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基于MSP430G2211實現的家用窗簾自動開關控制器(朱曉香).doc

'基于MSP430G2211實現的家用窗簾自動開關控制器(朱曉香).doc'
?MSP430G2系列Launchpad開發板應用實例作品基于MSP430G2211實現的家用窗簾自動開關控制器朱曉香美國儀器半導體技術(有限)公司電子科技大學MSP430單片機聯合實驗室2011年12月目 錄第一章 作品概述 3第一節 作品功能和單片機介紹 3第二節 設計方案 4第二章 硬件系統設計 4第一節 MSP430G2系列Launchpad開發板介紹 4第二節 傳感器介紹 6第三節 各單元電路的介紹 7第四節 系統原理圖及元器件清單 9第五節 PCB板設計注意事項 10第六節 硬件安裝調試注意事項及方法 10第三章 軟件系統設計 11第一節 程序總體狀態轉移圖 11第二節 子程序API介紹 11第三節 軟件程序的調試方法 14第四章 總結與思考 15第一章 作品概述第一節 作品功能和單片機介紹該作品的主要功能是:當外界光照度高于某一參考值時窗簾自動打開,低于該參考值是窗簾自動關閉。用線程的方法來控制電機的停轉,即在窗簾的頂部和底部分別安裝一個微動開關S1和S2,當窗簾正轉到頂部時,碰觸微動開關S1,在按鍵被按下時,在單片機P1.6口產生一個下降沿中斷,在中斷單片機向P1.2和P1.3口輸出低電平,則電機停止轉動;當窗簾反轉到底部時,碰觸微動開關S2,在按鍵被按下時,在單片機P1.4口產生一個下降沿中斷,在中斷單片機向P1.2和P1.3口輸出低電平電機停止轉動。所選用的芯片型號是TI公司的MSP430G2211。本作品選用MSP430G2211單片機,該單片機超低功耗,具有5種節電模式,1us便可從待機模式喚醒,并具有一個強大的16位RISC CPU、16位寄存器和常數發生器,有助于最大限度的發揮代碼效率。此單片機還具有豐富的時鐘源,包括LF、OSC和VLO。它可通過串行口系統編程,無需外部編程電壓,具有可編程的熔絲代碼保護,它具有Spy-Bi-Wire仿真邏輯接口。另外它還有10位IO口、8個比較器通道和16位的Timer_A定時器,帶2路捕獲和比較寄存器。此單片機的IO口和Timer_A定時器都具有強大的中斷能力。第二節 設計方案光敏傳感器G2211單片機電機控制電路圖1.1 系統組成結構框圖用光敏傳感器(具體為硅光電池)將外界的光照度轉換成電壓信號,并將該電壓信號經過一級跟隨器電路輸入到G2211模擬比較器的正輸入端,在硬件上的具體連接就是將27L2的7腳連接至單片機的P1.1口。并通過與負輸入端的部參考電壓作比較,使得比較模塊寄存器的CAOUT端置“1”或清零來控制單片機的P1.2和P1.3口輸出高低電平,進而控制電機的正反轉,實現窗簾的打開與關閉,在硬件上的具體連接就是將單片機的P1.2和P1.3口分別連接至電機驅動芯片L298n的12腳和10腳。利用按鍵S1和S2觸發I/O口中斷來控制電機轉到窗簾的頂部或是窗簾的底部停止轉動。直流電機連接至電機驅動芯片L298n的13腳和14腳。第二章 硬件系統設計第一節 MSP430G2系列Launchpad開發板介紹基于LaunchPad的MSP-EXP430G2低成本實驗板是一款適用于TI最新MSP430G2xx系列產品的完整開發解決方案。其基于USB的集成型仿真器可提供為全系列MSP430G2xx器件開發應用所必需的所有軟、硬件。LaunchPad具有集成的DIP目標插座,可支持多達20個引腳,從而使MSP430ValueLine器件能夠簡便地插入LaunchPad電路板中。此外,還可提供板上Flash仿真工具,以直接連接至PC輕松進行編程、調試和評估。LaunchPad實驗板還能夠對eZ430-RF2500T目標板、eZ430-Chronos手表模塊或eZ430-F2012T/F2013T目標板進行編程。此外,它還提供了從MSP430G2xx器件到主機PC或相連目標板的9600波特UART串行連接。