自平衡车加速度检测设计

-.z.**文理学院物理与机械电子工程学院本科毕业论文〔设计〕题目自平衡车加速度检测设计专业班级***学号08**3100**学生**成强指导教师***设计所在单位**文理学院2014年5月**文理学院本科毕业设计〔论文〕任务书题目学生**学号专业班级指导教师职称教研室毕业设计〔论文〕任务与要求毕业设计〔论文〕工作进程起止时间工作内容开场日期完成日期教研室主任〔签字〕系主任〔签字〕**文理学院本科毕业设计〔论文〕开题报告题目学生**学号专业名称指导教师开题时间班级一、选题目的和意义：二、本课题在国内外的研究状况及开展趋势：三、主要研究内容：指导教师意见及建议：签字：年月日教研室审核意见：签字：年月日注：此表前三项由学生填写后，交指导教师签署意见，经教研室审批后，才能开题。**文理学院本科毕业设计〔论文〕中期检查表题目学生**学号专业名称指导教师检查时间班级毕业设计〔论文〕进展情况指导教师意见"中期检查〞主要检查毕业设计进度，主要检查以下内容：a.学生是否清楚自己的工作内容和技术路线b.能否按进度完成设计任务c.能否与指导教师保持正常的师生指导关系签字：年月日教研室意见签字：年月日**文理学院本科毕业设计〔论文〕指导教师评分表学生****专业班级毕业设计〔论文〕题目设计〔论文〕起止时间年月日至年月日指导教师评语：〔应从选题、收集资料与运用、论点、论述依据、结论、论证方法、写作标准以及日常表现等方面对论文进展评述。〕建议成绩：指导教师签名：年月日**文理学院本科毕业设计〔论文〕评阅教师评分表学生**学号专业班级毕业设计〔论文〕题目设计〔论文〕起止时间年月日至年月日评阅教师评语：〔应从选题、写作标准、问题论证或说明效果等方面对论文进展评述〕建议成绩：评阅教师签名：年月日**文理学院本科毕业设计〔论文〕辩论记录学生**学号专业名称辩论时间年月日辩论地点指导教师题目辩论小组成员姓名职称姓名职称提问及答复情况记录：记录人签字：年月日辩论成绩：辩论小组组长签名：年月日毕业论文成绩辩论委员会认定成绩毕业论文等级学院辩论委员会意见：负责人签名：年月日注：1、毕业论文成绩=指导教师成绩×40%＋评阅教师成绩×20%＋辩论成绩×40%；2、辩论委员会认定成绩是根据该生毕业设计期间的表现及该专业整体论文情况的综合评定成绩。3、论文等级分优秀〔≥90分〕、良好〔80~89分〕、中等〔70~79分〕、及格〔60~69分〕、不及格〔<60分〕。-.z.自平衡车加速度检测设计摘要：自动平衡运作原理是建立在IPS即倒立摆系统的根本原理上，本设计的灵感及设计思路也是源于此。本文介绍了一种加速度的检测设计，本设计中以16位单片机MSP430g2553为数据转换及控制元件，传感器MMA7361为加速度检测元件，液晶显示器NOKIA5110为显示元件来实现加速度的检测；加速度是利用算法在程序中进展计算并且转换进而显示的。该设计能够完成对自平衡车乃至一切运动状态物体的三维加速度实时动态检测及显示，并且可以通过改变采集时间和算法范围取值来灵活设定精度灵敏度，进而满足不同的数据需求，本设计在生产生活中具有很重要的作用。关键词：单片机MSP430；加速度传感器MMA7361；液晶显示屏Self-balancingvehicleaccelerationdetectingdesignAbstract：AutomaticbalancingprincipleofoperationisbasedonthebasicprinciplesofIPSthattheinvertedpendulumsystem,thedesigninspirationanddesignideasarealsoderivedfromthis.Thispaperpresentsadesignaccelerationdetection,thedesignforthe16-bitmicrocontrollerMSP430g2553dataconversionandcontrolponentsforthesensorMMA7361accelerationsensingelement,LCDNOKIA5110forthedisplayelementsareusedtodetectacceleration;accelerationistheuseofalgorithmsandconversionprocessthuscalculatedisdisplayed.Thisdesigncanbepletedontheself-balancingvehiclemotionstateoftheobjectaswellasallthethree-dimensionalaccelerationanddisplayreal-timemotiondetection,andcanchangethevalueoftheacquisitiontimeandscopetofle*iblealgorithmsensitivitysettingaccuracy,thusmeettheneedsofdifferentdata,thedesignproductionandlifehasaveryimportantroleKeywords:SCMMSp430;SensorMMA7361;LCD5110-.z.目录第1章绪论(设置成一级标题，三号黑体、二倍行距)11.1选题的目的与意义(设置成二级标题，四号黑体、1.5倍行距)11.2本课在国内外的研究状况及开展趋势11.3本课主要研究内容21.4自平衡的控制原理2第2章系统总体设计方案22.1系统组成构造22.2加速度测量原理32.2系统设计的最终核心器件选型3第3章元器件的选型及工作原理33.1MSP430工作原理及选型3单片机系列优点(设置成三级标题，四号楷体、1.5倍行距)43.2加速度传感器的选型及工作原理113.3NOKIA5110的选型及根本构造12第4章元器件的硬件设计134.1MSP430的硬件设计134.2MMA7361的硬件设计134.3NOKIA5110的硬件设计14第5章元器件的软件设计145.1MSP430的软件设计145.2MMA7361的软件设计155.3NOKIA5110的软件设计155.4加速度检测的总程序19完毕语38致谢39参考文献40附录41在WORD中依次点击"插入――引用――索引和目录――目录――确定〞自然生成目录。-.z.第1章绪论(设置成一级标题，三号黑体、二倍行距)1.1选题的目的与意义(设置成二级标题，四号黑体、1.5倍行距)自平衡小车是一个高度不稳定两轮机器人，是一种多变量、非线性、绝对不稳定的系统，且因其运动环境复杂、运动学方程中的非完整约束，所以其控制任务也具有复杂性，需要在完成平衡控制的同时实现直立行走等任务。因其既有理论意义又有使用价值，自平衡小车的研究在最近十年引起了大量机器人技术实验室的广泛关注[1]。双轮自平衡小车作为倒置系统的一种形式，是动力学理论和自动控制理论与技术相结合的研究工程，为科学理论的开展起到了指导作用。且由于构造简单、运动灵活以及适合在更小的空间里工作，有着一定的应用前景。本课题主要进展其加速度检测方面的研究及设计。