基于MSPG实现风速测试仪林凯

1、基于MSPG实现风速测试仪林凯2 教程内容： 作品基本情况介绍 作品功能展示 MSP430系列LaunchPad开发板组成和硬件资源 系统的工作原理介绍 硬件单元电路 PCB设计方法及注意事项3 教程内容 系统的安装、调试和连接 监控程序总体框图 在CCS环境下各功能子程序的设计与调试 完整实物板上整个监控程序的调试方法 总结 扩展和发挥4 作品基本情况介绍 本作品是基于TI公司的LaunchPad开发板开发的，以MSP430G2211单片机作为主控芯片，利用光电传感器对CPU风扇的转动（风扇的转速大小可以通过电位器调节）进行信号采集，对输出的脉冲信号进行滤波、整形形成高频窄脉冲已经滤除后脉冲

2、信号送入单片机。单片机的I/O口对送入信号的上升沿进行实时捕获计数，并在设定的定时中断内由该计数值计算出当前风扇的转速，最后将转速值送由液晶显示。5 作品功能展示请看视频演示6 MSP430系列LaunchPad开发板组成和硬件资源LaunchPad开发板的内容包括：1. LaunchPad开发板 7 MSP430系列LaunchPad开发板组成和硬件资源 2. 两块MSP430G系列芯片 -MSP430G2211： 低功耗16位单片机 一个片上比较器 2K容量的Flash 128Bytes的RAM -MSP430G2231: 低功耗16位单片机 片上拥有10位8通道的ADC 2K容量的Fla

3、sh 128Bytes的RAM8 MSP430系列LaunchPad开发板组成和硬件资源3. MiniUSB电缆 4. 1只的晶体5. 2排10针的排针和2排10针的插座9 实物板上器件的布局10 作品实物板与开发板的连接11 传感器型号及使用方法 本作品采用九州风神3针CPU 风扇内置的光电传感器，由于该传 感器的测速信号是开漏输出的（图 中的绿线），所以需要使用一个上 拉电阻将其上拉至电源后才能产生 脉冲信号，否则是没有测速信号输 出的。12 显示方式 本作品的显示部分采用了 12864M1图形点阵液晶显示器, 该显示器自带显示字库、采用 供电电压、含背光且可以 通过外接的电位器调节显示的

4、 清晰度，由于采用了I2C的接 口方式（1根时钟线、1根数据 线），所以只需占用两个I/O 口。 注：本液晶原理图上的引脚分布和 实物模块中的引脚分布相同。 13 显示方式 这是12864液晶显示器的各管脚说明（实物图上从右往左）14 系统组成框图及原理 G2211单片机 CPU风扇（直流电机）光电传感器液晶显示电位器电源滤波电路整形电路15 硬件单元电路a) 电机供电模块16 b) CPU风扇和外部供电模块 硬件单元电路17 硬件单元电路c) 测速信号处理模块18 硬件单元电路d) 核心板和扩展板（除电机外）供电模块19 硬件单元电路d) 核心板和扩展板（除电机外）供电模块20 硬件单元电路

5、e) 核心板与扩展板连接模块21 硬件单元电路f) 12864液晶显示模块22 PCB板裸图23 PCB设计方法和注意事项 布线时尽量避免直角走线，因为直角走线会使传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续。 导线的宽度选择与确定（参考下一页表） 根据电路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，这样可以减少环路面积。 导线的间距选择与确定 导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，导线间距可小至 58mm。 如果线宽太小,则印刷导线电阻大,线上的电压降也就大, 影响电路的性能； 如果线宽太宽,则布线密度不高,板面积增加,除了增加成本外,也不利

6、于小型化. 24 PCB设计方法和注意事项 PCB板的线宽、覆铜厚度与通过的电流的对应关系 25 PCB设计方法和注意事项 所有平行信号线之间要尽量留有较大的间隔，以减少串扰。如果有两条相近的信号线，最好在两线之间走一条地线，这样可以起到屏蔽作用。 双面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。 PCB板上若装有大电流器件，如继电器、指示灯、喇叭等，它们的地线最好要分开单独走，以减少地线上的噪声，这些大电流器件的地线应连到插件板和背板上的一个独立的地总线上去，而且

