内容发布更新时间 : 2024/11/15 22:21:04星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
Key words: MSP430F149; The experimental system; Data transmission
1 绪论
1.1 课题背景
单片机技术的发展源于计算机产业的发展。在现代计算机技术领域中，形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。在单片机产生前，机电行业的自动化常常依赖于由复杂的电子线路组成的数控系统；或将通用计算机进行机械、电气加固后嵌入到控制对象中去，这样大型、高成本的系统难以被许多产品接受。单片机就是应嵌入式系统新的要求而出现的。
目前单片机技术已经渗透到人们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，程控玩具、电子宠物，导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械等等，这些都离不开单片机。对于自动化专业的学生，学好单片机原理，熟练掌握单片机应用知识有着重要的现实意义。而单片机教学及研发离不开实验，随着单片机技术的发展，传统的依赖于仿真机的单片机实验成本高且效率低，已不适应现代科技开发需求。本设计目的就是在传统实验板的基础上，开发功能较强的新型实验系统，即具有ISP在线仿真调试功能，使用EW软件即可直接仿真调试。
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1.2 设计原理
系统采用MSP430F149作为整个系统的MCU。并采用一个GSM模块作为传输数据的无线MODEM，TC35与单片机通过串口进行连接。利用单片机的另外一个片内串口实现一个与上位机进行通信的接口，从而实现整个系统的配置功能。在本系统中，使用单片机的A/D转换通道实现数据的采集。另外，考虑某些无人值守的应用场合，使用I/O端口去控制某些设备。系统原理框图如1所示。
串口模块 I 2C模块 A/D模块 图1 方案设计框图
MSP430F149 GSM模块 电源模块 1.3 单片机概述
MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。自1999年以来，利尔达单片机技术有限公司和美国德州仪器公司合作开展MSP430在中国的推广和销售。MSP430具有强大的处理能力和运行
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速度快，功耗超低，应用方便等优点。在多年来已在全球得到了广泛应用。如工业控制，智能化仪器仪表，无线采集，手持设备。在这方面应用体现较高性价比。MSP430主要用户需要对模拟信号进行数字控制的领域，当然，纯数字的系统绝对可以用的。另外他带有硬件乘法器在处理一些运算时速度也较快，这是16位的特点。有ADC部件的MSP430主要用于测量和控制系统，当然部分的通信系统也是可以。MSP430的独特性能和技术优点已经得到了单片机产品设计开发单位、电子工程技术人员和广大嵌入式系统爱好者的认可，并广泛的应用到各个行业各种产品中。MSP430一方面从单片机技术的发展历程和命名选型开始，逐步对MSP430的结构特点和内外功能模块等做详细的论述，内容涉及到MSP430的通用I/O模块、定时模块、I2C模块、A/D模块、比较器模块、电压检测模块、通用串口模块、夜晶显示模块、SCAN IF模块、存储器模块等MSP430的多种功能模块，另一方面又大量充实了各个部分原理设计内容。
2 系统硬件设计
2.1 电源模块设计
由于单片机的电压为3.3V,GSM模块的工作电压为3.6V,因此本系统需要提供3.3V和3.6V电压。 3.3V电源部分采用TI公司的TPS76033芯片来实现。3.3V电源电路如图2所示。
图2 3.3V电源电路图
为了使3.3V输出电源的纹波小，在输出部分用了一个2.2uf和0.1uf的电容，另外在芯片的输入管脚也放了一个0.1uf的滤波电容，减少输入端受的干扰。
对于TC35模块采用3.6V供电，由于该电源 部分的输出电流必须满足输出电流达到2A，在此采用NATIONAL公司的LP3966-ADJ芯片。该芯片的管脚2为shutdown管脚，在设计时必须通过 一个10KΩ的电阻拉高到5V，具体电路如图3所示。
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图3 3.6V电源电路图
为了使3.6V输出电源的纹波小，在输出部分用了一个68pF、33uF和0.1uF的电容，实现滤波。另外在芯片的的输入管脚也放置一个68uF和滤波电容，减少输入端受到的干扰，此外，本系统还需要复位电位，为了保证系统在上电进行初始化，同时也保证对电源的监控，需要采用复位芯片，电路如图4所示。
图4 复位电路图
2.2 串口模块设计
该系统实现串口电路（RS-232）主要是与上位机进行通信，实现单片机系统与上位机进行通信处理。由于单片机与上位机进行通信时接口电平不同，因此需要进行接口转换，这里采用通信SP3220来完成接口电平转换。电路如图5所示。
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图5 RS-232电路图
由图可以看出，通过一个上位电阻SHDN管脚拉高，使该芯片 一直处于工作状态，如果系统需要处于低功耗状态，也可以通过单片机来控制该管脚。工作时将该管脚设置为低电平，需要处于低功耗时将该管脚设置为高电平，这样很容易实现控制。在管脚C1+、C1-、C2+、C2-、V+和V-分别放置0.1uf的电容实现充电作用，满足相应充电泵的要求。管脚T1OUT、TIN、R1OUT和RIN分别是232转换的输入输出脚，实现单片机的TTL电平与上位机的接口电平转换。考滤到减小电源的干扰，还需要在芯
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片的电源输入管脚加一个0.1uf的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。
2.3 GSM模块接口设计
TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块，闪存、ZIF连接器、天线接口组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音编码。
TC35是一个完整的无线GSM模块，本身能完成独立的功能。外部通过40管脚的ZIF连接器对TC35模块进行控制。从而实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。为了方便硬件设计，下面对ZIF连接管脚进行介绍，如图6所示。
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图6 TC35的ZIF连接器管脚图
VBATT+:供电管脚。供电的电压在3.3V~5.5V之间，该管脚必须满足峰值电流为2A.当模块在充电的时候，该管脚还可以作为输出管脚，所有的VBATT+必须连接并行连接在一起。
GND：接地管脚
POWER：充电管脚。如果不用该管脚，可将该管脚悬空。
VDD：供电管脚。该管脚为外部应用提供电压。如果不用该管脚，可以悬空。 AKKU_TEMP：电池温度管脚。如果不用可以悬空。
IGT：启动管脚。该管脚用 来启动TC35模块进行工作。该管脚低电平有效。
DSRO：串口管脚。准备好数据设备。TC35控制该信号向DTE报告状态。
RINGO：呼叫指示管脚。该管脚用来指示应用有呼叫到来。
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