基于MSP430的自行车记录器毕业设计论文.docx
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基于MSP430的自行车记录器毕业设计论文
毕业设计(论文)
题目:
基于MSP430的自行车记录器
毕业设计(论文)诚信声明书
本人声明:
本人所提交的毕业论文《基于MSP430的自行车记录器》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果,论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注;对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
论文作者:
(签字)时间:
2012年6月15日
指导教师已阅:
(签字)时间:
2012年6月15日
西安邮电大学
毕业设计(论文)任务书
学生姓名
指导教师
职称
讲师
院(系)
通信与信息工程学院
专业
电子信息科学与技术
题目
基于MSP430的自行车记录器
任务与要求
1、学习MSP430单片机的基本知识
2、实践MSP430单片机的基本功能
3、建立自行车记录器的方案
4、编写程序实现方案
开始日期
2012年1月2日
完成日期
2012年6月15日
院长(签字)
2012
年
1
月
6
日
西安邮电大学
毕业设计(论文)工作计划
2012年月日
学生姓名______指导教师____职称__讲师___
院(系)_通信与信息工程学院___专业_电子信息科学与技术
题目_基于MSP430的自行车记录器
_______________________________________________________
工作进程
起止时间
工作内容
12月29日至1月6日调研实现利用单片机实现行车记录的现状,查阅相关资料。
1月9日至2月2日学习MSP430单片机的相关知识。
3月5日至3月16日做MSP430单片机实验板小实验。
3月19日至4月27日编写数据记录、显示程序。
4月30日至5月18日撰写论文,完成论文初稿。
5月21日至5月25日完善并修改毕业论文。
5月28日至6月1日准备答辩。
主要参考书目(资料)
主要参考书目(资料)
1.谢楷、赵健.MSP430系列单片机系统工程设计与实践[M].北京:
机械工业出版社.2009.7.
主要仪器设备及材料
1.计算机一台
1.MSP430实验板一块
2.传感器若干
论文(设计)过程中教师的指导安排
每周指导一次,主要解答学生问题,指导研究进度,并检查阅读资料笔记和仿真程序。
对计划的说明
本计划为开题之初所定,后续会根据具体情况随时调整,最终一定按毕业设计规定结束日期完成。
西安邮电大学
毕业设计(论文)开题报告
通信与信息工程学院院(系)电子信息科学与技术
专业08级03班
课题名称:
基于MSP430的自行车记录器
学生姓名:
学号:
指导教师:
报告日期:
2012年2月28日
1.本课题所涉及的问题及应用现状综述
本课题所涉及的问题:
1.电动自行车的记录器目前的现状;
2.MSP430系列的单片机在此课题的研究方面应用的优势,以及光电传感器的简单介绍;
3.怎么样将MSP430系列的单片机应用到自行车的记录器当中。
电动车记录器目前的现状综述:
随着人们的生活水平不断提高,自行车不再只是普通的运输、代步的工具,而已经成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选了。
目前的自行车本课题设计具有的功能已经不能满足人们的需求了,本课题所设计的自行车记录器就很好的解决了这个问题,它能让人们很清楚地了解到当前行驶的速度、里程、行车温度、平均速度、时钟、日期等物理量。
从环保和经济条件许可等因素来看,自行车目前乃至以后都有着广阔的发展空间。
目前市面上已经有的电动自行车速度表和里程表都是机械的,看起来既不直观也不方便。
如果能用LCD直接显示行驶的里程数、速度以及温度等值,就可以很高效,很直观的为用户提供方便,比如解决途中的突发状况等问题。
MSP430系列单片机的简单介绍:
本课题研究的就是速度与里程表设计以MSP430单片机与干簧管为核心。
干簧管将车轮转过的圈数转化成脉冲信号输入到单片机进行控制与计算,再采用LCD显示模块进行显示,使得电动自行车的里程,速度以及其他各物理量数据能直观的显示给使用者。
美国德州仪器公司推出的MSP430系列超低功耗16位混合信号处理器,集多种领先技术于一体,以16位RISI处理器、超低功耗、高性能模拟技术及丰富的片内外设、JTAG仿真调试定义了新一轮单片机的概念,产品线也非常完整,给人耳目一新的感觉。
