基于MSP430單片機(jī)的智能水表設(shè)計(jì)

《基于MSP430單片機(jī)的智能水表設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于MSP430單片機(jī)的智能水表設(shè)計(jì)（52頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY 畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)成果 （2011屆） 題 目 基于MSP430單片機(jī)的智能水表設(shè)計(jì) 2011年 5月 20日 目 錄 摘要 1 英文摘要 1 引 言 2 1智能水表的概述 3 1.1 水表的發(fā)展歷史 3 1.2 智能水表的概念 3 1.3 智能水表的性能指標(biāo) 4 1.4 智能水表的分類 4 1.4.1 脈沖發(fā)訊集中抄收式水表 4 1.4

2、.2 無(wú)電源直讀抄收式水表 4 1.4.3 磁卡（IC）卡預(yù)付費(fèi)水表 5 2 智能水表的設(shè)計(jì)流程 5 2.1 智能水表的基本組成 5 2.2 智能水表的工作原理 7 2.3智能水表的主要元器件介紹 7 2.3.2 液晶LCD1602 9 2.3.3傳感器（霍爾傳感器和水流傳感器） 11 2.3.4 IC讀卡器 13 2.3.5三端穩(wěn)壓管LM1117-3.3 14 2.3.6小型直流電機(jī) 14 2.3.7蜂鳴器 14 3 智能水表的制作 15 3.1 智能水表組成電路的設(shè)計(jì) 15 3.2 原理圖設(shè)計(jì) 18 3.3 PCB制作 18

3、4 智能水表的程序 19 4.1 MSP430F149常用程序介紹 19 4.1.1 中斷介紹及存儲(chǔ)器段介紹 19 4.1.2 硬件乘法器 19 4.1.3 P口 19 4.1.4定時(shí)器及數(shù)模轉(zhuǎn)換 19 4.1.5 時(shí)鐘模塊 19 4.1.6 USART通信模塊 20 4.1.7 比較器模塊 20 4.1.8 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 20 4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖 20 4.3 智能水表的程序源代碼 21 結(jié)論與謝辭 22 參考文獻(xiàn) 23 附件清單 24 附件1. 原理圖 25 附件2. PCB圖 25 附件3. 程序源代碼 26

4、 基于MSP430單片機(jī)的智能水表設(shè)計(jì) 摘要：本文介紹由MSP430單片機(jī)為主控芯片的智能水表設(shè)計(jì)，主要介紹了對(duì)智能水表的基本組成、工作原理、主要組成元器件，源程序代碼及MSP430常用程序代碼等作了較詳?shù)慕榻B，使其在設(shè)計(jì)上具有讀卡功能、可顯示剩余水輪轉(zhuǎn)數(shù)、插一次卡剩余轉(zhuǎn)數(shù)增加200、水輪每轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)數(shù)減一等功能的智能IC接觸式水表。 關(guān)鍵詞：智能IC卡水表，MSP430F149單片機(jī) Design of Intelligent Water Meter Based On MSP430 Micocontoller （Major of Applied

5、Electronic Technology Information and Engineering College, Zeng Bing） Abstract：This article describes the MSP430 microcontroller as the main chip of the smart meter design, introduces the basic components of the smart meter, working principle, the main component parts, source code and common code

6、MSP430 made a more detailed description, etc., to In the design of a card reader function, can display the number of remaining water cycle, insert a card, the remaining increase of 200 rpm, wheel revolutions per revolution by first-class function contactless smart IC meter. Keyword: IC Card Water M

7、eter，MSP430F149 - 49 - 引 言 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，人們生活條件逐步提高，同時(shí)對(duì)住宅的智能化要求也越來(lái)越多。對(duì)于傳統(tǒng)水表，人工抄表和收費(fèi)一直是兩個(gè)效率很低的環(huán)節(jié)。在我國(guó)普遍采用“先用水后收費(fèi)”的管理方式，用戶拖欠水費(fèi)的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，供水部門缺乏用水管理的有效手段一戶一表的推行，復(fù)費(fèi)率階梯水價(jià)的實(shí)施以及供水管理部門提高計(jì)量收費(fèi)管理的需要，都要求對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械式水表進(jìn)行變革?，F(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)的日趨成熟，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水水費(fèi)管理的電子化、信息化已成為可能。提高居民計(jì)量水表的科技水平，實(shí)現(xiàn)水表的純電子數(shù)字化計(jì)量及遠(yuǎn)程輸出，提高數(shù)字化計(jì)量水表的運(yùn)行可

8、靠性、安全性和壽命，是一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水的重要手段。傳統(tǒng)的水表數(shù)字化是指把機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電子數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，常用的傳感技術(shù)有干簧管傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器、韋根傳感器、直浚傳感器等。脈沖傳感器變換和累計(jì)過(guò)程中易于受外部機(jī)械振動(dòng)、電源、電磁干擾、水錘等因素影響，而致使計(jì)量傳送結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤且無(wú)法恢復(fù)；直讀傳感器受制于加丁工工藝易產(chǎn)生機(jī)械故障。這些傳感技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但無(wú)一例外的是僅僅將水表機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電子數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，并不能優(yōu)化水表的計(jì)量性能。因此，新型電子智能式水表已成為水表行業(yè)關(guān)注的的方向。 1

9、智能水表的概述 1.1 水表的發(fā)展歷史 從1825年英國(guó)克路斯發(fā)明了真正具有儀表特征的平衡罐式水表以來(lái)，水表的的發(fā)展已有近兩百年的歷史。1879年，李鴻章為操辦海軍，在旅順口創(chuàng)建了我國(guó)第一家水廠，1883年英殖民主義者在上海創(chuàng)建了第二個(gè)水廠，水表開始進(jìn)入我國(guó)。至20世紀(jì)初期，當(dāng)時(shí)的水廠大都從國(guó)外進(jìn)口部分零部件用以生產(chǎn)水表。在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，英法德日等國(guó)家的水表一直占據(jù)中國(guó)水表行業(yè)的市場(chǎng)。1949年解放以后，隨著城市供水事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的水表工業(yè)也相應(yīng)的發(fā)展起來(lái)。從1955年起，我國(guó)的一些大中城市自來(lái)水公司向后開始生產(chǎn)水表。20世紀(jì)80年代初，根據(jù)當(dāng)時(shí)水表的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS4046的要求，

