基于MSP430F449单片机的数据通信与显示系统设计.docVIP

基于MSP430F449单片机的数据通信与显示系统设计 　　摘 要：MSP430?纹?机是TI公司于1996年推向市场的一款超低功耗16位微控制器，其最显著的特点是超低的功耗以及丰富的片上外设资源，方便高效的开发环境可应用于模拟信号的采集传感系统。文中设计了一种基于MSP430F449型单片机的数据通信显示系统，通过PC机和液晶显示屏实验验证了无线数据通信功能。最后展望了MSP430系列单片机在电力系统中广阔的应用前景。 　　关键词：单片机；低功耗；无线传输；液晶显示 　　中图分类号：TN926+.23；TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）01-00-03 　　0 引 言 　　MSP430单片机是TI（Texas Instruments）公司于1996年推向市场的一款超低功耗16位MCU（Micro-Controller Unit），采用高效精简指令集系统，存储空间统一编址，其最显著的特点是超低的功耗以及丰富的片上外设资源。本文设计并验证了一种基于MSP430F449型单片机最小系统的数据通信显示系统，采用ZigBee模块进行数据通信，采用12864LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示接收到的数据，该设计系统可采用电池作为供电电源，具有功耗低、体积小等特点，可满足便携式需要。最后展望了MSP430系列单片机广阔的应用前景。 　　1 硬件设计 　　1.1 系统组成 　　设计的通信显示系统可用于电气测量系统，通过传感器、信号放大滤波电路、AD转换电路，将有效电信息转换为数字信号后，通过ZigBee模块无线发送至本显示系统。通信显示系统包括ZigBee无线串口发送接收模块、MSP430F449主控模块及12864点阵式液晶显示模块三部分。电路可由电源接口供电，亦可采用两节电池供电，方便携带，由于MSP430F449芯片供电电压为3.3 V，因此需增加电源芯片进行电平转换。 　　图1所示为系统组成框图，信号发送与接收之间的距离根据选用的ZigBee模块而有所不同，例如本文采用的ZigBee模块的无线收发距离为1.6 km。 　　1.2 微控制器 　　微控制器（MCU）在早期称为单片微型计算机，随着应用的深入以及单片机自身不断的进步，片上外设资源日趋丰富。世界上最大的模拟电路技术部件制造商德州仪器（Texas Instruments，TI）在1996年推出了一款超低功耗16位微控制器MSP430，该微控制器不仅具有超低功耗、成本低廉等特点，还具有灵活的开发环境。 　　MSP4xx系列属于LCD Flash或ROM系列，有着十分方便的开发调试环境，器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的Flash存储器。待机唤醒时间小于6 s，是低功耗测量和医疗应用的理想选择。 　　考虑到本设计可应用于低功耗测量、便携显示设备，故选择MSP430F449作为主控芯片。MSP430F449集成了频率锁相环（Fuzzy Logical Control，FLL+）时钟系统，通过低频时钟、可选的高频时钟以及片内数字控制RC振荡器作为输入，可产生4种时钟信号，程序员通过软件选择控制时钟频率，从而实现最优的系统低功耗，449具有5种低功耗模式，通过程序状态寄存器四位的组合操作可选择任意模式。 　　1.3 通信方式 　　ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据该协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等特点。主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。 　　本文选择DTK深圳中鼎泰克电子公司生产的UART串口转无线模块DRF1605H用于数据无线传输，该无线模块已内置ZigBee协议，可实现数据的透明传输。 　　ZigBee模块有两种类型的节点――Coordinator（主节点）及Router（从节点），每个ZigBee网络由一个主节点及N个从节点构成，同一个ZigBee网络内的节点采用相同网络ID，使用该公司的ZigBee模块配置软件即可成功将ZigBee模块组网，组网后的ZigBee模块即使掉电后重新上电也不会丢失参数。主从节点之间的数据是自动发送的，将波特率设置为38 400 b/s，即可像串口线一样使用该无线模块。图2所示为MSP430F449与ZigBee模块的硬件连线简图，仅需四根线即可实现无线接收模块与单片机的通信。 　　1.4 显示 　　在所有MSP430X44X系列单片机中，都有一个外围LCD控制器，可以自动产生交流段信号和公共信号，具有20字节的显示缓存，可以驱动段式液晶。但考虑到本设计需要多行显示汉字及字母甚至图像，用单片机控制12864BG点阵式液