自平衡车在颠簸路面上保持平衡、离地时车速的保持、超倾角后的停机保护，都需要对其加速度进展实时动态检测。国内外虽然已经设计出几种加速度检测方法及平衡控制方法，但这些方案都有一定的局限性，例如对路面平整度要求过高，所以动态平衡的控制性能都不高。自动平衡运作原理是建立在IPS即倒立摆系统的根本原理上，只有实时检测加速度并且准确及时的了解及控制其加速度才能更好地对其进展平衡控制、平安驾驶，而且，对其的研究也将为自动控制系统做出现实的实践奉献。1.2本课在国内外的研究状况及开展趋势我国在此方面的研究取得了很大的成就：中国科学技术大学研究出了自平衡代步电动车，它是一种具有自平衡系统的电动车。在车体内嵌入式CPU的控制下，采集平衡传感器以及速度、加速度传感器的数据，通过一定的控制算法，计算输出PWM信号控制两个伺服电机的转矩，使车体保持平衡并能够根据人体重心的偏移，自动前进、后退以及转弯。在自平衡小车的研究中，国外的专家和爱好者们也取得了一系列成果：如瑞士联邦技术学院工业电子实验室的研究员JOE的基于倒立摆的小型自平衡两轮车的模型，是由DSP芯片进展控制的。它由车架上方所附的重物模拟实际车中的驾驶者。研究人员通过陀螺仪和光电编码器测量的数据，用线性状态反应控制器来控制整个系统的平衡稳定。由美国创造家DeanKamen开发的两轮个人交通工具则是一个更为实用、成熟以及商业化的两轮运载车的版本。它用了五个陀螺仪和一个收集其他角度传感器数据的集成器来保持自身的直立状态。小车只需其中的三个陀螺仪就可以控制整个系统的平衡，而另外的两个则是为平安可靠作为备用。.1.3本课主要研究内容本课题研究的主要内容有：第一，自平衡车加速度检测所需的硬件选择，即选择满足高精度控制的加速度传感器以及单片机，进而用单片机对采集的数据进展分析读取。第二，控制系统软件的设计及实现，从单片机以及传感器的功能入手完成系统各个模块的设计并对各模块进展编程，根据选用的硬件和采集的数据，完成车模信息的算法。本课题设计的重点是如何选取适宜的传感器以及单片机，只有适宜的硬件才能测出精准的数据，进而更好地动态控制平衡。再一个是对选取的单片机及传感器进展灵活运用，主要包括单片机及传感器的特点性能和数据采集读取的算法程序编入。由于要快速实时准确的读取加速的，所以其对算法的要求是相当高的。1.4自平衡的控制原理自平衡小车身位于车轮轴上方，姿态传感器安装于车身中心位置，微处理器通过读取姿态信息，驱动轮子的电机正、反转或是差速，实现车身的平衡、运动及转弯等功能。当车体发生倾斜时，微处理器获得角度和加速度信号，经过融合计算，驱动电机向一样方向运动，抵消在这个维度上的倾斜力矩，保持车身平平衡。控制如下图。第2章系统总体设计方案2.1系统组成构造系统硬件设计是由三个模块组成，其中包括加速度传感器，单片机以及LCD显示屏。由加速度传感器负责数据采集，经过单片机对采集的数据进展处理并用程序控制最后由显示屏显示输出。其组成框图如下所示：加速度加速度对数据采集单片机处理控制LCD显示图2-1系统组成构造2.2加速度测量原理本设计的原理是：主要通过三轴的加速度传感器MMA7361采集得到加速度，MSP430G2553作为CPU从加速度传感器读取数据，将得到的数据进展判断然后做相应的处理，这样单片机采集到传感器的输出电压。MSP430G2553片内集成了A/D转换通道，这样可以直接将单片机的A/D输入通道和传感器的电压输出通道线连接，把输出电压进展转换，通过显示电路将得到的数据显示出来。整个设计的构造简单，加速度传感器的采集模块和单片机的数模转换的通道连接，这样可以使得采集模块的设计简单化，从而使得设计的程序和模块简单易懂。〔各硬件的选取经下文3.1-3.3比照论证而得〕2.2系统设计的最终核心器件选型MSP430G2553单片机，MMA7361加速度传感器，5110液显示器〔经下文3.1-3.3比照论证而得〕注：表、公式、图要按照章节依次排序。第3章元器件的选型及工作原理3.1MSP430工作原理及选型单片机的比照及选型方案一，采用传统51单片机作为主控。51单片机具有8位代码指令，8位数据总线，16位地址总线，6个中断源，4kbRAM，寻址范围16位地址宽度，不能与取指令，1种工作模式，不支持协处理器，不支持JTAG调试，是一款具有价格低廉，使用简单应用广泛的芯片，但由于本设计需要立体实时测量加速度，而目前市场该种加速度计一般输出模拟信号，如果选用51单片机势必需要加A/D转换电路，这无疑增加系统的复杂程度，且内部资源较少，功能相对不丰富，实现过程比拟繁琐。方案二，采用MSP430g2553，其具有一种16位RISC架构，所有的操作〔程序流指令除外〕均作为存放器操作与用于源操作数的7种寻址模式和用于目的操作数的4种寻址模式一起执行，该模块的主要功能是支持高精度斜坡模数转换，同时该模块具有支持快速10位模数转换,且无需CPU的干预即可对ADC采样进展转换及储存，这一功能为系统收集数据提供了方便，且MSP430g2553的低功耗工作模式符合节能低功耗要求。综合上述，我选择方案二，即MSP430g2553单片机。3.1.2MSP430单片机系列优点(设置成三级标题，四号楷体、1.5倍行距)MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在1996年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。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。首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8~3.6V电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200~400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的系统时钟系统：根本时钟系统和锁频环〔FLL和FLL+〕时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器〔32768Hz〕,有的使用两个晶体振荡器〕。由系统时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，翻开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时翻开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式〔AM〕和五种低功耗模〔LPM0~LPM4〕。在等待方式下，耗电为0.7uA，在节电方式下，最低可达0.1uA。卓越的超低功耗特性，给MSP430单片机开拓了广阔的应用空间：第一，正如前文所说，MSP430单片机就是为了便携式设备而量身打造的。随着技术的日新月异，便携式设备不断的向小型化、轻量化、高精度、多功能化的方向开展，在集成度、电池尺寸、设备大小的限制下，还对处理器运算能力和片上资源有了更高的要求。