed a t at r a n s m i t t e ra n du l t r a s h o r tw a v e t r a p s m i t t e r - r e c e i v e r w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i pt e c h n o l o g ya n d m o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , s t u d yo fn e ww i r e l e s st e l e m e t r i c t e r m i n a lc a nb ep o s s i b l e t h i sp a p e r a n a l y s i st h ec h a r a c t e ro ft r a d i t i o n a l h y d r o l o g i c t e l e m e t r i c e q u i p m e n t s ，d i s c u s s e s u s i n g e m b e d d e d o so n m s p 4 3 0 f 1 4 9a n ds h o r t m e s s a g es e r v i c e i ng s mn e t w o r kt o i m p l e m e n tw i r e l e s st e l e m e t r i ct e r m i n a l f i r s t l yt h i sp a p e ri n t r o d u c e s b a s i ck n o w l e d g ef o r a p p l i c a t i o ns y s t e mo nm i c r o c o n t r o l l e r a n d t h e n ，s t u d i e sa n di m p l e m e n t se m b e d d e do s0 nm s p 4 3 0 f 1 4 9w i t h r o u n dr o b i nt a s ks c h e d u l e t h e c o m p o s i t i o na n dt h ew o r k i n g p r i n c i p l eo ft h et e r m i n a la r ed e s c r i b e di nd e t a i l b e s i d e st h e i i i 太原理工大学颡士研究生学位论文 c o r r e s p o n d i n gc i r c u i th a r d w a r et h e o r ys c h e m ea n d s o f t w a r ea r e p r o v i d e d ，豫氇t h i sp l a t f o r m 。t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h ep r o t o c o l u s i n gs m ss e r v i c e i ng s mn e t w o r kt o i m p l e m e n tw i r e l e s s h y d r o l o g i cd a t at r a n s m i s s i o n t h et e r m i n a l c a nc o n v e n i e n t l y i n t e r f a c et oa l lk i n d so fw a t e rl e v e ls e n s o r s ，r a i n f a l ls e n s o r sa n d v e l o c i t y o ff l o ws e n s o r st om a k e u p ad i s t r i b u t e dw i r e l e s s m o n i t o r i n gs y s t e mo fh y d r o l o g y h y d r o l o g i c t