10、我國(guó)對(duì)小口徑水表實(shí)行了全國(guó)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)并加以改進(jìn)推廣。統(tǒng)一設(shè)計(jì)和水表零部件的塑料化，大大推動(dòng)了我國(guó)水表工業(yè)進(jìn)步與發(fā)展。20世紀(jì)90年代，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展，水表行業(yè)也快速發(fā)展，同時(shí)各種智能型水表、水表抄表系統(tǒng)等產(chǎn)品也開始興起。 1.2 智能水表的概念 智能水表是一種利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)在傳感技術(shù)、智能IC卡技術(shù)對(duì)用水量進(jìn)行計(jì)量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表，是水表的另類派生產(chǎn)品之一。與傳統(tǒng)水表一般只具有流量采集和機(jī)械指針顯示用水量的功能相比，是很大的進(jìn)步。智能水表除了可對(duì)用水量進(jìn)行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對(duì)用水量進(jìn)行控制，并且自動(dòng)完成階梯水價(jià)的水費(fèi)計(jì)算，同時(shí)可以進(jìn)行用水

11、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能由于其數(shù)據(jù)傳遞和交易結(jié)算由工作人員上門抄表收費(fèi)到用戶自己去營(yíng)業(yè)所交費(fèi)的改變。IC卡交易系統(tǒng)還具有交易方便，計(jì)算準(zhǔn)確，可利用銀行進(jìn)行結(jié)算的特點(diǎn)。 圖1-1 某型號(hào)智能水表樣圖 1.3 智能水表的性能指標(biāo) 水表的主要技術(shù)參數(shù)： （1）水溫：該參數(shù)規(guī)定了水表使用的最高溫度，使用者英選用合適的型號(hào)規(guī)格來(lái)滿足自己的需求，否則將導(dǎo)致水表水流總量計(jì)量不準(zhǔn)。 （2）工作壓力：規(guī)定了水表計(jì)量水體的最大壓力。水壓超過(guò)此限度，可能會(huì)使水表?yè)p壞或滲漏。 （3）流量系數(shù)：其包括公稱口徑、最大流量、公稱流量、分界流量、最小流量、始動(dòng)流量。使用者可根據(jù)使用的需要選擇公稱口徑和

12、公稱流量。 （4）示值誤差。 （5）外形尺寸及重量：水表的外形尺寸包括安裝時(shí)需了解的各種參數(shù)如長(zhǎng)寬高、連接螺紋。另外尺寸和重量與包裝運(yùn)輸有關(guān)。 1.4 智能水表的分類 目前市場(chǎng)上普遍采用的智能化水表主要有三類：脈沖發(fā)訊式集中抄收系統(tǒng)(表具傳感器分為干簧管型、霍爾元件型、光電轉(zhuǎn)換型)；IC卡表(分為插卡表、射頻卡表)；無(wú)電源直讀式集抄系統(tǒng)(傳感器分為光電收發(fā)編碼式、電阻邏輯編碼式、接觸開關(guān)編碼式、條形碼式，水表表具分為干式、濕式)。 1.4.1 脈沖發(fā)訊集中抄收式水表 工作原理：由表具不斷發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)采集器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行采集、累加、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)上傳。

13、 優(yōu)點(diǎn)：發(fā)訊式集抄系統(tǒng)目前在國(guó)內(nèi)已普遍采用，推廣應(yīng)用方便，價(jià)格較低，只要生產(chǎn)廠商、系統(tǒng)集成商嚴(yán)格把好每一環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)，且發(fā)訊不隨時(shí)間而產(chǎn)生疲勞損傷。 實(shí)踐中存在的問(wèn)題：①初始化及維護(hù)工作量大；②磁鐵強(qiáng)磁場(chǎng)干擾；③電能耗費(fèi)。 1.4.2 無(wú)電源直讀抄收式水表 工作原理：在干式或濕式旋翼式水表碼盤下每個(gè)與刻度對(duì)應(yīng)的位置上裝上紅外收發(fā)光管或電阻或金屬觸點(diǎn)，當(dāng)碼盤上的透光孔或觸點(diǎn)轉(zhuǎn)到某一刻度時(shí)抄表，系統(tǒng)即供電。這時(shí)紅外發(fā)光管發(fā)光，在對(duì)應(yīng)位置上的紅外接收管收到光信號(hào)后經(jīng)單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行判別、計(jì)算，將每一刻度上的數(shù)據(jù)傳給集中器，再由集中器將所抄水表數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)管理軟

14、件，該系統(tǒng)平時(shí)不工作、不用電、無(wú)功耗，所以稱無(wú)電源(簡(jiǎn)稱“無(wú)源”)，抄表時(shí)讀取的是表具實(shí)時(shí)指針度數(shù)(即直讀)。 優(yōu)點(diǎn)：①自動(dòng)讀取指針位置或字輪讀數(shù)，無(wú)需在集中抄收器中設(shè)定數(shù)據(jù)初始化的工作；②無(wú)源遠(yuǎn)傳采集器直接傳送表具實(shí)時(shí)度數(shù)，平時(shí)不工作，故不受機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾的影響；③系統(tǒng)日常工作無(wú)需供電，避免了由于供電不穩(wěn)定或電源故障引起的計(jì)量誤差及大量的維護(hù)工作，并大大降低了系統(tǒng)的使用和維護(hù)費(fèi)用；④ 由于無(wú)源遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的傳感器記憶的是指針或字輪位置，即便水表發(fā)生倒轉(zhuǎn)，自動(dòng)抄表數(shù)據(jù)與表具指針或字輪的讀數(shù)也始終保持一致，避免了用戶與售水單位由于數(shù)據(jù)不一致而產(chǎn)生矛盾；⑤即使發(fā)生斷線，當(dāng)接好線后仍然是水