MSP430单片机强大CPU〔16位处理器，每秒处理指令最高25兆〕和片上丰富的接口电路和模拟电路资源，可以实现模拟数字信号混合处理，大局部设计¡°单芯片¡±完成，大幅提高集成度和生产效率的同时有效的控制了本钱。第二，超低功耗的特定使得产品电池寿命终身化这个命题得以实现。按照电子产品预期使用寿命5~8年计算，电池设计寿命8~10年，如果产品耗电量足够低的话，一款产品终生只用配上一块电池，无需充电和更换。这样一方面减少了用户的麻烦，另一创造设计和制造的本钱也降了下来。例如一款基于MSP430单片机的野外气象观测的传感器节点，可以连续工作数年不更换电池，直至产品寿命终结。第三，MSP430单片机低功耗还表达在另一方面，即十分微弱的能量，也能够驱动MSP430单片机工作，在1.8V以上的电压下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430单片机甚至可以把这个数值再降低几乎一半至1.1V。这样很多间接电能也能直接给MSP430单片机供电，如小块太阳能电池、信号线自取点、温差能、电缆上磁场能、人体机械运动震动的能量、酸碱性溶液中的能量等等。基于这种间接电能设计的无源设备产品，也是符合当前低碳环保设计理念的新方向。日本最近研制了一种尿液检查卡片，就是以尿液作为电解质发电，驱动低功耗系统进展尿液样本分析。除了超低功耗这一突出优势外，MSP430系列单片机还有不少其他不俗的表现：1.MSP430单片机内核采用16位RISC〔reducedinstructionsetputer，精简指令集计算机〕处理器，单指令周期，运算能力和速度优势明显，*些型号的MSP430单片机内部带有硬件乘法器，在DMA控制器的配合下，性能堪比DSP〔DigitalSignalProcessing，数字信号处理，一种专精于复杂信号运算的智能器件〕。2.MSP430单片机采用冯诺依曼构造，存放器和数据段〔即RAM〕与代码段〔即ROM，FLASH或FRAM〕统一编制。这样代码在RAM里同样可以运行，每款MSP430单片机都有FLASH〔或FRAM〕控制器，通过它可以对ROM的区的代码进展擦写。这种机制可以很方便的实现设备在线升级功能，无需重新烧写程序，固件更新时单片机仍处正常工作状态(在第三章中详细讨论)。3.MSP430单片机属于工业级芯片，能够在-40~85摄氏度的范围内工作，并且带有PWM发生器等控制输出。适合各类工业测量、工业控制、电机控制等领域。4.MSP430单片机作为混合信号处理器，模拟设备也是一大特色，运算放大器、比拟器、ADC、DAC应有尽有。以ADC为例，有高速的ADC10、ADC12；有高精度的SD16、SD24；还有低本钱的SLOPE，可以满足各式各样的测试任务。5.MSP430单片机具有多种通信接口，涵盖UART、I2C、SPI、USI等等，5系列单片机还带有USB控制器、射频控制器、Zigbee控制器。适用于各种协议下的数据中继器、转发器、转换器的应用中。6.TI公司实力雄厚，MSP430单片机系列产品生命力旺盛，自1996年问世以来每年都有新的型号推出，更新、更强、更省电的单片机不断的推出。2012年六又推出了新款的¡°金刚狼¡±系列，再度挑战低功耗极限。对于单片机开发人员而言，芯片内部工艺或许与设计不是则相关，但是MSP430单片机低功耗系统在软件方面的操作就至关重要了，因为即使CPU能够以极低的功耗执行指令，而程序总是做一些冗余的动作，那样进展下来，还是会有很多功耗白白浪费，则MSP430为软件上控制低功耗又提供了那些可能呢？首先，MSP430单片机建立的时钟系统概念，使得CPU、片上模块、休眠唤醒三者时钟彼此独立。总众所周知，时钟频率的上下是决定系统功耗的一个重要因素，但是不同模块的运行速度各不一样，CPU的繁忙程度也并非总是很高，这就造成低速时钟无法满足需求，高速时钟又会带来功率浪费的为难局面。MSP430单片机时钟系统提供了三种时钟，通过软件存放器设置，不同时钟可以分别开启关闭，可以分别设置倍频分频系数，为各种模块和CPU提供多样的选择。基于这样的时钟系统，MSP430单片机可以实现不同深度的系统休眠，如此梯度化的休眠方式，让整个系统以间歇工作的方式，最大限度的节约能量。其次，MSP430单片机采用模块化设计，在使用时每个模块都可以由软件单独开启关闭，用到*一模块时翻开它，任务完毕之后关闭它，这样也能节省不少的电能。这样的设计还有诸多其他好处，每一种模块都具有独立完整的构造，在不同型号单片机中，同款模块的功能构造使用方法都是完全一样的。同一家族不同型号的MSP430单片机，实际上就是不同功能模块的组合。这样的设计，对于学习者而言，使得MSP430单片机学习一通百通，对研发者而言，更换更高级的MSP430单片机芯片时，程序移植得心应手。此外，对于新手而言，如何在保证程序稳定性、强健性的前提下提高程序执行效率、删除冗余语句，还是一个遥不可及要求。TI公司就专门组织了老练的程序工程师编写了程序库MSP430ware，MSP430430ware中囊括了几乎所有模块的所有功能函数和海量的例程，把工程师从底层繁琐的代码编写工作中解放了出来，同时还保证了底层函数的效率和稳定。MSP430系列单片机的迅速开展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点。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〕构造，具有丰富的寻址方式、大量的存放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。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*些算法〔如FFT等〕。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。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场执行，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存放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。丰富的片上外围模块。MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗〔WDT〕、模拟比拟器A、定时器A〔Timer_A〕、定时器B〔Timer_B〕、串口0、1〔USART0、1〕、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、I2C总线直接数据存取〔DMA〕、端口O〔P0〕、端口1~6〔P1~P6〕、根本定时器〔BasicTimer〕等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比拟器进展模拟电压的比拟，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器〔Timer_A和Timer_B〕具有捕获/比拟功能，大量的捕获/比拟存放器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，最多达6*8条I/O口线；P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；12/14位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输〔DMA〕模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。