e l e m e t r i cw i t hac o r eo fm u l t i t a s ko n m s p 4 3 0 f 1 4 9f i t sh y d r o l o g i cw o r k i n ge n v i r o n m e n tw i t he n h a n c e d r e l i a b i l i t y w i r e l e s st e l e m e t r i cd a t at r a n s m i s s i o nw i t hg s mm o d u l e i sa l s oan e wa p p l i c a t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y e q u i p m e n t k e yw o r d s ：m s p 4 3 0 f 1 4 9 ；e m b e d d e d o s g s m ；h y d r o l 砖i c t e l e m e t r i c i v 太原理1 人学硕十研究生学位论文 1 1 课题设计的背景 第一章绪论 “水文工作是水利工作的基础，是治水和防洪的尖兵。没有水文工作， 就谈不到水利建设或其它基础建设。”水位测量数据是重要的水文检测参 数，水位测量的精度及实时性，直接影响到水库防洪安全及发电灌溉等。 我国是水资源不平衡的国家，由于领土广阔，地理环境复杂，地区经济发 展不平衡等原因，导致水位测量工作仍旧存在一些困难。在大型发电站、 重要水文站水位测量技术相对先进一些，而一般的报汛站和水文监测站水 位的测量技术仍处于比较落后的状念，水文站测洪能力不适应测大洪水要 求。而且有很多水文站在地广人稀、远离村庄、深山峡谷、自然环境恶劣 的地区。至9 0 年代初，我国很多地方水文测报设施经过几十年的运行， 大多处于陈j f t 老化、报废状念，出现了设施破烂不堪、难以承担同常水文 测报工作的局面。近年来，在国家计委、水利部的关心支持下，我国水文 建设项目增多，建设步伐加快，使得水文测报设施破旧落后的现状得以改 善。但距离水文工作现代化还有很长的一段路程。 1 2 课题的研究意义 鉴于在新形势下，特别是在迈入了2 1 世纪的今天，水文工作现代化 的步伐越来越快，不仅要求实时快捷的测量水位，而且要求方便可靠的传 太原理工大学硕士研究生学位论文 竣，要能够在最短约时阁内恕一个承系的水位数据谨送劐监控中心。甚至 在特定熬对鬏，要求在3 0 分镑之内把菜令区域内或全胬静东文数爨传爨 中央，蔽便徽密辩学的凌策。僵这样的个庞大的系统，它的投入也是惊 人的，由于我国现阶段的财力、物力和技术水平都没有达到这个高度，因 此只能够在一些主要的水文站重点投入。而本文也不可能去做出这样的一 种规划，但我们愿意做出一种尝试，本文根据偏远地区水文数掘测报的要 求设计出一种水位远程测报系统。希望我们的努力，能够为水利现代工作 做出一点有益的尝试。因此具有十分重要的实际意义。 长期以来，水憾数搬测擐设冬壹是水到仪器是动化疆究熬主要课 题。传统溅搬设餐有数传仪及超短波电台等，瘗都采用擎片杌处理溅摄数 据，井戬有线线路或超短波方式传输数器。裔于水文自然环境的特点，英 王作条件易受自然环境影响限制，且成用功能不能以无线方式定制，难 以满足无线即时应甬需要。徽处理器芯片与移动通信技术的发展，使人们 能够利用低功耗微处理器及无线通信模块实现可靠的水情测报，也是水利 仪器自动化研究的一个发展方向。 根据微处理器核结构的不同，耳鳆微处理芯片主要有三类：嵌入式微 控制器，嵌入式处理爨，d s p 处理器。m s p 4 3 0 系到嵌入式徽控毫器以功熊 丰富，趣低功耗艘戈永堵测投终端静蓄选芯片之。在敷往m s p 4 3 0 芯片 癣瘸中，系统功麓篱肇，一般采精面向其体功麓的代码设诗方式，当系统 饪务增蕊时，这种徽控制器彳弋码设计方法存在系统平台可扩褴低、升级维 护困难等待点，滩以适应多任务数据处理要求。嵌入式操作系统概念的引 入是取代原有单片机软件设计方式的新思路。采用嵌入式操作系统设计思 想的优势在于；( 1 ) 可获得在微控制器芯片上的多任务内核，为水情测报 终端应用提供支持。