其實物圖如圖2.1所示。圖2.1 MSP430G2系列Launchpad開發板實物圖MSP-EXP430G2采用IAR EmbeddedWorkbench集成開發環境(IDE)或CodeComposerStudio(CCS)編寫、下載和調試應用。調試器是非侵入式的,這使用戶能夠借助可用的硬件斷點和單步操作全速運行應用,而不耗用任何其他硬件資源。MSP-EXP430G2LaunchPad特性:? USB調試與編程接口無需驅動即可安裝使用,且具備高達9600波特的UART串行通信速度? 支持所有采用PDIP14或PDIP20封裝的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件? 分別連接至綠光和紅光LED的兩個通用數字I/O 引腳可提供視覺反饋? 兩個按鈕可實現用戶反饋和芯片復位? 器件引腳可通過插座引出,既可以方便的用于調試,也可用來添加定制的擴展板? 高質量的20引腳DIP插座,可輕松簡便地插入目標器件或將其移除圖2.1 MSP430G2211硬件資源框圖第二節 傳感器介紹這里介紹一下型號2DU5的硅光電池,之所以選擇它,原因有兩個:(1)在可見光圍,該器件能使光照度與其輸出電流有一個良好的線性關系,這樣我們就可通過一個運放將其轉換成電壓信號;(2)具有較好的靈敏度,當你用手去遮住光源或者光照度稍微有點變化時,運放的輸出電壓也隨之改變。圖2.2 硅光電池2DU5實物圖其實,只要是硅光電池就行,不同型號只是輸出電流(一般為微安或毫安)的大小不同,當然必須保證所選型號能感應你要控制的窗簾所處環境的光(比如,可見光)。由于該方案采用的是硬件校準,即通過調節運放反饋的電阻值的大小來調節輸入單片機模擬器正端的電壓值,所以當你所選的硅光電池輸出電流比較小時,可將反饋電阻調大來提高輸出電壓值,反之亦然。圖2.3為硅光電池2DU5參數信息。圖2.3 為硅光電池2DU5參數信息圖第三節 各單元電路的介紹第一部分:光電轉換電路圖2.4 光電轉換電路這里需要注意的是,在實際的電路實現中RP2,R6和RP1,R5只需任選一路即可,之所以這樣連是為了在畫板子時多一路備用,6和7腳連接構成一個電壓跟隨器,作用是將光電轉換電路與單片機隔離開來。最終的輸出電壓為硅光電池電流與所選一路電阻之積。第二部分:電源電路5V轉3.3V圖2.5 電源電路由于電機和運放(27L2)的供電電壓均選擇為12V,所以將交流電通過適配器直接轉換成了12V,而電機驅動芯片(L298n)的邏輯供電電壓Vss(9腳)最大值為7V,典型值為5V,而且使能高電平Ven(11腳)的取值大于2.3V小于Vss,故選擇5V給9腳和11腳供電,本方案用LM2940將12V轉化為5V,用GM1117將5V轉換為3.3V,給按鍵提供高電平接到單片機I/O口(其實也可以直接用單片的電源給按鍵供電)。第三部分:電機驅動電路圖2.6 電機驅動電路采用的是L298n芯片對電。省略部分。處于打開狀態時斷電了,等加電后且光照度低于參考值時,窗簾無法自動關閉,因為該方案在初試化時,默認窗簾是關閉的,可以采用給單片機強制加上高于參考值的光照度,這時就工作正常了,大家可以自己從軟件商來解決該問題(比如FLASH)。(2)該方案將模擬比較器輸出CAOUT位為“置1”或是“清零”的判斷放在了主循環中,實際上由于光照度不會突變沒有必要一直去判斷CAOUT位的值,這樣會造成能耗較大,可以編寫能耗更低的程序來實現此功能。(3)該方案一上電就開始工作,大家可以增加手動和自動功能的控制,只有在某一按鍵被按下時,系統才處于自動工作狀態。(4)由于窗簾所處的狀態可能不止該方案所列出的四種狀態,即電機正轉,電機反轉,窗簾處于打開,窗簾處于關閉,大家可以根據自己的要求增加狀態,進一步擴展功能。袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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