方便高效的开发环境。目前MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器开发成功之后在烧写或掩膜芯片；对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进展开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。MSP430单片机目前主要以FLASH型为主。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~+85摄氏度3.1.3本实验主要选用的是MSP430G2553，它的优点在于：首先，G2系列单片机的售价低，G2全系列单片机共有44款，根据片上资源的丰富程度价格由低到高,最低价格0.34美元，配置最全的2553也仅售0.99美元，这样的价位在单片机范围内可以算是物美价廉了。G2系列单片机虽然价格不高，但不等于它的功能不强，G2系列单片机作为MSP430系列中的一员拥有大局部MSP430单片机片上外围模块：16MHz主频16位CPU片上程序存储器FLASH〔512B/1KB/2KB/4KB/8KB/16KB〕及FLASH控制器片上随机存储器SRAM(128B/256B/512B)通用并行输入输出端口GPIO〔4位/16位/20位/24位〕支持电容触摸式I/O看门狗定时器WDT上电复位模块BOR多功能通信模块USI〔I2C/SPI〕USIC_A(UART/LIN/IrDA/SPI)USIC_B(I2C&SPI)比拟器模块paratorA+片内温度传感器TempSensor十位逐次逼近型ADC10斜率型slopeADC板载USB调试与编程仿真器接口，无驱动可安装支持所有采用DIP14和DIP20封装MSP430G2**和MSP430F20器件红绿两粒LED，两个按键配套两款电容触摸板所有管脚在板子两边引出3.1.4MSP430引脚图每个引脚具有多项功能3.1.5•两种模式•看门狗•间隔定时器•受密码保护•两种模式具有不同的中断向量•时钟可由ACLK或SMCLK提供•控制RST/NMI引脚模式•WDT+增加了故障保护时钟WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD；//关狗看门狗的主要功能是在软件问题发生后执行受控的系统重启。假设设置的时间间隔完毕，将产生一个系统复位。如果在*种应用中不需要平安装置功能，则该模块可被禁用或配置为一个间隔定时器或关闭。3.1.6参考电压建立时间<30uS采样保持时间可选转换需13个时钟周期可选的时钟脉冲源-ADC10OSC(约5MHz)-ACLK-MCLK-SMCLK3.1.78路•可选内部参考电压，也可从外部接入•软件可选的RC低通滤波器•多路输入选择•具有中断功能3.2加速度传感器的选型及工作原理加速度传感器的选型方案一，采用数字式传感器可将被测信号直接转换成数字信号输出，它具有精度高，分辨率高，抗干扰力强，便于与计算机接口等优点，但数字传感器种类还不多，而符合我要测量三个方向分量的功能还没有，外接电路会增加电路的复杂程度，故此方案不可使用。方案二，采用MMA7361LC模块，该模块可根据运动方向改变输出信号的电压值，而且*、Y、Z三个方向的量输出，省去AD转换电路，可直接与MSP430g2553ADC1.0口相接，从而到达采集数据并保存到芯片的目的，且节约了本钱。综合上述，我采用方案二，即选择MMA7361加速度计。3.2.2Pin13.3V:输入电压，同时可以接收到单片机AD参考电压端；Pin2〔可选〕5V电源；Pin3GND：电源地；Pin4*out:*轴方向电压输出；Pin5Yout:y轴方向电压输出；Pin6Zout:z轴方向电压输出；Pin7sleep：芯片休眠控制〔0：休眠，1：工作〕；Pin81012NC:悬空管脚；Pin90g_dectect:0g信号检测；Pin11Self_test:芯片自我测试与初始化备注：MMA7361加速度计有3.3V和5V两个电压端，只需要接其中一个就可以了，3.3V可以由5V稳压产生，也可以直接3.3V供电。加5V稳压的原因是为了给使用5V的单片机提供方便，不需要再去找3.3V的电压了。3.2.3MMA73613轴小量程加速度传感器是检测物件运动和方向的传感器，它根据物件运动和方向改变输出信号的电压值。各轴的信号在不运动或者不被重力作用的状态下〔0g〕,其输出为1.65V。如果沿着*一个方向活动，或者受到重力的作用，输出电压就会根据其运动方向以及设定的传感器灵敏度而改变其输出电压。用单片机的A/D转换器读取此输出信号，就可以检测其运动和方向。3.3NOKIA5110的选型及根本构造显示模块的选型方案一，使用数码管显。数码管电压低，寿命长，对外界环境要求低，它采用BCD编码显示数字，亮度高，但其耗能大，电路复杂，占用资源多，且显示信息少，精度低，所以不选。方案二，使用液晶屏显示。LCD具有轻薄短小，低耗电量，影像稳定不闪烁等特点，可视面积大，画面效果好，显示信息量大，分辨率高，抗干扰能力强，外围电路少，使用方便。综合上述，我选用LCDNOKIA5110显示屏。NOKIA5110根本机构NOKIA是的点阵LCD，可以显示4行汉字，采用串行接口与主处器进展通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9条。支持多种串行通信协议〔如AVR单片机的SPI、MCS51的串口模式０等〕，传输速率高达，可全速写入显示数据，无等待时间。和更换。控制器／驱动器芯片已绑定到晶片上，模块的体积很小。采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200μA以下，且具有掉电模式。的这些特点非常适合于电池供电的便携式通信设备和测试设备中。液晶的四**由性价比高，LCD1602可以显示32个字符，而Nokia5110可以显示15个汉字，30个字符。接口简单，仅四根I/O线即可驱动，LCD1602需11根I/O线，LCD12864需12根。速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。Nokia5110工作电压3.3V,正常显示时工作电流20uA以下，具有掉电模式，适合供电的便携移动设备。