( 2 ) 增强软传可靠性，遗合水壤特殊环境工l 乍要求。 ( 3 ) 维护方便，具鸯良好鲍开放牲翻可扩充性。星裁3 2 位圭淡焱入系绞 2 太原理工大学硬士研究生学位谂文 有u c l i n u x ，w i n c e 等，1 6 位嵌入系统有m i c r o o s ，r t x 等。本课题将比较 分析几种嵌入系统内梭结构，研究设计针对m s p 4 3 0 f 1 4 9 芯片的1 6 位嵌入 系统结梭。 随蓿移动通信技术的发展，基于移动通信网络的应用也越涞越广泛。 作为远瑕测报终端，采用g s m 硬件模块，利用g s m 移动网络中的短消息服 务，霹羧蜜凌秃线零猿溺缀鼗覆豹传输，这氇燕移动逶售技术在东零j 露馥 新的应用。 结合以上几种新技术、新观念，本课题提出罐于m s p 4 3 0 的水情测报 终端懿磷究与设诗“3 。 3 课题设计的目标 本课题利用m s p 4 3 0 低功耗微处理芯片，研究分析典型嵌入微处理系 统设诗戆戆静特熹，| 入适合承情浏掇终羰痤矮戆嵌入系绞设诗，磷究实 现实时操作系统在m s p 4 3 0 芯片上的移植和应用，以此提高系统的实时性 和软件开发效率。结食研究g s m 短信模块，利用g s m 移动网络中的短消息 骚务，蜜羧无线承簿测摄终漆，瀵避选距离、大藏圈貔承请溅缀应用要求。 ，4 本文内容及组织结构 第一章绪论。介绍课题设计背景、意义和设计目标。 第二牵承媾嚣掇终壤茨奔。套缓窳睫溺擐终瀵磷究瑷袄，分狐无线窳穗 测报终端结构及工作方式。 第三章水情测报终端的硬件平台设计。研究m s p 4 3 0 f 1 4 9 工作电路设计、 3 太原理工大学硕十研究生学位论文 外围存储扩展及可靠性设计。 第四章水情测报终端的软件平台设计。比较嵌入系统结构，研究嵌入系 统设计。主要讨论任务处理的细节，包括任务建立、调度、任务 间通信，中断与任务关系及中断设计。 第五章通信方式比较及通信设计。分析比较各种通信方式特点，研究g s m 协议，实现水情数据以短消息形式进行传送。 第六章总结与展望。对水情测报终端系统进行了总结分析，最后提出了 下一步工作的方向。 4 太原理i ：人学硕+ 研究生学竹论文 第二章水情测报终端简介 水情自动测报系统是防汛抗旱的耳目和参谋，是防洪决策、水资源优 化调度、水工程运行管理的重要手段，是一项重要的防洪非工程措施。水 情自动测报系统采用现代科技对水文信息进行实时遥测、传送和处理，是 有效解决江河流域及水库洪水预报、防洪调度及水资源合理利用的先进手 段。对保护人民生命财产安全，充分发挥水工程效益，保障社会稳定和国 民经济可持续发展起着极其重要的作用。 水情测报终端是水情测报系统中的重要设备，其作用是将水文、电子、 通信、传感器和计算机等多学科的有关最新成果，实时完成雨量、水位、 流量及闸门丌度等数据的采集、报送和处理，并可以在无人值守的情况下 快速准确地将水情数据传递至水情数据中心，使国家、省、市( 地区) 、 县各级水利部门及时掌握水情信息，以优化水情调度及进行防汛决策。在 水情测报系统中，水情测报终端主要任务是完成水情数据的定位观测，同 时对观测设各进行远程控制。水情测报终端在水情测报系统中的位嚣如图 2 1 所示。 5 太原理工大学硕：k 研究生学位论文 水文传感器 一 坚竺璧竺尸一磊磊 _ _ _ _ _ o ， ， 目 昏景量雪 水文传感器 有线、短波、卫星通信 妊厘通信设备差三三三三当 圉2 1 扣睛测报系统 f i 9 2 - 1m o n i t o r i n gs y s t e ms t r u c t u r eo f w a t e r 2 1 水情测报终端的发展与现状 监控中心 我国水情测报终端研制始于2 0 世纪7 0 年代，在电子器件不断更新的 情况下，认真吸取国外先进技术，已研制出较高技术性能的的测报终端设 备。工作方式主要有有线自报方式和无线应答方式，解决了野外供电、防 雷等关键技术问题，可随机或定时采集水情信息，平均无故障时间从初期 的5 0 0 - 1 0 0 0 小时提高到目前的1 0 0 0 0 小时以上。但仍有不足，如用于水 情测报的通信方式比较单，水情数据提供方式简单，硬件设备的可靠性 有待于进一步提高等。 随着技术的不断发展进步，水情测报系统技术也在发生日新月异的变 化。