15、表內(nèi)刻度指示的計(jì)量，自來(lái)水行業(yè)無(wú)任何損失。 實(shí)踐中存在的問(wèn)題：①其制造成本較高；②不易大面積推廣應(yīng)用；③不易遠(yuǎn)傳計(jì)量。 1.4.3 磁卡（IC）卡預(yù)付費(fèi)水表 工作原理：以接觸IC卡或非接觸射頻卡作為媒介，由用戶到自來(lái)水公司網(wǎng)點(diǎn)先預(yù)購(gòu)用水量，再將用水量通過(guò)IC卡輸入表中控制系統(tǒng)，等水量用盡即自動(dòng)關(guān)閥并中斷水的供應(yīng)，報(bào)警器在設(shè)定水量用完之前會(huì)自動(dòng)報(bào)警以提醒用戶購(gòu)水，達(dá)到“先買水、后用水”的目的。 優(yōu)點(diǎn)：在用戶不繳費(fèi)的情況下可自動(dòng)斷水，有效控制收費(fèi)單位的資金回籠，不需要人工上門抄表、收費(fèi)，減少抄表員。 實(shí)踐中存在的問(wèn)題：①電磁閥在長(zhǎng)期開啟狀態(tài)下由于水

16、垢和水中雜質(zhì)而影響閥門關(guān)閉，使用戶在不繳費(fèi)的情況下繼續(xù)用水，而收費(fèi)單位還一無(wú)所知，一旦發(fā)現(xiàn)也無(wú)法向用戶追繳多用水費(fèi)。②IC卡表也是由發(fā)訊脈沖進(jìn)行累加計(jì)量，如果人為強(qiáng)磁干擾或強(qiáng)電瞬間電擊，也會(huì)造成芯片損壞，從而無(wú)法計(jì)量。③鋰電池在長(zhǎng)期使用中是否能達(dá)到設(shè)計(jì)年限還有待考證，到期后由誰(shuí)負(fù)責(zé)更換是個(gè)問(wèn)題。④若充值卡密碼被盜或被破譯，就會(huì)給售水單位造成極大損失。⑤售水單位必須保證24 h不間斷服務(wù)，營(yíng)業(yè)點(diǎn)分布要合理，維護(hù)人員接到電話即隨時(shí)上門維修，否則會(huì)給用戶帶來(lái)極大的不便，易造成買水方(用戶)與賣水方(自來(lái)水行業(yè))之間的矛盾和自來(lái)水行業(yè)的利益損失。 2 智能水表的設(shè)計(jì)流程 2.1 智能水表的基本組成

17、 智能水表主要包括液晶顯示、聲音報(bào)警、電源監(jiān)測(cè)、電控閥、IC卡通訊及水表傳感器模塊等。 圖2-1 智能水表硬件電路圖 1.液晶顯示：為了有一個(gè)良好的人機(jī)界面，便于管理及用戶使用，利用液晶顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。 2.聲音報(bào)警及電源監(jiān)測(cè)：為確保水表可靠運(yùn)行，配備了電源監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)電源電壓降至一設(shè)定值后，水表會(huì)將有用信息保存，同時(shí)關(guān)閉水閥并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。更換電池后，水表會(huì)自動(dòng)恢復(fù)有用的數(shù)據(jù)并重新開始工作。當(dāng)有異常情況發(fā)生時(shí)，如有人為破壞事件，或可用水?dāng)?shù)低于設(shè)定值或電池電壓低于設(shè)定工作電壓時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提示用戶引起注意。 3.電控閥：閥門開啟系

18、統(tǒng)由電控閥與電控閥驅(qū)動(dòng)電路組成。在滿足特定條件的情況下，單片機(jī)輸出控制信號(hào)，經(jīng)放大電路處理后，可以有效的控制電控閥的開啟與關(guān)閉，以達(dá)到對(duì)用戶用水的有效監(jiān)控。 4.IC卡通訊：當(dāng)讀卡器有IC卡插入時(shí)，卡座上的卡簧常開觸點(diǎn)閉合，在單片機(jī)的I/O口檢測(cè)到低電平輸入，轉(zhuǎn)入讀寫卡操作的程序。 5.水表傳感器：來(lái)自流量計(jì)傳感器的水流信號(hào)經(jīng)前置電路處理后，轉(zhuǎn)換成一系列可測(cè)量的電壓脈沖信號(hào)。 2.2 智能水表的工作原理 電源監(jiān)測(cè)模塊采用穩(wěn)壓管LM11117-3.3輸出，當(dāng)該芯片檢測(cè)到電源電壓低于規(guī)定時(shí)，會(huì)觸發(fā)1個(gè)低電平信號(hào)，單片機(jī)檢測(cè)到低電平信號(hào)時(shí)發(fā)出報(bào)警，并關(guān)閉閥門。 水流傳感部分

19、采用磁敏元件干簧管。水流帶動(dòng)水表巾的磁體旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，干簧管導(dǎo)通，此時(shí)單片機(jī)會(huì)在相應(yīng)的端口檢測(cè)到低電平。為了避免重復(fù)計(jì)數(shù)，在水表中安裝了3個(gè)干簧管，只有當(dāng)單片機(jī)先后檢測(cè)到3個(gè)不同的干簧管導(dǎo)通時(shí)才算作1次有效的計(jì)數(shù)。 當(dāng)讀卡器有IC卡捅入時(shí)，卡座上的卡簧常開觸點(diǎn)閉合，在單片機(jī)的I/O口檢測(cè)到低電平輸入，轉(zhuǎn)入讀寫卡操作的程序。主要的卡型分力開戶卡、用戶卡、管理卡、數(shù)據(jù)采集卡以及清零卡。對(duì)于不同權(quán)限卡，系統(tǒng)分別作以不同的處理。 2.3智能水表的主要元器件介紹 2.3.1 智能水表的主芯片MSP430F149 圖2-2 MSP430F149引腳圖 TI公司M

20、SP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，他們具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU的16個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達(dá)到最高代碼效率。靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功耗消耗。數(shù)字控制的振蕩器（DCO）可以使器件從低功耗模式迅速喚醒在小于6μS的時(shí)間內(nèi)被激活到正常的工作方式。MSP430的16位定時(shí)器是應(yīng)用于工業(yè)控制如紋波計(jì)數(shù)器，數(shù)字化電機(jī)控制、電表、水表、和手持式儀表等理想配置。內(nèi)置的硬件乘法器大大加強(qiáng)了功能并提供軟硬件想兼容的范圍，提高了數(shù)據(jù)處理能力。下面介紹本文所用的主芯片MSP430F149。 1.MSP430F149單片機(jī)的特點(diǎn)： 1) 采用FLAS