MSP430系列单片机是一个16位的单片机,采用了精简指令集(RISC)结构,MSP430系列单片机能在25MHz晶体的驱动下,实现40ns的指令周期,在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处,有超低的功耗。
MSP430系列单片机具有超低功耗,运算性能大,开发工具方便等优点。
凭借其卓越的性能和较高的性价比的特点,使其在许多领域得到了日趋广泛的应用,比如可以广泛用于各种智能控制仪表,智能检测控制仪器的开发等。
简单的一个总体思路:
通过利用单片机MSP430开发板,设计必要的软硬件,获取干簧管部分产生的信号来确定速度及路程等相关数据,从而实现自行车实时快捷的把相关数据反馈给使用者。
具体是将干簧管输入到单片机的脉冲信号的频率实时的测量出来,考虑到信号的衰减,干扰等因素,在信号送入单片机前应对其进行放大整形,然后通过单片机计算出速度和里程,再将所得数据存储到串口数据存储器。
2.本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析
本课题首先要解决的任务是进行方案论证,包括硬件方案和软件方案的设计;继而具体介绍了自行车的速度里程表的硬件设计,包括传感器的选择、单片机的选择、显示电路的设计;然后阐述了该自行车的速度里程表的软件设计,包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计;最后针对仿真过程遇到的问题进行了具体说明与分析,对本次设计进行了系统的总结。
具体的硬件电路包括MSP430单片机的外围电路以及LCD显示电路等。
具体实现预期目标的步骤如下
4、学习MSP430单片机的基本知识
5、实践MSP430单片机的基本功能
6、建立自行车记录器的方案
4、编写程序实现方案
3.完成本课题的工作方案
12月29日至1月6日调研实现利用单片机实现行车记录的现状,查阅相关资料。
1月9日至2月2日学习MSP430单片机的相关知识。
3月5日至3月16日做MSP430单片机实验板小实验。
3月19日至4月27日编写数据记录、显示程序。
4月30日至5月18日撰写论文,完成论文初稿。
5月21日至5月25日完善并修改毕业论文。
5月28日至6月1日准备答辩。
4.指导教师审阅意见
指导教师(签字):
2012年3月4日
说明:
本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计)正式开始的第1周周五之前独立撰写完成,并交指导教师审阅。
西安邮电大学毕业设计(论文)成绩评定表
学生姓名
性别
女
学号
专业班级
课题名称
基于MSP430的自行车记录器
课题
类型
软硬件设计
难度
一般
毕业设计(论文)时间
2012年 1月 2日~ 6月 15日
指导教师
(职称讲师)
课题任务
完成情况
论文(千字);设计、计算说明书(千字);图纸(张);
其它(含附件):
指导教师意见
分项得分:
开题调研论证分;课题质量(论文内容)分;创新分;
论文撰写(规范)分;学习态度分;外文翻译分
指导教师审阅成绩:
指导教师(签字):
2012 年 月 日
评
阅
教
师
意见
分项得分:
选题分;开题调研论证分;课题质量(论文内容)分;创新分;
论文撰写(规范)分;外文翻译分
评阅成绩:
评阅教师(签字):
2012年 月 日
验
收
小
组
意
见
分项得分:
准备情况分;毕业设计(论文)质量分;(操作)回答问题分
验收成绩:
验收教师(组长)(签字):
2012 年 月 日
答
辩
小组
意
见
分项得分:
准备情况分;陈述情况分;回答问题分;仪表分
答辩成绩:
答辩小组组长(签字):
2012年月日
成绩计算方法
(填写本系实用比例)
指导教师成绩20(%)评阅成绩30(%)验收成绩30(%)答辩成绩20(%)
学生实得成绩(百分制)
指导教师成绩评阅成绩验收成绩
答辩成绩总评
答
辩
委
员
会
意
见
毕业论文(设计)总评成绩(等级):
院(系)答辩委员会主任(签字):
院(系)(签章)
2012年6月15日
备
注
西安邮电大学毕业论文(设计)成绩评定表(续表)
摘要
本论文主要阐述一种基于MSP430的自行车记录器的设计。
本作品给出了以干簧管为测量前端以MSP430单片机为核心的自行车记录器的设计方案。
通过安装在车轮支架上的干簧管外部电路来感应车轮转过的圈数,由MSP430单片机测出车轮转过每圈所需的时间及圈数,采用MSP430系列中FE425所特有的液晶(LCD)控制器直接驱动段码显示模块实时的显示所测得的速度、里程、时钟、日期、温度等的自行车记录器的设计方案。