系统正朝着以下几个方向发展： ( 1 ) 系统互联在水情调度中，独立的水情测报系统并不能充分发 挥作用，系统之间的通信互联、信息共享才能发挥更大的经济效益。 ( 2 ) 通信方式多样化目前水情测报系统的通信方式一般采用超短 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 波的方式，另外在通信条件较好的地方采用公网进行水情数据的传输， 如p s t n ( p u b l i cs w i t c h e d t e l e p h o n en e t w o r k ，公用交换电话网) ，移动通 信网络等。 ( 3 ) 数据服务水情数据不仅作为水利行业专业数据，而且向社会发 布并方便即时查询，因此数据预订需求也促进了水情测报系统技术的发 展。 2 2 终端的组成及报汛方式 测报终端机r t u 是构成水情测报站的基本设备，它通过运行在 m c u ( m i c r o p r o c e s s o rc o n t r o lu n i t ，微处理器) 上的应用软件，实现本地 水情数据采集、处理、存储，在通信协议支持下实现与远端的中心站或其 它远程设备之间的通信。可以工作在自报方式、应答方式或者是混合方式 下。在自报方式下当满足报汛条件时，自动建立链路、发送数据，数据传 送成功后挂断链路；在应答方式下以被叫方式传输数据。由于其工作在野 外环境，能源问题是该设备的关键问题，因此在设计r t u 时，低功耗设计 是整个系统设计的的重要目标之一。此外，为保证系统可靠运行，一般在 电源线路、电话线路、雨量计线路上采取相应的避雷措施，以防止雷电进 入测报终端。测报终端的组成框图如图2 - 2 。 7 太原理一 大学硕士研究生学位论文 键 盘 、 显 示 。图2 - 2 水情测报终端结构 f i 9 2 - 2 t h es t r u c t u r eo f t h eh y d r o l o g i ct e r m i n a l 毒 行 通 信 测报终端至少有一个雨量接口和一个水位接口，可扩展模拟量接口、 r s 2 3 2 4 8 5 接口，可以采集多种传感器数据并且支持多种通信方式。 测报终端主要由以下几部分电路组成： ( 1 ) 增量型雨量计接口电路。 ( 2 ) 全量型编码水位计接口电路。 ( 3 ) 模拟量输入接口电路。 ( 4 ) 短波、有线通信设备。 ( 5 ) 串行通信接口电路。 ( 6 ) 微控制器电路。 其主要功能：通过各种传感器对采集的各种水情数据进行预处理： 8 太琢理：大学矮圭研究生学位论文 根据壬兕场实时数据的处理结果或u 泶自中心站的指令，通过现场控制装置 控制现场设备，如闸门启闭、泵站艏停等；按照指定的工作制式( 自报 式、套溺疲答式或嚣豢蒺鸯魏瀑合式 淘中心懿 登芍种类多 骐s p 4 3 0 系列擎片裁跫弩释类繁多，褥戳满是不嚣系统豹需求。 3 。2 2m s p 4 3 0 f 14 9 徽处理器 m s p 4 3 0 x1 4 x 系列中的n i s p 4 3 0 f 1 4 9 是t i 最裁雄燃懿f l a s h 芯片，较 其它m s p 4 3 0 芯片f l a s h 窑摄更大( 达6 0 k b ) ，功能更加完善，该款芯片咚 以下部分缀成； 1 4 太原理：大学硕士研究生学位论文 基础时钟模块，包括1 个数控振荡器( d c o ) 和2 个晶体振荡器。 看门狗定时器w a t c h d o gt i m e r ，可用作通用定时器。 带有3 个捕获比较寄存器的1 6 位定时器t i m e r a 。 2 个具有中断功能的8 位并行端口：p 与p 2 。 模拟比较器c o m p a r a t o r a 。 1 2 位a d 转换器a d c l 2 。 两个串行通信接口：u s a r t o 、u s a r t l 。 存储空间：6 0 k b + 2 5 6 bf l a s h 和2 k br a m 。 3 3 电路设计 水情测报终端的硬件组成框图如图3 - 1 示，主要由m s p 4 3 0 单片机、 j t a g 接口电路、键盘及l c d 显示电路、实时时钟电路、串行接口电路、数 据采集电路等组成。