畢業(yè)設計 msp430搖搖棒

摘要

本設計以MSP430單片機為中央控制器，顯示棒搖動時顯示的字符或者圖形由LED燈顯示。LED燈成線狀排列，每個瞬間線陣只能顯示數字編碼后的文字或者圖形的一列，利用人眼的視覺暫留原理，將需要顯示的字符或者圖形分成64列，因此，通過單片機控制LED線陣以一較低頻率掃描顯示字符或者圖形的每一刻，擺動顯示棒時即可因視覺暫留看出顯示的字符或者圖形；左右擺動一次通過端口電平變化，調用相應的顯示子程序，字符切換通過外部中斷實現，該系統(tǒng)設計對程序設計的要求硬件電路要高。整套系統(tǒng)由中央控制模塊，LED顯示模塊，供電模塊等部分構成。

關鍵詞： MSP430單片機； LED燈；搖搖棒

Abstract

The design for the central controller www.7334dd.comSP430MCU時鐘系統(tǒng)能啟用和禁用各種不同的時鐘和振蕩器，從而使器件能夠進入不同的低功耗模式（LPM）。這種高度靈活的時鐘系統(tǒng)可確保僅在適當的時候啟用所需時鐘，從而能夠顯著優(yōu)化總體能耗。

子系統(tǒng)時鐘（SMCLK）—用于各個較快速外設模塊的源，可由內部DCO驅動（頻率最高達25MHZ），也可采用外部晶體驅動。

即時喚醒—MSP430MCU可通過LPM即時喚醒。這種超高速喚醒功能得益于MSP430MCU的內部數控振蕩器（DCO），其可實現高達25MHZ的源頻率，而且能在1US的時間內激活并實現穩(wěn)定工作。即時喚醒功能對超低功耗應用來說非常重要，因為其使微處理器能在極高效的突發(fā)任務中充分發(fā)揮CPU的作用，并能較長時間處于LPM模式。

零功耗掉電復位（BOR）—MSP430MCU BOR能夠在所有操作模式下始終保持啟用于工作狀態(tài)，這不僅能確保實現最可靠的性能，同時還可保持超低功耗運行。BOR電路可對欠壓情況進行檢測，并在提供或者斷開電源時對器件進行復位。該功能對電池供電的應用而言尤其重要。

高集成度

MSP430MCU擁有卓越的高集成度，能夠提供各種高性能模擬及數字外設。

智能外設

MSP430MCU的外設旨在確保時間最強大的功能性，并以業(yè)界最低功耗提供系統(tǒng)中斷，復位和總線判優(yōu)。許多外設都能自動工作，因為最大限度減少了CPU處于工作模式的時間。

高性能集成

超過200種MSP430器件都具備高性能集成優(yōu)勢，完美結合了USB，RF,LCD控制器以及16位△-∑ACD等。這種可擴展的產品系列使設計人員能夠為眾多低功耗應用選擇適當的MSP430器件。此外，MSP430MCU的高集成度還能支持物理尺寸較小的解決方案，進而最大限度降低整體物料成本。

輕松開展設計工作

MSP430MCU采用現代16位RISC架構以及簡單的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，因為擁有極佳的易用性。16位正交架構 ，MSP430MCU采用的16位架構可提供16個高度靈活的，可完全尋址的單周期操作16位CPU寄存器，以及RISC性能。該CPU的現代設計不僅簡潔，而且功能十分豐富，僅采用了27條簡單易懂的指令與7種統(tǒng)一尋址模式。

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圖3——2

本實驗所采用的單片機是MSP430F2131，MSP430F2131是超低功耗的混合信號控制器，集成了一個16位的定時器和14只I/O管腳。

低供電電壓 2.5 V - 5.5 V 超低功耗

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->低工作電流，1 MHz，3 V電壓下只有330 uA

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->兩種節(jié)電模式：

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->備用模式：1.5 uA

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->RAM 保持關斷模式：0.1 uA

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->從備用模式到正常工作最多需要 6 us

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->16位 RISC 體系結構，200 ns 指令循環(huán)周期

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->基本時鐘模式配置

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->不同的內部電阻器

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->單一外部電阻器

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->32 kHz 晶振

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->高頻晶振

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->諧振器

<!--[if !supportLists]-->o<!--[endif]-->外部時鐘源

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->可與外部組件構成單斜率模數轉換器

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->16位定時器，帶有三個捕獲/比較寄存器

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->串行的在線編程

<!--[if !supportLists]-->·<!--[endif]-->安全熔絲程序保護（Program Code Protection by Security Fuse）

3.6 關于創(chuàng)新部分的討論

本設計的最大特色就是可以使單列的LED組合燈通過一定頻率的播動在擺動的扇形區(qū)域內呈現出特定的字符或圖形。在題日要求的基礎上，我們決定從硬件和軟件兩部分對此搖動棒進行特別改造，比如美化外形，實現畫而的動態(tài)顯示等。

3.7按鍵模塊

使用一個按鍵對顯示的所有內容進行切換，通過按鈕按下的次數確定顯示的內容。（見圖3——3） <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