21、H 存儲(chǔ)器作為程序代碼及信息存儲(chǔ), 因此可實(shí)現(xiàn)多次的寫入和擦除, 也可實(shí)現(xiàn)在線寫入，且存儲(chǔ)空間大，其中ROM為60K, RAM為2K。 2) 在單片機(jī)內(nèi)集成了一個(gè)12位精度、高效通用的A /D轉(zhuǎn)換模塊,即數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。 3) 片內(nèi)有1個(gè)硬件乘法器, 這個(gè)硬件乘法器是1個(gè)16 位的外圍模塊,它并不集成于CPU中,因此它的運(yùn)算獨(dú)立于CPU,也不需要特殊的指令。 4) 片內(nèi)有2個(gè)串行通訊接口, 支持通用異步協(xié)議(UART 協(xié)議) 和同步協(xié)議(SP I協(xié)議) 5) 片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器, 且?guī)в卸鄠€(gè)捕獲/比較寄存器, 這樣寄存器的使用將更加靈活。 2.

22、MSP430F149 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)： 在MSP430F149 中有1 個(gè)12 位精度的A /D 轉(zhuǎn)換模塊ADC12, 主要由5 大功能模塊組成, 且都可獨(dú)立配置, 它們分別為: 帶有采樣/保持功能的ADC 內(nèi)核,可控制的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ), 可控制的參考電平發(fā)生器, 可控制和選擇的時(shí)鐘源, 可控采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)序電路。 ADC12 可以對(duì)8 個(gè)外部模擬信號(hào)之一或4 個(gè)內(nèi)部電壓之一作轉(zhuǎn)換, 由ADC 內(nèi)核把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成12 位數(shù)據(jù)并存入轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)寄存器。內(nèi)核用到2 個(gè)參考電平, 即VR+ 和VR- 作為轉(zhuǎn)換范圍的上下限和讀數(shù)的量程值和“0”值。轉(zhuǎn)換數(shù)值在輸入信號(hào)大于等于VR+時(shí)為

23、滿量程, 小于等于VR-時(shí)為“0”。 對(duì)于ADC12 的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘, 用戶有各種選擇來(lái)形成采樣的時(shí)序。ADC12 可以選擇所有有效的MSP430片內(nèi)時(shí)鐘, 也可以選擇一個(gè)外圍模塊所含的時(shí)鐘, 對(duì)于選擇時(shí)鐘源可以引入一個(gè)1～8的分頻因子。 ADC12有4種工作模式?？梢栽趩瓮ǖ郎蠈?shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換, 也可以在序列通道上實(shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或重復(fù)轉(zhuǎn)換。對(duì)于序列通道轉(zhuǎn)換, 采樣順序完全由用戶定義。轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存在16個(gè)轉(zhuǎn)換寄存器中, 這樣ADC12 可以進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換而不需要軟件干預(yù), 這一點(diǎn)提高了系統(tǒng)性能, 也減少了軟件開銷。 2.3.2 液晶LCD1602 圖2-2 16

24、02字符型液晶顯示器實(shí)物圖 1602LCD主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:162個(gè)字符 芯片工作電壓:4.5—5.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 引腳功能說(shuō)明 1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表2-1所示: 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5

25、 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 表2-1 表2-1：引腳接口說(shuō)明表 第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)

26、行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2-2表所示： 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0

27、 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開/關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫數(shù)

28、到CGRAM或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 CGRAM或DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 表2-2 表2-2：控制命令表 1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平） 指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。 指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示

29、關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。 指令8：DDRAM地址設(shè)置。 指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數(shù)據(jù)。 指令11：讀數(shù)

30、據(jù)。 2.3.3傳感器（霍爾傳感器和水流傳感器） 圖2-3 霍爾效應(yīng) 1.霍爾傳感器 霍爾效應(yīng)傳感器采用一種半導(dǎo)體器件，檢測(cè)電線中變動(dòng)的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。 在置于磁場(chǎng)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中通入電流，若電流與磁場(chǎng)垂直，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng) 按照霍爾器件的功能可將它們分為: 霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出被檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)被檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)作為被檢測(cè)的信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量例

31、如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)換成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。 2.水流傳感器 水流傳感器的基本原理是在普通轉(zhuǎn)盤計(jì)數(shù)的水表中加裝干簧管和磁鐵，干簧管固定安裝在計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計(jì)數(shù)盤(本系統(tǒng)0.01立方米)位上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤 每轉(zhuǎn)1圈，永磁鐵經(jīng)過(guò)于簧管1次即在信號(hào)端產(chǎn)生1個(gè)計(jì)量脈沖。 在管道系統(tǒng)中，如果發(fā)生液流瞬變流動(dòng)，管流的流速，壓力等參數(shù)均隨時(shí)間變化。速突然變化會(huì)引起一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊現(xiàn)象，管道將發(fā)生劇烈振動(dòng)和較大的聲響，這種劇烈的抖動(dòng)可能造成干簧管簧片在很短時(shí)間里，頻繁地吸合，

32、發(fā)出大量的脈沖。造成計(jì)數(shù)偏差，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，如圖3，將3個(gè)干簧管分別通過(guò)上拉電阻接入單片機(jī)的3個(gè)不同的I／O口。水流帶動(dòng)中間葉片上的磁體旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，對(duì)應(yīng)的干簧管導(dǎo)通。 2.3.4 IC讀卡器 圖2-4 某IC讀卡器 IC卡讀寫器要能讀寫符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的IC卡。IC卡接口電路作為IC卡與IFD內(nèi)的CPU進(jìn)行通信的唯一通道，為保證通信和數(shù)據(jù)交換的安全與可靠，其產(chǎn)生的電信號(hào)必須滿足下面的特定要求。 1.完成IC卡插入與退出的識(shí)別操作 IC卡接口電路對(duì)IC卡插入與退出的識(shí)別，即卡的激活和釋放，有很嚴(yán)格的時(shí)序要求。如果不能滿足相應(yīng)的