下面具体介绍各部分电路： 图3 - i 系统硬件结构框图 f i g3 - 1d i a g r a mo fh a r d w a r es t r u c t i o n 1 5 i) “钾 太原理j j 大学硕士研究生学位论文 3 3 1j t a g 接口设计 3 3 + j t a g 调试器懿褫述 m s p 4 3 0 f 1 4 9 是f l a s h 型器件，内建多达6 0 k b 容爨的f l a s h 存储器。并具 舞j t a g 调试接口，嵌入了仿真器，设计畿可以通道j t a g 调试器将编辑好黪 程序从p c 机上直接下载到f 乙a s h 内，然露再通过p c 桃上的软馋出j t a g 接口 该取单片机片内信息实时监测单片机上运行的程序，甚至还可以设置断 点加以调试，实施所谓的在线仿_ 真。这秘方式使m s p 4 3 0 单片极嬲开发工具 f e t 相当廉价，而且省去了昂贵的仿舆器髑编程嚣。 j t a g ( j o i n tt e s ta c t i o ng r o u p _ 联合测试弦动小组) 是一种因 际标准测试协议i e e e1 1 4 9 。l 蓑褰) ，主要思于芯片内部测试。现农多数 的高级器l 牛都支持j t a g 协议，如d s p 、f p g a 器转等。标壤的j t a g 接口是4 线： t m s 、t c k 、t d i 、t o o ，分别为模式选择、时钟、数据输入和数掇埝如线。 j t a g 最初楚用来对芯片进行测试浆，基本原遐是农器传爽部定义一个t a p ( t e s ta c c e s sp o r t 测试访阉口) 邋过专用的f a g 测试工舆对避萼亍巍 部节点进行测试。j t a g 测试允许多个器件通过1 t a g 接口串联在一起，形成 个7 t a g 链，姥实瑗对器个器 孛分剐测试。现在，j t a g 接墨还豢霜予实琥 i s p ( i n s y s t e mp r o g r a m m a b l e ；在线编程) ，怼f 矬渊等器 譬逖抒缡程。 在实际应用中可以先将器件固定到电路扳上+ 再用j t a g 编理，从露大大嬲 快工程迸发。 i e e e l l 4 9 。1b s t 结栋：当器转王传在j t a g8 s t 模式露，搜瘸4 个i 内 引脚和个可选引脚t r s t 传为j t a g 号 脚。这4 令i 0 ；1 脚是：t d i 、t d o 、 t m s 秘t c k 。表禳据了这些弓l 黪弱功裁。 1 6 太原理工大学颈士研究生学位论文 表3 - 13 t a g 引脚定义及功能 t a b 3 1t h ep i n sa n df u n c t i o no f j t a g 引脚名称 功能 t d i测试数据输入口指令和测试编群数据的串行输入引脚数据在t c k 的主嚣溢对劐移入e 器静翡馕护游丝被连接至 l 。 t d o 测试数据输出口指令和测试编程数据的串行输出引脚数据在t c k f 降沿移出。如果数据没有正在穆出时，该引脚处 予三态。它霉l 编箨数攥赣久墨蔓j ；| t m s 测试方式选择口 该输入引脚拦一个控制信号，它挑定t a p 控制器的 转换。t m s 必须在t c k 的上升沿之前建立，在用户状 态下t m s 痘是高电警。 t c k 测试时钟输入口是蜊于器件测试与自动加载程序启动的时钟输入 接鞠。时铮输入刘酷t 电潞，一貉操作发生在上辩 沿，另一些发生在下降沿。 3 3 1 2 j t a g 调试器的硬件设计 警然要把在陌枫上编辑和调试好的程序下载到单片机，就需要制作 一个j t a g 调试器，t i 公司称窀为f e t ( f l a s he m u l a t i o nt 0 0 1 ) 。 f 矗g 调试器豹器理墅 从原理图可以看到，j t a g 调试器的硬件是相当简单的。只用了一个 7 4 h c 2 4 4 芯片。它通过d b 2 5 接阴和计算机并臼相连，其中只用到l 、2 、3 、 4 、5 、1 2 、1 4 、1 6 、1 7 、1 8 卡摄线，奁裁终连接线豹对镞只零要约蕊簇平 电缆将用到的引脚连接起来& p 可。