圖3——3

3.8 LED顯示模塊

首先，我們根據LED點陣屏的顯示原理：點陣屏的顯示分為行掃描和列列掃描兩種，列掃描是將我們的字模數組通過點陣屏的行驅動進行輸入，然后通過列對每一行進行掃描，當列為低（高）電平、行為高（低）電平時則表示該點為圖案的一部分，將其讀出、顯示。它的順序可以總結為：行不斷的送數據，每送完設置的信息后列進行讀取，然后行再次送數據，列再次讀取……依次循環(huán)下去，一幅完整的圖案就顯示在了顯示屏上。

而本次設計的LED顯示棒數據傳輸原理與LED點陣屏相似�？梢园袻ED顯示棒看成是LED點陣屏中的一列。為了使顯示的圖案清晰，我們使用了16個LED管將它們排成一列，整個屏在靜止時也就相當于16行×1列。數據傳輸時我們同樣使用行送數據、列掃描。在擺動過程中，應用視覺暫留原理，我們點亮的列不會很快的消失，而是隨著擺動的方向繼續(xù)向前移動，只要移動的速度高于視覺暫留的最短時問．顯示內容就不會熄火，至此，一幅圖案也就可以這樣被“擺動”出來了。

3.9慣性開關模塊

慣性開關裝置，它由擺桿、觸點和導軌組成。當LED顯示棒向左擺動到極點時，擺桿，與左邊的觸點2接觸，此時與2相連的P1.0口變?yōu)榈碗娖剑�按照軟件的設定：從此刻起禁止對行進行數據傳輸：同理，當顯示棒擺到右邊極點時，與3接觸，，與此相連的P1.1口變?yōu)榈碗娖�，軟件設定從此刻起數據開始傳輸。整個擺動過程就是這樣：擺子擺到左邊，禁止數據傳輸：擺到右邊，開始數據傳輸……。使用這種方法就可以讓數據單程傳輸，解決了雙程均傳輸時產生的重影，使得畫而更加清晰、明了。

3.10總體設計

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圖3——4

第四章 系統(tǒng)軟件設計

4.1軟件設計思路

在搖動LED棒的時候單片機必須單程送數據否則顯示的圖形會產生重影，影響視覺效果。因此當系統(tǒng)開始工作后通過慣性開關的位置來使單片機實現單程送數據給LED。如果慣性開關位于右邊，則進入外部中斷Tl并將變量置l。在變量為1期間讓單片機以一定的頻率將數據送給LED。如果慣性開關位于左邊，則進入外部中斷TO并將變量置0，在這期間單片機不會送數據給LED。在送數據時，數據送完后應延時一段時間來使搖動時顯示的每個字不會太擁擠。之后再立刻熄火LED并開始重新判斷慣性開關的位置。

4.2軟件系統(tǒng)流程圖

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LED燈熄滅

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圖4——1

4.3動態(tài)圖片的實現

設計中實現單個圖形或者一個詞組的顯示方法是將要顯示的內容一次性送出，延時一段時問后再進行第二次傳送數據。而要顯示一個動態(tài)圖片，仿照動畫制作方法，先要將一個連貫的動作分為幾幅獨立的動作，分別提取字模，輸出數據是一幅接一幅的連續(xù)送，當動作結束后延時一會，再進行第二次連貫動作的傳輸。同樣利用視覺暫留原理，當搖動顯示棒時，幾幅圖接連出現覆蓋前面的畫面，相同的部分將一直顯示，不同的部分就形成了動態(tài)的動作，以此一幅動態(tài)畫面就出現了。

4.4軟件實現功能的完善

本次設計的一個難點是去除重影，我們的解決方法是使用外部中斷讓數據單程傳輸。

第二個難點是當顯示如“www.7334dd.comagedata><!--[if !vml]--><!--[endif]-->

圖5——1

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圖5——2

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圖5——3

5.2 系統(tǒng)硬件調試

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圖5——4 （載入程序）

第六章 總結

經過了一個多月的學習和努力，我終于完成了《搖搖棒的設計與制作》的畢業(yè)設計。從開始選題到設計的成功，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是一個挑戰(zhàn)，畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，也是對自己能力的一種提高。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，為了更好的利用Keil、proteus、Protel及硬件電路等相關知識，我開始查閱相關的資料和書籍，豐富自己的相關知識，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，能夠更熟練的去運用課本

上的知識。

在制作硬件電路時，我們遇到了很多問題，比如：在軟件編程的時候字符的取模比較困難，剛開始沒有取模軟件就手工取模特別麻煩！再比如說怎樣使字能夠盡量在搖晃的中間顯示，顯示的時間長短也是特別困難的。后來經過不斷的模擬與調試終于找到了最為適合的時間�？傊�，自己動手做了就是一種收獲，會對電路了解的更多，學到了很多以前沒有接觸過的知識，也使我了解到知識必須通過應用才能實現其價值！有些東西以為學會了，當到自己運用的時候卻并非如此，所以我認為只有到真正會用的時候才能算真的學會了。

此次的畢業(yè)設計我曾有過灰心，感覺底氣的不足，但收獲更大的是我學到了很多的東西，不光是學習上帶來的快樂，更多的是在人與人的相處上我學到了團結帶給人的歡樂，所有的這些都為我的將來奠定了很大的基礎�，F在的我就要離開學校，走上工作的崗位了，這也是我人生歷程的又一個起點，我會繼續(xù)學習，走實人生的每一步。

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