33、要求，IC卡就不能正常進(jìn)行操作；嚴(yán)重時(shí)將損壞IC卡或IC卡讀寫器。 1)激活過(guò)程 為啟動(dòng)對(duì)卡的操作，接口電路應(yīng)按圖1所示順序激活電路：RST處于L狀態(tài)； 根據(jù)所選擇卡的類型，對(duì)VCC加電A類或B類，VPP上升為空閑狀態(tài)； 接口電路的I/O應(yīng)置于接收狀態(tài)； 向IC卡的CLK提供時(shí)鐘信號(hào)(A類卡1～5MHz，B類卡1～4MHz)。 在RST處于狀態(tài)H的情況下，如果應(yīng)答信號(hào)在40 000個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)仍未開始，RST上的信號(hào)將返回到狀態(tài)L，且IC卡接口電路按照?qǐng)D2所示對(duì)IC卡產(chǎn)生釋放。 2)釋放過(guò)程 當(dāng)信息交換結(jié)束或失敗時(shí)

34、(例如，無(wú)卡響應(yīng)或卡被移出)，接口電路應(yīng)按圖2所示時(shí)序釋放電路： RST應(yīng)置為狀態(tài)L； CLK應(yīng)置為狀態(tài)L(除非時(shí)鐘已在狀態(tài)L上停止)； VPP應(yīng)釋放(如果它已被激活)； I/O應(yīng)置為狀態(tài)A(在td時(shí)間內(nèi)沒(méi)有具體定義)； VCC應(yīng)釋放。 2.通過(guò)觸點(diǎn)向卡提供穩(wěn)定的電源 IC卡接口電路應(yīng)能在表1規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，向IC卡提供相應(yīng)穩(wěn)定的電流。 3.通過(guò)觸點(diǎn)向卡提供穩(wěn)定的時(shí)鐘 IC卡接口電路向卡提供時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)的實(shí)際頻率范圍在復(fù)位應(yīng)答期間，應(yīng)在以下范圍內(nèi)：A類卡，時(shí)鐘應(yīng)在1～5MHz；B類卡，時(shí)鐘應(yīng)在1～

35、4MHz。 復(fù)位后，由收到的ATR(復(fù)位應(yīng)答)信號(hào)中的F(時(shí)鐘頻率變換因子)和D(比特率調(diào)整因子)來(lái)確定。時(shí)鐘信號(hào)的工作周期應(yīng)為穩(wěn)定操作期間周期的40%～60%。當(dāng)頻率從一個(gè)值轉(zhuǎn)換到另一個(gè)值時(shí)，應(yīng)注意保證沒(méi)有比短周期的40%更短的脈沖。 2.3.5三端穩(wěn)壓管LM1117-3.3 圖2-5 三端穩(wěn)壓管LM1117-3.3 LM1117-3.3特點(diǎn): 1)可調(diào)版本的電壓精度為1％； 2)固定電壓為1.2V 的輸出電壓精度為2％； 3)低漏失電壓：1A 輸出電流時(shí)僅為 1.2V； 3) 限流功能； 4) 過(guò)熱切斷； 5) 溫度范圍：40C-125C 采用穩(wěn)壓管LM

36、11117-3.3輸出，把+5V的電源電壓作為三段穩(wěn)壓管的輸入，輸出電壓即為主芯片電壓3.3V。 2.3.6小型直流電機(jī) 圖2-6 小型直流電機(jī) 與單片機(jī)混搭使用時(shí)，通過(guò)主芯片控制的I/O口電平高低使得流過(guò)電機(jī)的電流有正反兩個(gè)方向，電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。 2.3.7蜂鳴器 圖2-7 蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器。在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)上，很多方案都會(huì)用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來(lái)做提示或報(bào)警，比如按鍵按下、開始工作、工作結(jié)束或是故障等等。 自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對(duì)驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電平并通過(guò)三極管放大驅(qū)動(dòng)

37、電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音。 主芯片驅(qū)動(dòng)他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)是利用PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來(lái)直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。利用I/O定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的方式會(huì)比較麻煩一點(diǎn)，必須利用定時(shí)器來(lái)做定時(shí)，通過(guò)定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了。 3 智能水表的制作 3.1 智能水表組成電路的設(shè)

38、計(jì) 1）液晶顯示模塊： 圖3-1 液晶顯示模塊圖 從電路結(jié)構(gòu)、顯示程序等方面考慮, 選用1602LCD顯示模塊, 可顯示162個(gè)字符及圖形, 可與CPU 直接接口, 具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、4條控制線及電源線。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令, 可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界。 2）聲音報(bào)警模塊： 圖3-2聲音報(bào)警模塊圖 蜂鳴器是在每次讀卡操作不成功的時(shí)候發(fā)出報(bào)警指示音。由于MCU 的I/O口驅(qū)動(dòng)能力有限, 一般不能直接驅(qū)動(dòng)壓電式蜂鳴器, 因此選用PNP 型晶體管組成晶體管驅(qū)動(dòng)電路, 單片機(jī)I/O口輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后即可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。當(dāng)IC 卡內(nèi)余額少

39、于設(shè)定金額時(shí), 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警, 計(jì)時(shí)超過(guò)設(shè)定后,蜂鳴器發(fā)出警報(bào)且計(jì)費(fèi)加倍, 當(dāng)卡內(nèi)余額小于設(shè)定金額時(shí), 控制器發(fā)出提示音, 提醒將停止供水。 3）電源監(jiān)測(cè)模塊： 圖3-3電源監(jiān)測(cè)模塊 電源監(jiān)測(cè)采用穩(wěn)壓管，當(dāng)主芯片檢測(cè)到電源電壓低于5V時(shí)，LED0亮度減弱甚至滅掉，觸發(fā)1個(gè)低電平信號(hào)，單片機(jī)檢測(cè)到低電平信號(hào)時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警，并關(guān)閉閥門，提醒用戶要更換電池。 4）電控閥模塊： 圖3-4電控閥模塊圖 對(duì)于電機(jī)模塊，我們通過(guò)控制2個(gè)I/O口上的電平高低使得流過(guò)電機(jī)的電流有正反2個(gè)方向，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。在機(jī)械水表中加裝霍爾元件和磁鐵，構(gòu)成基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳感器，