调试器和目标板是通邋1 4 芯电缆棚涟， 但并不是1 4 个引脚全部用到。 1 7 太原理工大学礤士研究生学圣藏论文 fj f 嗽i 骠# 醵 2 ：“搬露；a 角2 警淡曝 咛寺丽虬h r 1 一 l 般 l 攀； l i 蝼瞄斟 ： 蒙 j 驻 !2 副| | 哺ii 护3 i 五 哉i - ir u 一谳馏 i 。t e s t l ：f i x i 十 l lc o 十一 ll 硼x o | l 女l j i l t k有 |嚣鞣穗鞠i # 爨： ：上目 盟啦矿搽 一 。 z i i 撬l 畿 8 i 越 & 删熟 嗣鞠 袱雠 m 蹦崩一 螺i 拙7 螋3 瞄靛# 潍l # 锈妻7 畦；蘸删m b 拣￥磁簇 l “m x m 图3 - 2j t a g 调试器原理豳 f i g3 - 2t h ec i r c u i to f j t a g 1 8 太原理：r 大学硕士研究生学位论文 3 3 2 键盘接口设计 键盘是仪器、仪表中常见的人机交互界面，其主要功能是可以从外部 根据实际需要对仪器的内部参数、功能等进行快速的设置。 ( 1 ) 按键的工作原理 在单片机设计中常用轻触按键作为输入设备( 键盘的单元电路) 。它 的一般结构是由两个电极和一个弹簧金属片构成的，如图3 3 中的单元电 路结构所示。当金属片上的按键k 按下时，两个电极a 和b 被连通。在处 理时要注意的细节是按键前后的抖动，例如a 端接地，b 端接上拉电阻， 则平时按键的b 端为高电平，理论上当按键按下时为低电平，松开后为高 电平，实际上情况如图3 3 中的按键抖动所示。 k 【 b 三叼沪生 单元电路结构 接健士斗劫 图3 - 3 按键示意图 f i g3 - 3 t h ew o r kp r i n c i p l eo fk e y 后 所以在接收按键信号的时候，要对抖动进行处理；常见的清除抖动的 方法有3 种：1 ) 使用r s 触发器构成消抖动丌关；2 ) 使用电阻和电容 构成积分器：3 ) 用软件延时的办法。前两种用的是硬件的方法，第三种 用的是软件方法，本文主要讨论用软件延时的方法来进行处理按键抖动。 即当m c u 得知按键的b 端出现低电平，就知道可能有按键按下，于是等待 1 0 m s ，1 0 m s 之后在检测按键的b 端，如果是低电平，则对一般的机械按键 来说己经是稳定期了，按键的抖动消除了，如果1 0 m s 之后按键的b 端没 有低电平了，则说明是干扰信号，而不是按键按下。 1 9 太琢瑾 ：大学璇： 矫究生学髓论文 键擞通常是由若干个独立按键按一定的规则组合而成的，则消除按键 斡拱动蹩必须魏；嗣l l 雩键盘是有若予按镶掾成，鬟l j 必须判薮怒骧令按键按 下，得到键值；得到镳值后，还要等待按键松开。所以键盘糨序一般有如 下3 个步骤： 1 ) 瀵除按键拱动： 2 ) 判断是哪个拔键按下，识别键码： 3 ) 辫待按键松开。 ( 2 ) 行裂据接式键盘( 矩箨键塞) 设诗 本课题设计用m s p 4 3 0 f 1 4 9 连接2 3 矩阵键盘，连接如图3 4 所示， 行线连接p 1 3 p 1 4 ，列线和p 1 o p 1 2 相连。 图3 - 4 矩阵式键盘电路图 f i 9 3 - 4t h ec i r c u i to f k e y b o a r d 由予m s p 4 3 0 芯片的p 1 、p 2 鞠都具有中断功能，为提简c p u 效率和 降低功耗，使用中断的方式实现键盘的输入，流程见图5 6 。先对芯片进 霉初始亿，比如端日、时镑、中叛瓣嚣。接着键纛响应程彦按照键蠢处毽 太原理工大学硕士研究生学位论文 的一般步骤进行。 ( 1 ) 按键等待状态：利用p 1 o 、p 1 1 和p 1 2 端口的上升沿中断 来采集按键是否按下，所以在这主要是要对端口的中断类型进行配置和使 能。为了减少功耗，可以让c p u 进入低功耗状态。 ( 2 ) 端口中断处理：关闭端口中断，使c p u 进入激活状态。 ( 3 ) 延时：这时可以采用定时器延时办法，配置定时器产生一定时 间的延迟1 0 4 0 m s ，c p u 进入低功耗状态。 ( 4 ) 扫描按键；定时器中断返回，延时结束，进行按键扫描。