第4章元器件的硬件设计4.1MSP430的硬件设计单片机的电路设计如下列图所示:4.2MMA7361的硬件设计传感器的电路设计如下列图所示:4.3NOKIA5110的硬件设计LCD的电路如下列图所示:第5章元器件的软件设计5.1MSP430的软件设计(1)首先进展看门狗程序voidmain(void){WDT_init();//初始化看门狗while(1){__bis_SR_register(LPM3_bits+GIE);activeMode();}}#pragmavector=WDT_VECTOR__interruptvoidwatchdog_timer(void){__bic_SR_register_on_e*it(LPM3_bits);5.2MMA7361的软件设计5.3NOKIA5110的软件设计(1)SPI接口时序写数据/命令Nokia5110(PCD8544)的通信协议是一个没有MISO只有MOSI的SPI协议，如果单片机有富裕的SPI接口，也可以利用硬件SPI，但通常没有必要，只需要软件程序模拟即可。/***********************************************************函数名称：LCD_write_byte函数功能：模拟SPI接口时序写数据/命令LCD入口参数：data：写入的数据；mand：写数据/命令选择；出口参数：无***********************************************************/voidLCD_write_byte(unsignedchardat,unsignedcharmand){unsignedchari;LCD_CE=0; //5110片选有效，允许输入数据if(mand==0) //写命令LCD_DC=0; elseLCD_DC=1; //写数据 for(i=0;i<8;i++) //传送8bit数据 {if(dat&0*80) SDIN=1; else SDIN=0; SCLK=0; dat=dat<<1; SCLK=1;}LCD_CE=1; //制止5110}管脚D/C(LCD_DC)用于选择写的是命令(D/C=0)还是数据(D/C=1)。(2)Nokia5110的初始化接通电源后，内部存放器和RAM的内容是不确定的，这需要一个RES低电平脉冲复位一下。当VDD变为高电平，到达VDDmin(或更高)之后，最多100ms，RST输入低电平(电平幅度<0.3VDD)。5110复位时序/***********************************************************函数名称：LCD_init函数功能：5110初始化入口参数：无出口参数：无备注：***********************************************************/voidLCD_init(void){LCD_RST=0;//产生一个让LCD复位的低电平脉冲delay_1us();LCD_RST=1;LCD_CE=0;//关闭LCDdelay_1us();LCD_CE=1;//使能LCDdelay_1us();LCD_write_byte(0*21,0); //使用扩展命令设置LCD模式LCD_write_byte(0*c8,0); //设置液晶偏置电压LCD_write_byte(0*06,0); //温度校正LCD_write_byte(0*13,0); //1:48LCD_write_byte(0*20,0); //使用根本命令，V=0，水平寻址LCD_clear(); //清屏LCD_write_byte(0*0c,0); //设定显示模式，正常显示LCD_CE=0;//关闭LCD}(3)设置Nokia5110液晶的坐标Nokia5110(PCD8544)的命令集：命令字符解释要注意的是"功能设置〞命令的"H〞和"V〞。H=0使用根本指令集命令，H=1使用扩展指令集命令。V=0水平寻址，V=1垂直寻址。48*84点阵的格式如上图，数据以字节8bit为单位下载到PCD8544的48*84bit显示数据RAM矩阵。列通过地址指针寻址，地址范围为*0~83(1010011)，Y0~5(101)。地址不允许超过这个范围。在垂直寻址(V=1)，Y地址在每个字节之后递增，经最后的Y地址(Y=5)之后，Y绕回0，*递增到下一列的地址。在水平寻址模式(V=0)，*地址在每个字节之后递增，经最后的*地址(*=83)之后，*绕回0，Y递增到下一行的地址。经每一个最后地址之后(*=83,Y=5)，地址指针绕回地址(*=0,Y=0)。/***********************************************************函数名称：LCD_set_*Y函数功能：设置LCD坐标函数入口参数：*：0－83Y：0－5出口参数：无备注：***********************************************************/voidLCD_set_*Y(unsignedchar*,unsignedcharY){LCD_write_byte(0*40|Y,0); //columnLCD_write_byte(0*80|*,0);//row}5.4加速度检测的总程序#include"msp430g2553.h"#defineCPU_F((double)1000000)#definedelay_us(*)__delay_cycles((long)(CPU_F*(double)*/1000000.0))#definedelay_ms(*)__delay_cycles((long)(CPU_F*(double)*/1000.0))#defineres1P2OUT|=BIT0;//复位,0复位#defineres0P2OUT&=~BIT0;#definesce1P2OUT|=BIT1;//片选#definesce0P2OUT&=~BIT1;//片选#definedc1P2OUT|=BIT2;//1写数据，0写指令#definedc0P2OUT&=~BIT2;#definesdin1P2OUT|=BIT3;//数据#definesdin0P2OUT&=~BIT3;#definesclk1P2OUT|=BIT4;//时钟#definesclk0P2OUT&=~BIT4;voidLCD_write_byte(unsignedchardt,unsignedcharmand);//voidLCD_printf(charrow,constchar*format,...);voidLCD_init(void);voidLCD_set_*Y(unsignedchar*,unsignedcharY);voidLCD_clear(void);voidLCD_write_zimu(unsignedcharrow,unsignedcharpage,unsignedcharc);//row:列page:页dd:字符voidLCD_write_shuzi(unsignedcharrow,unsignedcharpage,unsignedcharc);//row:列page:页dd:字符voidLCD_write_hanzi(unsignedcharrow,unsignedcharpage,unsignedcharc);//row:列page:页dd:字符voidLCD_display_firm(void);voidLCD_display_start(void);//voidLCD_display_default0(intl*);其5110.c程序如下：#include"5110.h"constunsignedcharzimu[]={//:(0)m(1)g(2)/(3)L(4)S(5)e(6)t(7)T(8)s(9).