MSP43O电子时钟报告

论文题目：基于MSP430单片机电子时钟系统设计

任务与要求：本系统采用C语言编写，实现功能包括：液晶1602显示，时钟显示24小时制，时分秒可调节，具有模式选择功能，温度显示为附加上的。

班级：电子1241班

姓名： 阎  磊   0930*******24

何宏伟 0930********

郭园园 0930*******03

所属系部：电气工程系

摘要：MSP430系列是一个特别强调低功耗性能的单片机品种。对于初学都来说，MSP430F149比较典型，MSP430F149芯片是美国TI公司推出的超低功耗微处理器，有60KB+256字节FLASH，2KBRAM，包括基本时钟模块、看门狗定时器、带3个捕获／比较寄存器和PWM输出的16位定时器、带7个捕获／比较寄存器和PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4个8位并行端口、模拟比较器、12位A／D转换器、2个串行通信接口等模块。

关键字：MSP430F149、DS1302时钟芯片、DS18B20温度传感器

              前言

随着电子计算机信息技术的不断发展和完善，采用单片机实现的时钟、温度控制的应用越来越多。且采用单片机实现的时钟、温度监控系统具有自动化和无人值守等特点，使得它们在许多应用场合得到了广泛的应用。本文介绍的时钟、温度设计具有一定的通用性，它采用DS1302和DS18B20两种传感器芯片，简化了模拟采集的设计，从而减小设计的复杂性，增加系统的可靠性，也同时减小了电子线路的面积。显示模块主要是由液晶1602动态显示，便于实时观察，并且通过按键实现模式选择功能。

该系统充分体现了智能化、低功耗、高精度的发展趋势。重点在于传感器的应用在低功耗的硬件电路设计上。单片机芯片配以必要的外部器件，一般包括电源供入及电源开关、复位电路、晶振、输入输出电路等就能构成最小系统。

本设计为初次设计难免会存在一些技术上的问题，希望读者在阅读过程中对存在的问题能够及时给予批评指正。

编于2011年12月

一、系统总体设计

系统以单片机MSP430F149为核心。本系统的功能设计目标应该包括以下几个方面：键盘输入模块、传感器采集模块、显示模块、时钟模块、CPU处理模块和电源供电及复位模块等。下面详细介绍一下各单元的硬件电路和实现的功能。  其硬件框图如图1所示。

MSP430F149的特点：MSP430F149芯片是美国TI公司推出的超低功耗微处理器，有60KB+256字节FLASH，2KBRAM，包括基本时钟模块、看门狗定时器、带3个捕获／比较寄存器和PWM输出的16位定时器、带7个捕获／比较寄存器和PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4个8位并行端口、模拟比较器、12位A／D转换器、2个串行通信接口等模块。MSP430F149芯片具有如下特点：

    1)功耗低：电压2．2V、时钟频率1MHz时，活动模式为200μA；关闭模式时仅为0．1A，且具有5种节能工作方式。

    2)高效16位RISC-CPU，27条指令，8MHz时钟频率时，指令周期时间为125ns，绝大多数指令在一个时钟周期完成；32kHz时钟频率时，16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片机20MHz时钟频率时的执行速度。

    3)低电压供电、宽工作电压范围：1．8～3．6V；

    4)灵活的时钟系统：两个外部时钟和一个内部时钟；

    5)低时钟频率可实现高速通信；

    6)具有串行在线编程能力；

    7)强大的中断功能；

    8)唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需6μs；

    9)ESD保护，抗干扰力强；

    10)运行环境温度范围为-40～+85℃，适合于工业环境。

    MSP430系列单片机的所有外围模块的控制都是通过特殊寄存器来实现的，故其程序的编写相对简单。编程开发时通过专用的编程器，可以选择汇编或C语言编程，IAR公司为MSP430系列的单片机开发了专用的C430语言，可以通过WORKBENCH和C-SPY直接编译调试，使用灵活简单。

二、硬件设计

2.1电源电路

本系统需要使用+5V和+3．3V的直流稳压电源，其中MSP430Fl49及部分外围器件需要+3．3V电源，另外部分需要+5V电源。在本系统中，以+5V直流电压为输入电压，+3．3V由+5V直接线性降压。电源电路原理如图2所示。

图2

2．2晶振电路

MSP430系列单片机时钟模块包括数控振荡器(DCO)、高速晶体振荡器和低速晶体振荡器等3个时钟源。这是为了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾，通过设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式，才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求，如低频通信、LCD显示、定时器、计数器等。数字控制振荡器DCO已经集成在MSP430内部，在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶体振荡器两部分电路。

    低速晶体振荡器(LFXTl)满足了低功耗及使用32．768kHz晶振的要求。LFXTl振荡器默认工作在低频模式，即32．768kHz，也可以通过外接450kHz～8MHz的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式，在本电路中我们使用低频模式，晶振外接2个22pF的电容经过XIN和XOUT连接到MCU。

    高速晶振也称为第二振荡器XT2，它为MSP430F149工作在高频模式时提供时钟，XT2最高可达8MHz。在系统中XT2采用4MHz的晶体，XT2外接2个22pF的电容经过XT2IN和XT2OUT连接到MCU，原理如图3所示。

2．3 复位电路原理图

    手动复位是最小系统常用的功能，本系统采用手动复位，原理如图4所示。

图4

2．4 通讯接口电路

          通信接口担负与外围的串行主机数据交换和支持打印等任务。本开发板采用BSL下载，使PL 2303作为驱动，应用PL2303的典型电路进行下载，同时它也是一款USB转串口的芯片，外围电路简单，完全兼容USB1.1协议，可调节的3~5V输出电压，支持默认的ROM和外部EEPROM存储设备配置信息，具有I2C总线待，28脚SOP封装。典型应用电路见下图5：

                        图5

2．5时钟显示电路

本设计采用DS1302时钟芯片，显示部分用液晶1602进行显示，同时用按键等待控制，方便对时间进行调整。下面是部分电路，图6

三、软件设计流程

MSP430初始化

四、调试过程中存在的问题

1．液晶1602无光栅

解决方法：先试着左右拧几圈，看下对比度，若不行，就顺拧到度，看下对比度，若不行就逆时针拧到底，真到液晶屏上出现清晰两行光栅为止。

五．心得体会

本次课程设计采用MSP430F149单片机，是51单片机的升级版，此款单片机功耗低，速度快，I/O数据接口丰富，适合于单片机中级爱好者。

本次课程我们选择电子时钟做课题，采用液晶1602显示，硬件设计分为两部分，一部分采用现成的430最小系统板，另一部分采用时钟按键等外围电路构成，期间我们也遇到了一些问题，比如说液晶1602插上后无光栅，对比度调节电位器引脚焊接错误等，最后在我们细心，一步一步的检查下，终于及时发现错误，并改下，以规定的时间完全任务。

此次课程设计让我们不仅学到了很多专业方面的知识，同时也加强了我们的动手实践能力，体会到团队精神的重要性，相信在以后的工作生活一定会做得更好。