在软件设计之初就要充分考虑低功耗这一特点,从而在测量,计算,显示等各方面降低功耗,这样预计一颗纽扣电池可使用五年以上。
该方案由于使用了产生开关量干簧管、低功耗的液晶(LCD)显示模块、以及高效快捷的算法,因而可在节约系统资源和尽可能简化硬件及程序设计的基础上实现系统的超低功耗特点,同时又不失测量的精度和系统的实时性。
本作品可以说是一款功能实用、操作方便且功耗极低的民用产品。
更适合于自行车户外运动爱好者使用。
关键词:
MSP430单片机干簧管LCD液晶显示里程速度温度时钟
ABSTRACT
ThisthesismainlyelaboratedonebasedonthedesignofthebicycleMSP430recorder.ThisworkisgivenbasedondryreedpipeformeasuringfronttoMSP430microcontrollerasthecoreofthebicyclerecorderdesignscheme.Throughtheinstallationwasatthewheelonthesupportdryreedpipeanexternalcircuittosensethewheelturnedthelap,measuredbyMSP430microcontrollerwheelturnedeachlapthetimeneededandlaps,usingMSP430FE425inpeculiarLCD(LCD)controllerdirectdrivingbitcodedisplaymodulereal-timedisplaymeasuredspeed,mileage,clock,date,temperature,thedesignschemeofthebicyclerecorder.Atthebeginningofdesignsoftwarewillfullyconsiderlowpowerconsumptionthisonecharacteristic,thusinthemeasurement,calculation,displayandsoonvariousaspectsreducepowerconsumption,suchabuttonisexpectedtousethebatterycanbefiveyearsormore.Theschemebyusingproducereedpipeswitchquantity,lowpowerdissipationofliquidcrystaldisplay(LCD)module,andhighlyeffectivequickalgorithm,sothesystemresourcesandsaveasmuchaspossibleinthesimplifiedthehardwareandprogramdesignsystembasedonthecharacteristicsoflowpowerconsumption,anddonotbreakagaintheaccuracyofmeasurementandthesystemrealtime.Thisworkcansayisapracticalfunction,andconvenientoperation,thepowerconsumptionandlowcivilproducts.Moresuitableforbicycleoutdoorsportsloversuse
Keywords:
MSP430microcontrollerDryreedpipeLCDdisplayMileagespeedtemperatureclock
引言
从环保和经济条件许可等因素来看,电动自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。
随着居民生活水平的不断提高,自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具,而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。
自行车的速度里程表的出现能够满足人们对健康运动的需求,让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。
本文详细介绍了MSP430单片机与干簧管结合的自行车记录器的设计,该设计能实时地将所测的瞬时速度、行车温度、累计里程数、单次历程、平均速度、时钟、日期显示出来,主要是利用了干簧管的磁效应----当有磁铁靠近时,干簧管闭合;无磁铁靠近时干簧管断开。