(10)0*00,0*00,0*30,0*30,0*00,0*00,0*00,0*00,0*06,0*06,0*00,0*00,/*":",0*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*E0,0*20,0*C0,0*20,0*C0,0*00,0*07,0*00,0*07,0*00,0*07,/*"m",1*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*40,0*A0,0*A0,0*40,0*20,0*00,0*05,0*0A,0*0A,0*0A,0*04,/*"g",2*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*00,0*00,0*E0,0*18,0*06,0*00,0*0C,0*03,0*00,0*00,0*00,/*"/",3*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*FC,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*07,0*04,0*04,0*04,0*04,/*"L",4*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*18,0*24,0*44,0*84,0*18,0*00,0*03,0*04,0*04,0*04,0*03,/*"S",5*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*C0,0*A0,0*A0,0*A0,0*C0,0*00,0*03,0*04,0*04,0*04,0*02,/*"e",6*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*20,0*FC,0*20,0*00,0*00,0*00,0*00,0*03,0*04,0*04,0*00,/*"t",7*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*04,0*04,0*FC,0*04,0*04,0*00,0*00,0*00,0*07,0*00,0*00,/*"T",8*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*40,0*A0,0*A0,0*20,0*40,0*00,0*02,0*04,0*04,0*05,0*02,/*"s",9*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*06,0*06,0*00,0*00,/*".",10*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*F9,0*F9,0*FF,0*FF,/*".",11*//*(6*12,Terminal)*/};constunsignedcharshuzi[]={//0(0)1(1)2(2)3(3)4(4)5(5)6(6)7(7)8(8)9(9)0*00,0*F8,0*04,0*04,0*F8,0*00,0*00,0*03,0*04,0*04,0*03,0*00,/*"0",0*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*00,0*08,0*FC,0*00,0*00,0*00,0*00,0*00,0*07,0*00,0*00,/*"1",1*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*18,0*84,0*44,0*38,0*00,0*00,0*06,0*05,0*04,0*04,0*00,/*"2",2*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*18,0*44,0*44,0*B8,0*00,0*00,0*03,0*04,0*04,0*03,0*00,/*"3",3*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*80,0*60,0*18,0*FC,0*00,0*00,0*01,0*01,0*01,0*07,0*01,/*"4",4*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*7C,0*24,0*24,0*C4,0*00,0*00,0*03,0*04,0*04,0*03,0*00,/*"5",5*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*F8,0*44,0*44,0*98,0*00,0*00,0*03,0*04,0*04,0*03,0*00,/*"6",6*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*04,0*04,0*E4,0*1C,0*00,0*00,0*00,0*07,0*00,0*00,0*00,/*"7",7*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*B8,0*44,0*44,0*B8,0*00,0*00,0*03,0*04,0*04,0*03,0*00,/*"8",8*//*(6*12,Terminal)*/0*00,0*38,0*44,0*44,0*F8,0*00,0*00,0*03,0*04,0*04,0*03,0*00,/*"9",9*//*(6*12,Terminal)*///0*00,0*B0,0*40,0*F8,0*40,0*B0,//0*00,0*01,0*00,0*03,0*00,0*01,/*"*",10*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*07,0*FB,0*FB,0*07,0*FF,0*FF,0*FC,0*FB,0*FB,0*FC,0*FF,/*"0",0*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*FF,0*F7,0*03,