40、安裝在計(jì)數(shù)盤位上的磁鐵隨著計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤運(yùn)轉(zhuǎn)，每經(jīng)過(guò)霍爾元件一次，即由霍爾元件輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)閥門轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的狀態(tài)上時(shí)，對(duì)應(yīng)的I/O口觸發(fā)1個(gè)上升沿的中斷信號(hào)，從而及時(shí)通知單片機(jī)切斷對(duì)直流電機(jī)的供電，避免因電機(jī)堵轉(zhuǎn)造成對(duì)電機(jī)的損害，并極大可能的減少系統(tǒng)消耗的能量。 5）IC卡通訊及水表傳感器模塊 圖3-5 IC卡通訊及水表傳感器模塊圖 通過(guò)定時(shí)器控制，定時(shí)中斷到來(lái)時(shí)先拉高P6.3口，然后檢測(cè)A 、B、C 3個(gè)干簧管的導(dǎo)通狀態(tài)，例如干簧管A處于導(dǎo)通狀態(tài)，A口對(duì)地短路，當(dāng)我們拉高P6.3時(shí)，從P6.4檢測(cè)到的電平信號(hào)應(yīng)該為1個(gè)低電平，而P6.5，P6.6檢測(cè)到的電平信號(hào)仍然為高電平。

41、以此來(lái)判斷是不是要進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。查詢結(jié)束后將P6.3口置低，等待下一次的定時(shí)器中斷到來(lái)。 SLE4428卡是接觸式邏輯加密存儲(chǔ)卡。符合1S07816標(biāo)準(zhǔn)，具有1024個(gè)字節(jié)尋址E2PROM，每個(gè)字節(jié)具有不可恢復(fù)的寫保護(hù)功能。片內(nèi)具有2個(gè)字節(jié)的可編程密碼保護(hù)功能，只有在正確校驗(yàn)PSC后數(shù)據(jù)才能被改寫。SLE4428卡有8個(gè)管腳，與操作命令有關(guān)的是RST復(fù)位引腳，CLK時(shí)鐘輸入端，SDA雙向數(shù)據(jù)端。所有的地址，數(shù)據(jù)和命令都通過(guò)SDA端輸入輸出。為了能夠識(shí)別有卡插入,單片機(jī)進(jìn)行讀寫卡操作，反之則不進(jìn)行。 3.2 原理圖設(shè)計(jì) 根據(jù)課題的主要內(nèi)容，并運(yùn)用一些模擬數(shù)字電路的知識(shí)，通過(guò)查找資

42、料，用美國(guó)TI公司產(chǎn)的MSP430系列單片機(jī)中的MSP430F1449芯片來(lái)設(shè)計(jì)智能IC接觸式水表。主要任務(wù)目標(biāo)是將智能水表的組成電路液晶顯示、聲音報(bào)警、電源監(jiān)測(cè)、電控閥、IC卡通訊及水表傳感器電路模塊組合成智能IC水表的控制電路。 根據(jù)課題的主要內(nèi)容和任務(wù)目標(biāo)，繪制的原理圖見附錄1 3.3 PCB制作 智能IC水表設(shè)計(jì)中，PCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié)，如果設(shè)計(jì)方法不當(dāng)，PCB可能會(huì)受過(guò)多的電磁干擾，造成電源工作不穩(wěn)定，以下針對(duì)各個(gè)步驟中所需注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析： 1） 從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程建立元件參數(shù)－>輸入原理網(wǎng)表->設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置->手工布局->手工布線

43、->驗(yàn)證設(shè)計(jì)－>復(fù)查->CAM輸出。 2） 參數(shù)設(shè)置相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。 3） 元器件布局實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。 4）檢查布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求。注意：有些錯(cuò)誤可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，檢查間距時(shí)會(huì)出錯(cuò)。 6）復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過(guò)孔設(shè)置，還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走

44、線。 根據(jù)課題的主要內(nèi)容和任務(wù)目標(biāo),繪制的PCB圖件附錄2 4 智能水表的程序 4.1 MSP430F149常用程序介紹 4.1.1 中斷介紹及存儲(chǔ)器段介紹 1）中斷在MSP430中得以廣泛的應(yīng)用，它可以快速進(jìn)入中斷程序，之后返回中斷前的狀態(tài)，其時(shí)序?yàn)椋篜C執(zhí)行程序中斷允許置位 SR中的GIE置位 EINT（中斷開） 中斷到，中斷標(biāo)志位（IFG）置位從中斷向量表中讀取中斷程序的入口地址，進(jìn)入中斷程序 執(zhí)行中斷程序 中斷允許位復(fù)位 RETI中斷返回回到原來(lái)地址。 0H—0FH SFR （特殊功能寄存器 IE、IFG、 MEM ） 010H— 0FFH （8

45、位外傳模塊、I/O端口） 0100H— 01FFH （16位外傳模塊、TIMER、ADC） 0200H— 9FFH RAM區(qū)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可修改訪問(wèn) 0A00H —— 0FBFH 專用 FLASH 引導(dǎo) FC0H— 10FFH 為信息段 1100H— FFDFH 為程序代碼段 FLASH 型 FFE0H— FFFFH 中斷向 量地址 2）對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)可以用間接尋址，這對(duì)于查表處理很方便。 4.1.2 硬件乘法器 硬件乘法器不集成在CPU內(nèi)，是獨(dú)立于CPU運(yùn)行的，運(yùn)算時(shí)只需將兩個(gè)操作數(shù)放進(jìn)相應(yīng)的地址中，就

46、可以直接在結(jié)果寄存器中取數(shù)據(jù)，CPU可以工作在低功耗模式，如果用間接尋址模式，可以超低工耗的乘法計(jì)算大量的表數(shù)據(jù)。 4.1.3 P口 MSP430F149有6個(gè)8位的P口，其中P1、P2口占兩個(gè)中斷向量，共可以接16個(gè)中斷源，還可以直接利用P口的輸入輸出寄存器，直接對(duì)外進(jìn)行通信。因?yàn)樗械腜口都是和其他外設(shè)復(fù)用的，因此在用端口之前都要用功能選擇寄存器選定所用的功能是外設(shè)還是P口，選定之后還要在方向寄存器中確定是是輸出還是輸入。 4.1.4定時(shí)器及數(shù)模轉(zhuǎn)換 MSP430中有兩個(gè)16位定時(shí)器，還可以利用看門狗定時(shí)器。由于定時(shí)器的是16位的，則可以在秒數(shù)量級(jí)上定時(shí)，且具有2個(gè)