这种交替的开闭结合单片机IO口就形成了脉冲输入,而脉冲波的频率正好与车轮的转速吻合,通过实时测量脉冲波的频率通过计算就可以得出行车速度;通过统计脉冲输入的数量,加之单片机的计算则可以算出总里程。
经过必要的存储后,再将数据送入LCD显存对应的RAM缓冲区即可完成实时显示。
考虑到MSP430每个IO口已经自带了迟滞比较器,故前端硬件可以直接连入单片机IO口,而没有必要在进行波形整形。
考虑到行车环境对用户的安全等方面的影响以及用户行车时极可能的需求,结合MSP430内部的测温电路和AD采样电路,完成对行车环境的温度测量,并作为一个较前端的显示结果出项,使用户能对自己的身体状况和行车环境综合考虑,防止夏天可能出现的中暑现象。
同时,通过单片机对瞬时速度的实时检测,对车速设置上限,一旦车速超限,将利用单片机IO口点亮一个LED彩灯,以提醒用户注意安全。
设计时,应综合考虑测速精度和系统反应时间。
本设计用测量脉冲频率来计算速度,因而具有较高的测速精度。
在计算里程时取了自行车的理想状态,实际中,误差控制在几米之内,相对于整个里程来说不是很大。
为了保证系统的实时性,系统的速度转换模块和显示数据转BCD码模块都采用中断完成。
另外,还应尽量保证其他子模块在编程时的通用性和高效性。
本设计的速度采用四位显示包含两位小数(km/h),里程值采用7位半显示,并包含三位小数位(km)。
第一章MSP430系列单片机概述
1.1 MSP430单片机的介绍
1.1.1 MSP430单片机的概述
MSP430单片机是美国的TI(德州仪器)公司在1996年推出的一款16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(MixedSignalProcessor)。
它将许多模拟电路的外设(如ADC、DAC、模拟比较器等)和常用数字模块(如SCI、看门狗、PWM、CAP、定时/计时器等)集成在芯片的内部,以提供“单片”解决方案。
通常对于一般实际应用的单芯片便可以完全满足要求,这样可以降低外围控制电路的复杂性,能有效节约PCB空间,同时也能降低设计的成本,提高系统的可靠性。
该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中[1]。
1.1.2 MSP430单片机的特点
MSP430是属于一种超低功耗的微控制器系列单片机,可使电池更耐用更持久。
MSP430系列的多种型号是由各种不同的应用模块组合而成。
这一系列所具有的常数发生器和16位的体系结构以及16位的CPU集成寄存器,可使MSP430实现代码效率的最大化。
数字控制振荡器使所有低功耗模式的唤醒到运行模式的唤醒的时间小于6μs。
MSP430单片机的主要特点如下:
✧超低功耗;
✧强大的处理能力,单周期指令周期,并且自带硬件乘法器;
✧高性能模拟技术及丰富的片上外围模块;
✧高稳定性,工业级产品;
✧方便、高效的集成开发环境;
✧温度适应范围宽,抗干扰能力强;
✧小巧灵活,性价比高。
1.1.3 MSP430单片机的主要应用
(1)工业控制
单片机的结构特点决定了它特别适用于各种控制系统。
它既可作为单级控制器,又可作为多级控制的前沿处理机用于控制系统,应用领域相当广泛。
例如:
可应用于各种机床控制、电机控制、工业机器人、各种生产线、各种过程控制及各种检测系统等;在军事工业中,可应用于导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装置、航天导航系统等;在汽车工业中,可应用于如点火控制、变速器控制、防滑刹车、排气控制等。
(2)智能化仪器仪表
单片机用于包括温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、
长度、硬度、元素等测定的各类仪器仪表中,使它们实现数字化、智能化、微型化,功能大大提高。
(3)日常生活中的电器产品
单片机可用于电子秤、录像机、录音机、彩电、洗衣机、高级电子玩具、冰
箱、照相机、家用多功能报警器等。
(4)计算机网络与通信
单片机可用BITBUS、CAN、以太网等构成分布式网络系统,还可用于调
制解调器、各种智能通信设备(如小型背负式通信机、列车无线通信等)、无线遥控系统等。
(5)计算机外部设备
单片机可用于温氏硬盘驱动器、微型打印机、图形终端、CRT显示器等。
1.1.4 MSP430单片机的发展
MSP单片机系列是具有精简指令集的、超低功耗的16位混合型单片机,从其发展过程,可以看出有一下三个阶段。