扫描 程序的主要思路为先将与行线相连的端口设为低电平，再依次将与行线相 连的端口p 1 3 、p 1 4 设为高电平，然后再判断与列线相连的端口p 1 0 、 p 1 1 、p 1 2 上的电平，如果哪个端口有高电平，则说明这两根线相交的 键被按下，得到它的键值。如果没有按键按下，则设罱错误标志，返回按 键等待状态，将与行线相连的端口都设为高电平。 ( 5 ) 得到按键的键值。在应用系统中则可以进行相关按键处理。 ( 6 ) 按键释放等待：当按键释放时，与按键相连的列端口会从高电 平将到低电平，产生一个下降沿，可以通过端1 3 下降沿中断捕捉按键释放， 所以配置端口下降沿中断，c p u 进入低功耗状态。 ( 3 ) 按键的功能 键盘中共有s 。一s 。6 个键，其键值与按键的对应关系如表3 2 所示。 具体的键盘程序流程图见附录1 。 2 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 袁3 - 2 键值功表 t a b3 - 2k e yv a l u ea n dc o r r e s p o n d i n gf u n c t i o n 键蕊琰能 1 2 3 4 5 e n t e r 6f u n c t i o n 3 。，3 3l c d 照示接口设计 l c d 照录绛戈入撰交耍设计瓣部分，主簧强务燕将蓊方数瓣采集端 翔采集到的绩患以图文的形式显示感寒。对显示终螺浆设计，要求该终媸 魄洼供电、钵辍参、功糕羝，哥长鬻在辫癸_ i 终，墨工终滋度蕊整赛，在 低漫下能惩繁王佟。戈l ：我餐选蠲了3 ￥工作赘t b m l 2 8 6 4 1 6 a ，它是一季孛瓣 彤点蹲液熬显零器，它主要囊行驱羲器联驱动器及格1 2 8 6 4 全点簿液蔟 嚣示嚣缓成。霹完成图形显示，瞧霹淡鬟示8 x 4 令( 1 6 x1 6 煮阵) 汉字。 圭要技术参数彝淫毵： ( 1 ) 瞧溺；v d d ：+ 2 。7 - 3 。3 v ；模块凌壹带- l o v 受压，爝予l c d 豹驱 动毫悉。 ( 2 ) 显承内容：1 2 8 ( 戮) x 6 4 ( 符) 煮 ( 3 ) 金鬓纂点阵 ( ) 七耱指令 ( 5 ) 与c p u 接疆采焉8 经数据总线并行输入输出和8 祭控制线 ( s ) 占空跪1 6 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 7 ) 工作温度：- 2 0 c + 5 0 c ，存储温度：一3 0 。c + 7 0 3 3 3 ，1 模块主要硬件构成说明 i c 3 为行驱动器。i c i ，i c 2 为列驱动器。i c i ，i c 2 ，i c 3 含有以下主 要功能器件： v e e 内藏 负压 电路 图3 - 5t b m i2 8 6 4 一i6 a 硬件结构 f i 9 3 - 5 h a r d w a r ec o n f i g u r a t i o no ft b m l 2 8 6 4 - 1 6 a ( 1 ) 指令寄存器( i r ) i r 是用于寄存指令码，与数据寄存器数据相对应。当d i = 0 时，在e 信号下降沿的作用下，指令码写入i r 。 ( 2 ) 数据寄存器( d r ) d r 是用于寄存数据的，与指令寄存器寄存指令相对应。当d i = i 时， 在下降沿作用下，图形显示数据写入d r ，或在e 信号高电平作用下由d r 读到d b 7 d b o 数据总线。d r 和d d r a m 之间的数据传输是模块内部自动执 行的。 ( 3 ) 忙标志：b f b f 标志提供内部工作情况。b f = i 表示模块在内部操作，此时模块不 接受外部指令和数据。b f = o 时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和 数据。利用s t a t u sr e a d 指令，可以将b f 读到d b 7 总线，从检验模块之 2 3 太愿理】：大喾硕士臻究叟学僚论文 工作状恣。 ( 4 ) 显示控制触发器d f f 藏触发器是耀予模块羼蘩显示开稻关匏控露。