47、中斷向量，便于處理各種定時(shí)中斷?？梢酝ㄟ^(guò)定時(shí)器的比較模式實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。另外，定時(shí)器還具有捕獲模式，我們可以通過(guò)定時(shí)器的捕獲功能實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量，比如脈沖寬度測(cè)量，如果和比較器結(jié)合，還可以測(cè)量電阻、電容、電壓、電流、溫度等。 4.1.5 時(shí)鐘模塊 MSP430F149的時(shí)鐘可以自由選擇,它包括一個(gè)內(nèi)部DCO時(shí)鐘和另外兩個(gè)外部時(shí)鐘，內(nèi)部時(shí)鐘，其中最高可達(dá)到1042KHz；外部可以接兩個(gè)時(shí)鐘，一個(gè)可接鐘表晶振或標(biāo)準(zhǔn)晶振，另一個(gè)接最高時(shí)鐘頻率為8MHz的晶振，8M是單片機(jī)的最高工作頻率，對(duì)于晶振的選擇對(duì)基礎(chǔ)時(shí)鐘的控制，只需要對(duì)相應(yīng)的控制寄存器寫入相應(yīng)的控制位就可以產(chǎn)生需要的時(shí)鐘，還可以從相

48、應(yīng)的端口測(cè)的時(shí)鐘頻率。 4.1.6 USART通信模塊 MSP430有同步和異步兩種方式，每一種方式都有獨(dú)立的幀格式和控制寄存器，只需要按照需要和幀格式寫入相應(yīng)的寄存器就可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。由于MSP430的波特率產(chǎn)生比較自由，因此異步通信模式用的比較多。 4.1.7 比較器模塊 比較器的應(yīng)用在MSP430中很廣，可以做為可轉(zhuǎn)換為電壓的量的測(cè)量。 1) 比較器屬于硬件型的，雖然很準(zhǔn)確，但由于有軟件的控制,造成的時(shí)間誤差可能很大。因此存在一段時(shí)間的振蕩,這造成測(cè)量的誤差大，不能很精確。 2) 比較器的參考電平很方便，可以都自由加，但不能超過(guò)片子的最高電壓

49、3.3V,否則不能正常工作。 4.1.8 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 MSP430F149單片機(jī)中集成了14路12位A/D轉(zhuǎn)換，其中8路屬于外部的信號(hào)轉(zhuǎn)換，3路是對(duì)內(nèi)部參考電壓的檢測(cè)轉(zhuǎn)換，1路是接溫控的傳感電壓轉(zhuǎn)換，每一路轉(zhuǎn)換都有一個(gè)可控制的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器，而且參考電平和時(shí)鐘源都是可選擇的，可以外部提供的。 4.2 程序設(shè)計(jì)流程圖 圖4-1 主程序結(jié)構(gòu)流程圖 本程序采用軟件為IAR公司對(duì)MSP430系列的C語(yǔ)言開發(fā)，它與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言兼容程序高，開發(fā)調(diào)試的集成環(huán)境和人機(jī)界面良好。主程序流程圖如圖4-1： 1）主程序：主程序主要用于系統(tǒng)初始化， 判斷是否符合用水條件。經(jīng)比較、判斷后，才執(zhí)行相應(yīng)

50、的開啟、關(guān)斷、顯示等功能。 2）兩個(gè)外部中斷子程序：一個(gè)外部中斷子程序是由插卡動(dòng)作觸發(fā)。 這個(gè)中斷服務(wù)程序包括IC卡密碼的認(rèn)證、卡中可用水量的讀入及不同條件下相應(yīng)的處理動(dòng)作； 另一個(gè)外部中斷子程序是用于耗水檢測(cè)。 水表葉輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)柵格，就觸發(fā)一次中斷，實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)，從而可進(jìn)行耗水量的計(jì)算。 3）其它功能子程序：其它功能子程序包括電源監(jiān)控子程序、 聲音報(bào)警子程序、LCD液晶顯示子程序等。 每個(gè)子程序都負(fù)責(zé)一個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)。 4.3 智能水表的程序源代碼 根據(jù)課題的主要內(nèi)容和任務(wù)目標(biāo)，源代碼附錄3 結(jié)論與謝辭 本文以功耗低，體積小，成本低的MSP430

51、F149單片機(jī)為智能水表的主控芯片，設(shè)計(jì)一款具有讀卡功能、可顯示剩余水輪轉(zhuǎn)數(shù)、插一次卡剩余轉(zhuǎn)數(shù)增加200、水輪每轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)數(shù)減一等功能符合課題要求的超低功耗接觸式IC卡水表，以達(dá)到精確測(cè)量控制用水的目的，相信在實(shí)踐中加以改進(jìn)會(huì)有很好的應(yīng)用。 大學(xué)三年的學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束了，在這三年期間，我學(xué)到了許多相關(guān)電子的知識(shí)，也了解了一些基本的設(shè)計(jì)思路與方法。因而，我運(yùn)用所學(xué)到的知識(shí)來(lái)構(gòu)思完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從中也可以體驗(yàn)到自己的專業(yè)知識(shí)的積累度和能力，使自己能夠從中得到鍛煉與提高，為自己以后的就業(yè)實(shí)踐埋下一個(gè)好些的鋪墊。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我實(shí)習(xí)時(shí)完成的，在此我要感謝一位朋友對(duì)我的幫助，同時(shí)

52、也感謝在學(xué)校里負(fù)責(zé)帶我們的余紅娟老師，因?yàn)槭撬o我們提供的這次機(jī)會(huì)。在設(shè)計(jì)期間，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，通過(guò)與同學(xué)相互交流學(xué)習(xí)，同時(shí)還有余老師指導(dǎo)，使自己在實(shí)習(xí)期間能夠充分利用時(shí)間去完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。固然也有自己不少的心血與努力。俗語(yǔ)道：“一份耕耘，一份收獲”，我也學(xué)會(huì)了很多有關(guān)智能水表的知識(shí)及其相關(guān)的設(shè)計(jì)電路與流程，使自己的專業(yè)知識(shí)能夠豐富起來(lái)，同時(shí)我也感覺到自己的專業(yè)知識(shí)還非常的不足，經(jīng)歷了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的相關(guān)知識(shí)也有了較大的提高。在整個(gè)設(shè)計(jì)期間，我懂得了許多，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和自學(xué)的能力，增強(qiáng)了對(duì)自己工作能力的信心，從而使我充分體會(huì)到了在探索時(shí)的艱難和完成時(shí)的快樂(lè)。相信這對(duì)我以后的不論是