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*FF,0*F8,0*FF,0*FF,/*"1",1*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*E7,0*7B,0*BB,0*C7,0*FF,0*FF,0*F9,0*FA,0*FB,0*FB,0*FF,/*"2",2*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*E7,0*BB,0*BB,0*47,0*FF,0*FF,0*FC,0*FB,0*FB,0*FC,0*FF,/*"3",3*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*7F,0*9F,0*E7,0*03,0*FF,0*FF,0*FE,0*FE,0*FE,0*F8,0*FE,/*"4",4*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*83,0*DB,0*DB,0*3B,0*FF,0*FF,0*FC,0*FB,0*FB,0*FC,0*FF,/*"5",5*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*07,0*BB,0*BB,0*67,0*FF,0*FF,0*FC,0*FB,0*FB,0*FC,0*FF,/*"6",6*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*FB,0*FB,0*1B,0*E3,0*FF,0*FF,0*FF,0*F8,0*FF,0*FF,0*FF,/*"7",7*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*47,0*BB,0*BB,0*47,0*FF,0*FF,0*FC,0*FB,0*FB,0*FC,0*FF,/*"8",8*//*(6*12,Terminal)*/0*FF,0*C7,0*BB,0*BB,0*07,0*FF,0*FF,0*FC,0*FB,0*FB,0*FC,0*FF,/*"9",9*//*(6*12,Terminal)*/};constunsignedcharhanzi[]={//自(0)动(1)化(2)测(3)倾(4)角(5)康(6)召(7)倒(8)计(9)时(10)秒(11)0*00,0*FC,0*24,0*24,0*26,0*25,0*24,0*24,0*24,0*FC,0*00,0*00,0*00,0*0F,0*09,0*09,0*09,0*09,0*09,0*09,0*09,0*0F,0*00,0*00,/*"自",0*//*(12*12,宋体)*/0*10,0*D2,0*32,0*92,0*10,0*00,0*08,0*FF,0*08,0*08,0*F8,0*00,0*03,0*02,0*02,0*02,0*03,0*08,0*06,0*01,0*08,0*08,0*07,0*00,/*"动",1*//*(12*12,宋体)*/0*20,0*10,0*FC,0*03,0*00,0*80,0*FF,0*20,0*10,0*08,0*04,0*00,0*00,0*00,0*0F,0*00,0*01,0*00,0*07,0*08,0*08,0*08,0*0E,0*00,/*"化",2*//*(12*12,宋体)*/0*22,0*44,0*FE,0*02,0*FA,0*02,0*FE,0*00,0*FC,0*00,0*FF,0*00,0*04,0*02,0*09,0*04,0*03,0*04,0*09,0*00,0*01,0*08,0*0F,0*00,/*"测",3*//*(12*12,宋体)*/0*10,0*FC,0*03,0*FC,0*20,0*02,0*F2,0*1A,0*D6,0*12,0*F2,0*00,0*00,0*0F,0*00,0*07,0*02,0*00,0*09,0*04,0*03,0*04,0*09,0*00,/*"倾",4*//*(12*12,宋体)*/0*08,0*F4,0*53,0*52,0*52,0*F2,0*5A,0*56,0*50,0*F0,0*00,0*00,0*08,0*07,0*01,0*01,0*01,0*07,0*01,0*01,0*09,0*0F,0*00,0*00,/*"角",5*//*(12*12,宋体)*/0*00,0*FE,0*22,0*AA,0*AA,0*AB,0*FE,0*AA,0*AA,0*FA,0*22,0*00,0*08,0*07,0*00,0*0A,0*04,0*0A,0*0F,0*02,0*04,0*0A,0*08,0*00,/*"康",6*//*(12*12,宋体)*/0*40,0*22,0*92,0*8E,0*82,0*82,0*82,0*A2,0*A2,0*9E,0*00,0*00,0*00,0*00,0*0F,0*04,0*04,0*04,0*04,0*04,0*04,0*0F,0*00,0*00,/*"召",7*//*(12*12,宋体)*/0*10,0*FC,0*03,0*9A,0*F6,0*92,0*BA,0*00,0*FC,0*00,0*FF,0*00,0*00,0*0F,0*00,0*04,0*07,0*02,0*02,0*00,0*01,0*08,0*0F,0*00,/*"倒",8*//*(12*12,宋体)*/0*10,0*11,0*F2,0*00,0*20,0*20,0*20,0*FF,0*20,0*20,0*20,0*00,0*00,0*00,0*07,0*02,0*01,0*00,0*00,0*0F,0*00,0*00,0*00,0*00,/*"计",9*//*(12*12,宋体)*/0*FE,0*22,0*22,0*FE,0*00,0*08,0*48,0*88,0*08,0*FF,0*08,0*00,0*07,0*02,0*02,0*07,0*00,0*00,0*00,0*09,0*08,0*0F,0*00,0*00,/*"时",10*//*(12*12,宋体)*/0*12,0*D2,0*FE,0*91,0*40,0*38,0*00,0*FF,0*00,0*04,0*B8,0*00,0*01,0*00,0*0F,0*00,0*08,0*08,0*04,0*04,0*02,0*01,0*00,0*00,/*"秒",11*//*(12*12,宋体)*/};/*LCD_write_byte:使用SPI接口写数据到LCD输入参数：dt：写入的数据；mand：写数据/命令选择；*/voidLCD_write_byte(unsignedchardt,unsignedcharmand){ unsignedchari; sce0; if(mand==1){dc1; }else{dc0;} for(i=0;i<8;i++) { if(dt&0*80){sdin1;} else{sdin0;} dt=dt<<1; sclk0; sclk1; } dc1; sce1; sdin1;}/*LCD_init:3310LCD初始化*/voidLCD_init(void){ res0; delay_ms(1); res1; LCD_write_byte(0*21,0);//初始化Lcd,功能设定使用扩大指令 LCD_write_byte(0*d0,0);//设定液晶偏置电压 LCD_write_byte(0*20,0);//使用根本指令 LCD_write_byte(0*0C,0);//设定显示模式，正常显示}/*LCD_set_*Y:设置LCD坐标函数输入参数：*：0－83Y：0－5*/voidLCD_set_*Y(unsignedchar*,unsignedcharY){ LCD_write_byte(0*40|Y,0);//column LCD_write_byte(0*80|*,0);//row}/*LCD_clear:LCD清屏函数*/voidLCD_clear(void){ unsignedchart; unsignedchark; LCD_set_*Y(0,0); for(t=0;t<6;t++) { for(k=0;k<84;k++) { LCD_write_byte(0*00,1); } }}/*LCD_write_zimu:显示8〔宽〕*16〔高〕点阵列数字字母符号等半角类输入参数：c：显示的字符；*/voidLCD_write_zimu(unsignedcharrow,unsignedcharpage,unsignedcharc)//row:列page:页dd:字符{ unsignedchari; LCD_set_*Y(row*6,page);//列，页 for(i=0;i<6;i++) { LCD_write_byte(zimu[c*12+i],1); }LCD_set_*Y(row*6,page+1);//列，页 for(i=6;i<12;i++) { LCD_write_byte(zimu[c*12+i],1); } }/*LCD_write_shuzi:显示8〔宽〕*16〔高〕点阵列数字字母符号等半角类输入参数：c：显示的字符；*/voidLCD_write_shuzi(unsignedcharrow,unsignedcharpage,unsignedcharc)//row:列page:页dd:字符{ unsignedchari; LCD_set_*Y(row*6,page);//列，页 for(i=0;i<6;i++) { LCD_write_byte(shuzi[c*12+i],1); }LCD_set_*Y(row*6,page+1);//列，页 for(i=6;i<12;i++) { LCD_write_byte(shuzi[c*12+i],1); } }/*LCD_write_hanzi:显示12〔宽〕*16〔高〕点阵列汉字等半角类输入参数：c：显示的字符；*/voidLCD_write_hanzi(unsignedcharrow,unsignedcharpage,unsignedcharc)//row:列page:页dd:字符{ unsignedchari; LCD_set_*Y(row*6,page);//列，页 for(i=0;i<12;i++) { LCD_write_byte(hanzi[c*24+i],1); }LCD_set_*Y(row*6,page+1);//列，页 for(i=12;i<24;i++) { LCD_write_byte(hanzi[c*24+i],1); } }/*LCD_display_firm显示固定框架*/voidLCD_display_firm(){ LCD_write_hanzi(0,0,0);//自 LCD_write_hanzi(2,0,1);//动 LCD_write_hanzi(4,0,2);//化 LCD_write_hanzi(6,0,3);//测LCD_write_hanzi(8,0,4);//倾LCD_write_hanzi(10,0,5);//角 /*LCD_write_zimu(0,2,5);//SLCD_write_zimu(1,2,6);//eLCD_write_zimu(2,2,7);//tLCD_write_zimu(3,2,0);//:LCD_write_zimu(10,2,1);//mLCD_write_zimu(11,2,2);//gLCD_write_zimu(12,2,3);///LCD_write_zimu(13,2,4);//L*/LCD_write_zimu(0,4,8);//TLCD_write_zimu(1,4,6);//eLCD_write_zimu(2,4,9);//sLCD_write_zimu(3,4,7);//tLCD_write_zimu(4,4,0);//:LCD_write_zimu(10,4,1);//mLCD_write_zimu(11,4,2);//gLCD_write_zimu(12,4,3);///LCD_write_zimu(13,4,4);//L}voidLCD_display_start(){ LCD_write_hanzi(2,0,6);//康 LCD_write_hanzi(4,0,7);//召 LCD_write_hanzi(6,0,8);//倒LCD_write_hanzi(8,0,9);//计LCD_write_hanzi(1,3,10);//时LCD_write_zimu(7,3,0);//：LCD_write_hanzi(12,3,11);//秒}/*LCD_display_default0显示固定框架*//*voidLCD_display_default0(void){LCD_write_shuzi(5,2,0);LCD_write_shuzi(6,2,0);LCD_write_zimu(7,2,10);LCD_write_shuzi(8,2,0);LCD_write_shuzi(9,2,0);LCD_write_shuzi(5,4,0);LCD_write_shuzi(6,4,0);LCD_write_zimu(7,4,10);LCD_write_shuzi(8,4,0);LCD_write_shuzi(9,4,0);}*/Main.c程序如下：#include"msp430g2553.h"#include"5110.h"#definekeyin(P1IN&0*0f)unsignedcharnumber[4],value[4];floatsetNum;unsignedintstatus;unsignedchartemp;unsignedintshift;//,enter;unsignedcharj;intm,ave,t,jiaosudu_out;unsignedintAD_Result;floatl*;inta,b,c,d,L*;voidPORT_init(){P1DIR|=BIT7;//6+BIT7;//p1.6p1.7driverledfortestP1DIR&=~BIT0+~BIT1