d f f = i 为歼显示 ( d l s p 弧￥o f f ) ，d d r a m 匏内容戢霆示在羼幕上，d f f = o 为美显示( d i s p l a y o f f ) 。d f f 鲍状态是豢令d i s p l a yo n o f f 稳r s t 售号控铡瓣。 ( 5 ) x y 地址计数器 x y 地址计数器是一个9 位计数器。高3 位熙x 地址计数器，低6 位为 y 地址计数器。x y 地址计数器实际上是作为d d r a m 的地址指针。x 地址计 数嚣为d d r a m 的页指针，￥城址计数嚣为d d r a m 的￥地址指针。 x 嫩址计数器是没肖记数功能的，只能角指令设露。 y 魂址计数器共有循环记数功能，嵇显示数据写入后，y 地址自动加1 ， y 圭| 羹缝搬锌筑0 到6 3 。 ( 6 ) 显承数摆r a m ( d d r a m ) d d r a m 怒存储霭形黧承数鬟静。数据为l 表示登示选择，数攒为0 袭 示熙零选择。d d r a m 与地址秽摄示位置熬关系冕d d r a m 缝蛙表( 爨第6 页) 。 ( 7 ) z 地址计数器 z 地址计数器是一个6 位计数器，此诗数器具备循环波数功麓，它楚 用予盟示行掴描同步。当行扫描完成，此地址计数器自动加1 ，糖向下 一彳亍扫描数据。r s t 复像后z 地址计数器为0 。 z 魏坻计数器可以稍指令d i s p l a ys t a r tl i n e 预鬣。因此，显示屏幕 鹩越始行裁鼓篷指令控错，静d d r a m 豹数据觚嘟一幸亍汗始鼗示焱屏幕的第 一行。诧模块豹d d r a m 共6 4 行，屏幕可以循环滚动鼗示6 4 行。 2 4 太藏理 ：大学琰士垂弄究生擘建论文 3 3 ，3 2 模块的外部接口 终部接嗣信号如下裳3 - 3 所示： 度3 - ：3t b m l 2 8 6 4 - 1 6 管脚说明 t a b 3 * 3 p i n s d e s c r i p t i o n o f t b m l 2 8 6 4 - 1 6 a 管脚号 管脚名称l e v e r管脚功能描述 iv s s 0 电滚逢 2v d d2 7 3 3 v电源电压 3v o液晶媳示器驱动电臌 d l = h ，表幂d b 7 v d b o 舞强示数据 4 d ih l d 1 2 “l ”，表示d b 7 d b o 为显示指令数据 r w = h ，盼h 数据被读到d b 7 d b o 5 r w h l r w = l ，= “h r 数据被蔫到i r 或d r 6 e h l r w = l ，e 僚号卜| 降沿锁存d b 7 d b o ， r w = h ，e - “h ”d d r a m 数据读到d b t d b o 7d b oh l 数据线 8d b lh l 数据线 9d b 2h l数据线 1 0d b 3h l 数据线 l i臻强h l 数据线 1 2d b 5h l 数据线 1 3d b 6h l 数据线 1 4d b 7 h l数据线 1 5e s l h lh ：选择芯片( 矗半屏) 僚号 1 6c s 2 h l h ：选择芯片( 左半屏) 俗号 1 7r e th l 复位信号，低屯平复彼 l $v 0 酊- i o v l c d 驱动负电压 1 9e nh + 3 o ve l 背光控制端( 黼电平) 2 5 太原理工火学硕士研究生学位论文 3 3 3 ，2 模块酌指令说糖 指令表如下寝3 7 4 所示： 衰3 - 4 指令说明 t a b 3 4t h e i n s t r u c t i o n sd e s c r i p t i o n 指 指令码 r d 功能 令 d 7i ) 6d 5d 4d 31 ) 2d ld o 鞋 i 控制显示器的开关， 显示 l 0oo011l11 不影响d d r a m 中数据 毽 o f f0 零 内裙状态 显示起鼹示起始行 指定显示屏从d d 蝴 oo1l 中哪一干予开始显示 始行( 0 6 3 ) 数据 设麓x设置d d r a m 中船贾遗 0ol0l1lx ：0 7 墙址址( x 地自d 设锭y o0o ly 地瓣( 0 6 3 ) 设踅： l 亟簸( y 绝毓) 地址 读取状态 b r s