53、學(xué)習(xí)工作還是生活都會(huì)有相當(dāng)重要的作用和幫助。 在此，我再一次感謝我的那位朋友，我的同學(xué)們，還有余紅娟老師，感謝他們對(duì)我的指導(dǎo)與幫助，使我能夠從中學(xué)到很多的課內(nèi)外知識(shí)，也讓提高了自己的某些個(gè)人能力。 參考文獻(xiàn) [1]期刊論文 李采超．殳國(guó)華．張士文 基于MSP430單片機(jī)的接觸式IC卡水表設(shè)計(jì) 電工技術(shù) 2008 [2]期刊論文 王云平．任力．李朝東．邵定國(guó) 基于MSP430單片機(jī)的新型智能IC卡水表 機(jī)械工程師 2005 [3]邱銀安.周詠梅.彭三城.滿君豐 MSP430F149單片機(jī)及其應(yīng)用研究 株洲工學(xué)院學(xué)報(bào) 2004.9 [4]期刊論文 吳志成

54、．肇啟明．馬步青．郭紅軍 國(guó)內(nèi)智能化水表的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向 中國(guó)給水排水 2003 [5]期刊論文 王云平．任力．李朝東 基于MSP430單片機(jī)在新型智能水表開發(fā)中的應(yīng)用 計(jì)量技術(shù) 2005 [6]陳小忠 MSP430單片機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用 西安郵電學(xué)院63# 710061 2003.7 [7]楊雪巖 基于MSP430單片機(jī)的電子式水表設(shè)計(jì) 濟(jì)南大學(xué)控制工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用 2006 [8]郭三刺．王曉侃．王蕾．孫忠良．郭艷麗 一種基于MSP430智能IC卡淋浴控制器的設(shè)計(jì)與研究工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置 2010 附件清單 附件1. 原理圖 附件2. PCB圖 附件3.

55、程序源代碼 附件1. 原理圖 附件2. PCB圖 附件3. 程序源代碼 ①Flash_Operation: //****************************************************************************** #include "msp430x14x.h" /****************擦除信息斷數(shù)據(jù)*************************/ void info_flash_erase(u

56、nsigned char *erase_address) { FCTL2 = FWKEY + FSSEL_1 + FN4; FCTL1 = FWKEY + ERASE; FCTL3 = FWKEY; *erase_address = 0xFF; } /**********將RAM區(qū)數(shù)據(jù)copy至Flash信息段***************/ void info_flash_copy(unsigned char *source_address,unsigned char *target_address,unsigned int flash_length) {

57、unsigned int i; FCTL2 = FWKEY + FSSEL_1 + FN4; FCTL3 = FWKEY; FCTL1 = FWKEY + WRT; for (i=0; i

58、*連續(xù)寫數(shù)據(jù)至Flash信息段*****************/ void info_flash_write(unsigned char target,unsigned char *target_address,unsigned int flash_length) { unsigned int i; FCTL2 = FWKEY + FSSEL_1 + FN4; FCTL3 = FWKEY; FCTL1 = FWKEY + WRT; for (i=0; i

59、 // Write value to flash } FCTL1 = FWKEY; // Clear WRT bit FCTL3 = FWKEY + LOCK; } /**********將Flash信息段數(shù)據(jù)copy至RAM區(qū)************/ void flash_to_ram_copy(unsigned char *source_address,unsigned char *target_address,unsigned int length) { unsigned int i; for

60、(i=0; i

61、e((unsigned char *)0x1080); FCTL2 = FWKEY + FSSEL_1 + FN4; FCTL3 = FWKEY; FCTL1 = FWKEY + WRT; for (i=0; i<128; i++) { *Flash_ptrA++=*Flash_ptrB++ ; // Write value to flash } FCTL1 = FWKEY; // Clear WRT bit FCTL3 = FWKEY + LOCK; } /****主程序*****/ v

62、oid main(void) { unsigned char Data[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; //數(shù)據(jù)緩存區(qū) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; SCFQCTL=31; //MCLK=32*ACLK=1024KHz,DCO+=0 SCFI0=0; FLL_CTL0 |= XCAP18PF; info_flash_write(0x11,(unsigned char *)0x1000,10); //從從0x1000開始連續(xù)寫10個(gè)字節(jié)0x11；

63、 info_flash_erase((unsigned char *)0x1000); //擦除B段數(shù)據(jù)（0x1000--0x1080） info_flash_copy((unsigned char *)&Data[0],(unsigned char *)0x1000,10); //將DATA【10】數(shù)據(jù)寫到以0x1000開始的連續(xù)10個(gè)字節(jié) Data[0]=11;Data[1]=12; flash_to_ram_copy((unsigned char *)0x1000,(unsigned char *)&Data[0],10); //將以0x

64、1000開始的連續(xù)10個(gè)字節(jié)寫到DATA【10】 infoA_to_infoB(); //數(shù)據(jù)從A段copy 至B段 LPM3; ②IC_Card+Measure+LCD: //****************************************************************************** #include "msp430x14x.h" #include "IC_Card.h" /*************LCD define************

65、*******/ #define COM1 (0x0004) #define COM2 (0x0008) #define COM3 (0x0010) #define R13 (0x0020) #define R23 (0x0040) #define R33 (0x0080) #define SegA 0x01 #define SegB 0x02 #define

66、 SegC 0x04 #define SegD 0x80 #define SegE 0x40 #define SegF 0x10 #define SegG 0x20 #define SegH 0x08 #define Digit0 SegA+SegB+SegC+SegD+SegE+SegF #define Digit1 SegB+SegC #define Digit2 SegA+SegB+SegD+SegE+SegG #define Digit3 SegA+SegB+SegC+SegD+SegG #define Digit4 SegB+SegC+SegF+SegG #define Digit5 SegA+SegC+SegD+SegF+SegG #define Digit6 SegA+SegC+SegD+SegE+SegF+SegG #define Digit7 SegA+SegB+SegC #define Di