7、这些独立的地线还应该与整个系统的接地点相连接。 26 PCB设计方法和注意事项 大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离 。 如果板子上有小信号放大器，则放大前的弱信号线要远离强信号线，而且走线要尽可能地短，如有可能还要用地线对其进行屏蔽。 尽量减少过孔、跳线的使用。 与焊盘相连的线尽量画粗，能放泪滴就放泪滴。 如果PCB的地较多，有SGND、AGND、GND等等，就要根据PCB板面位置的不同，分别以最主要的“地”作为基准参考来独立覆铜，数字地和模拟地应分开。 由于大面积覆铜的板子在过波峰焊时有可能会翘起来，甚至会起泡。从这点来说，网格覆铜的散热性要好些。通常是高频电路对抗干扰要求高的多

8、用网格，低频电路有大电流的电路等常用完整的铺铜。27 系统的安装、调试与连接1.核心板、扩展板通过排针和排针插座连接起来28 系统的安装、调试与连接2.核心板的从USB接口和PC机的主USB接口通过USB数据线 连接起来29 系统的安装、调试与连接3.开关电源与扩展板上的电源插座相连30 系统的安装、调试与连接风扇与扩展板上的对应接线端子通过导线相连31 系统的安装、调试与连接5.液晶模块和扩展板上的对应接线端子通过排线相连 扩展板上的P4接线端子的管 脚19分别对应液晶模块上的GND、VCC、V0、CS、SID、SCLK、 VEE、BLA、BLK管脚,安装时只需用排线将它们一一相连即可。32

9、 系统的安装、调试与连接6.风速测试仪完整的硬件组装结果33 系统的安装、调试与连接7.通过手动调节电位器（电源接通后）调节风扇的转速34 监控程序总体流程图开 始 设 备 初 始 化（ 看 门 狗 、 时 钟 、 I/O口 、 定 时 器 和 液 晶 ） 等 待 中 断（ I/O上 升 沿 捕 获 中 断 和 定 时 器 1s中 断 ）I/O口 中 断上 升 沿 捕 获 计 数 值 加 1中 断 返 回定 时 器 中 断 由 计 数 值 计 算 风 扇转 速 ， 同 时 使 计 数 值 清 0液 晶 显 示 转 速 值中 断 返 回35 各功能子程序在CCS下的设计与调试请看CCS下的讲解

10、36 完整实物板上整个监控程序的调试方法请看视频演示37 总结 基于MSP430G2211实现的风速测试仪的设计模块不多、功能实现也不复杂，但是将整个设计流程从头到尾完整地走一遍之后，你会发现自己不但初步掌握了TI公司LaunchPad开发板的组成、板上的硬件资源和MSP430G2211单片机的资源和使用，基本了解了印制电路板（原理图和PCB）的设计流程（从仿真到实验再到制板）、学会了在CCS（Code Composer Studio）环境下实现对G2211单片机的功能编程和调试并且积累了一定的设计经验。38 总结 从硬件设计到软件设计再到最终的软硬件联调，不仅学会了一种单片机的使用，更重要的

11、是学会了项目设计的总体流程和方法，难度可能不大，但动手设计能力得到了实实在在地增强，我想这也是我们能从本次设计中得到的最宝贵的东西！39 扩展和发挥 该风速测试仪只能实现手动改变风速，然后用光电传感器测量产生转速信号，经过信号处理和单片机的计算后得出风速值，最终将风速值送至液晶显示。功能简单，无法自动调节风速、无法掌握风速变化的规律、无法实现上位机监控、无线遥控和状态保存，总的来说，是不具备控制的智能性、实时观测的直观性、使用的方便性和状态的可记忆性。正是基于以上考虑，提出了以下几个可供进一步发挥和扩展的方向：40 扩展和发挥u可以加装温度传感器DS18B20（需要一个IO口），根据温度的变化风扇可以自动改变转速，这样就有手动和自动两种方式调节风扇的转速，而且自动调节转速，可以将整个系统的智能性凸显出来；u在风速自动调节的模式下，液晶屏可以由显示转速值模式切换到显示/绘制风速变化曲线模式，（需要一个按键中断，一个IO口），该曲线也是反映温度变化趋势的曲线；41 扩展和发挥u可以加装DS1302实时钟模块，借助串口线将当前时间和风速值