(1)开始阶段
从1996年推出MSP430系列开始到2000年初,这个阶段首先推出33X、32X和31X等几个系列,这几个系列具有LCD驱动模块,对提高系统的集成度较有利。
而后于2000年初又推出了11X和11X1系列。
这个系列采用20脚封装,内存容量小,片上功能和I/O引脚数比较少,但是价格较低。
(2)需找突破,引入Flash技术
随着Flash技术的迅速发展,TI公司也将这一技术引入到MSP430系列中,并于2000年7月份推出F13X和F14X系列,随后又推出了F41X、F43X和F44X系列。
2001年TI公司又公布了BOOTSTRAP LOADER技术,利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。
这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。
BOOTSTRAP具有很高的保密性,口令可达到32个字节的长度。
(3)蓬勃发展阶段
在其发展的前一阶段所引进的新技术和对其进行的内部调整,为MSP430的功能拓展打下了良好的基础。
所以TI公司在2002年底和2003年期间陆续推出了F15x和F16x系列产品。
对于这一才发展起来的新的系列,可以说有了两个方面的突破。
一是从存储器方面来说,RAM将容量大大增加,如F1611的RAM容量增加到了10KB。
二是从外围模块来说,增加了I2C、DMA、DAC12和SVS等模块。
1.1.5 MSP430单片机介绍
MSP430系列单片机主要包含一下功能部件:
(1)CPU
MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同,只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。
MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的,使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。
这样可以提高指令执行速度和效率,增强了MSP430的实时处理能力。
(2)存储器
对于程序、数据以及外围模块的运行控制信息的存储,有程序存储器和数据存储器。
对程序存储器访问总是以字节形式取得代码,而对于数据来说可以用字(16位)或字节方式访问。
其中,MSP430各系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。
(3)外围模块
经过MAB(存储器地址总线)、MDB(存储器数据总线)、中断服务及请求线与CPU相连。
MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。
它们分别是一下一些外围模块的组合:
时钟模块、看门狗、定器B、比较器A、通用同步/异步串口0/1、硬件乘法器、液晶驱动器、模/数转换、数/模转换、端口、基本定时器及DMA控制器等。
1.1.6 MSP430单片机的选型
应用MSP430单片机构建应用系统时,进行系统设计须考虑选型的问题。
为了得到最容易实现设计目标且性价比高的机型,MSP430单片机选型基本时器A、定时
遵循以下规则。
在芯片的选型上,主要需考虑一下几个方面:
(1)系统功耗资源要求;
(2)芯片功耗要求(考虑引脚、体积);
(3)系统存储器容量要求。
1.1.7 MSP430内部结构介绍及管脚介绍
图1-1 内部结构图
图1-2 FE425管脚图
1.1.8 MSP430的中断
中断结构:
中断是MSP430微处理器的一大特色。
有效的利用中断可以简化程序,并且提高执行效率和系统的稳定性。
几乎MSP430系列单片机的每个外围模块都能产生中断,为MSP430针对事件进行的编程打下基础。
MSP430在没有事件发生时进入低功耗模式,事件发生时通过中断唤醒CPU,事件处理完毕后CPU再次进入低功耗状态。
由于CPU的运算速度和退出低功耗的速度很快,所以在应用中,CPU大部分时间都主语低功耗状态,使得系统的整体功耗极大地降低。
MSP430的中断分为3种:
系统复位中断、不可屏蔽中断和可屏蔽中断。
1.1.9 MSP430的工作方式
CPU内状态寄存器SR中的SCG1、SCG2、OscOff和CPUOff位是重要的低功耗控制位。
只要任意中断被响应,上述控制位就被压入堆栈保存,中断处理之后,又可以恢复先前的工作方式。
在中断
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