基于430单片机的
关键词：RTOS 任务调度 MSP430
引 言
1 在MSP430上使用RTOS的意义
一般的观点认为，MSP430上使用RTOS是没有意义的这是可以理解的。因为MSP430的硬件资源有限(以MSP430F149为例，只有2KB RAM),任何商业操作系统都不可能移植到MSP430上。目前在MSP430上得到应用的RTOS，只有μC/OS-II，但使用μC/OS-II 必须有昂贵的C编译器，这严重地限制了其在MSP430上的使用。
正是基于以上情况，笔者在应用MSP430过程中，编写了一个基于MSP430F149的RTOS，暂定名为M430/OS。它占用RAM量少、代码短小，稍加改动就可适用于大多数其它MSP430单片机。
在MSP430单片机系统上使用M430/OS，对系统有以下意义：(本网网收集整理)
① 实现软件设计的模块化。可将不同的功能模块编制成相应的任务，由操作系统按级别调用，不必为先执行哪个功能、后执行哪个功能而费神。
② 能更合理、有效地利用CPU有限的资源。按任务的重要程度安排任务的级别，能够保证最重要的任务得以最及时执行。
③ 大大降低系统故障率。低优先级的任务发生阻塞时，高优先级任务的执行不受影响。
2 M430/OS在MSP430F149上的实现
2.1 M430/OS功能特点
M430/OS有以下特点：
① 采用占先式内核，即高优先级的任务可以从低优先级任务“抢”回CPU控制权；
② 每个任务都单独开辟一个任务栈；
③ 每个任务占十几到几百字节的任务堆栈，任务栈的大小可以根据任务中现场数据、局部变量和嵌套调用的情况估算；
④ 每个任务各分配一个优先级,不支持两个任务有相同的优先级；
⑤ 不支持信号量、邮箱功能；
⑥ 任务状态只有三种：运行(executing)、就绪(ready)、挂起(suspended)；
⑦ 系统占用RAM量=（（任务个数+1）×4）+6字节，不包括任务堆栈；
⑧ 代码量少，目前版本的代码共有86行汇编代码，256字节目标代码；
⑨ 理论上最多支持126个任务；
⑩ 任务锁定功能：在一段低优先级的代码中，不想让操作系统把CPU权切换到别的任务，这时可以把这代码锁定，在运行这段代码时，就不会引起任务切换；
任务唤醒功能：在一个任务中产生一个的事件来触发其它任务运行（如果被触发的任务优先级高的话，就会马上运行）。
2.2 系统函数介绍
① OS_Init：多任务初始化，进行任务栈（任务栈的结构见图1）、任务延时计数、任务状态的初始化。初始化完成后，系统直接切换到最高优先级的任务，多任务系统启动。
② OS_Time_Dly：把当前任务挂起一段指定时间让其它任务运行。
③ OS_Sched：任务调度，它先把每个任务的延时数减1，然后再找出最高优先级的就绪任务，并切换到这个就绪任务。如果无就绪任务，就切换到空闲任务。
④ OS_Free_Task：空闲任务，是一个很重要的系统任务，当所有任务都挂起时，运行此任务。它主要是对一个计数器Free_Count一直进行累加，用户可以根据这个计数器计算出CPU的利用率。
⑤ OS_Task_Lock：锁定任务调度，禁止任务调度。主要用来锁定在低优先级中的一些可重入的代码或一些重要代码。
⑥ OS_Task_Unlock：解锁任务调度，和上面的子程序功能相反。
⑦ OS_Task_Wakeup：唤醒指定优先级的任务，并产生一次任务调度，如果被唤醒任务的优先级比当前运行的任务的优先级高，任务就会切换到被唤醒的任务中，否则等待下一个调度时机。
2.3 主要功能的实现
（1）任务初始化
系统加电运行后，首先对硬件资源进行初始化，接着就要对多任务进行初始化了。主要是初始化每个任务的任务栈、每个任务的时钟滴答数和堆栈指针位置。我们把每个任务栈都初始化成图1形式。
任务栈的初始化如下程序（r11是用来初始任务堆栈的一个指针，r10是一个循环计数器）：
mov.w #(栈底 + 2) , r11
clr.w Task_Tick(r10) ;清0时钟滴答数
mov.w #任务首地址 , 0(r11) ;把任务地址压入堆栈
mov.w SR , -2(r11) ;把标志寄存器放入任务栈
mov.w r11 , Task_SP(r10)
sub.w #现场所占的字节数 , Task_SP(r10) ;SP位置放
;入堆栈
初始化完任务栈之后，就把堆栈指针指向最高任务优先级任务栈的任务首地址处，再执行ret返回。这样，多任务就启动开了，程序如下：
mov.w #09feh , sp ;最高优先级的任务栈任务首地
;址位置
ret ;返回到最高优先级的任务
任务初始化的流程如图2所示。
（2）时钟节拍
时钟节拍由MSP430F149的TimerA产生。TimerA工作于上升模式，CCR0中是TimerA计数最大值。TimerA初始化代码如下：
bis.w #(TASSEL1+TACLR+MC_1),&TACTL
mov.w 2(sp),&CCR0 ;计数最大值，此值决定时钟节拍
bis.w #CCIE,&CCTL0
（3）任务调度
应用程序调用OS_init进行初始化后，直接切换到最高优先级的任务。
每个任务在运行一个循环后执行OS_ Time_Dly挂起。这是通过把该任务的延时数填到该任务的Task_ Tick中，然后再执行任务调度程序实现。
任务调度就是在定时中断时对所有任务的Task_ Tick减1，然后再按优先级高低的顺序查找Task_Tick减到0的任务，并直接跳到任务切换程序。
下面是任务切换程序（r10的内容是就绪任务的标志，由调度程序找出）：
pushALL ;把当前任务现场入栈
mov.b Now_Task,r11 ;当前任务标志放r11
mov.w sp,Task_SP(r11) ;保存当前任务堆栈指针
mov.b r10,Now_Task ;就绪任务标志变为当前任务标志
mov.w Task_SP(r10),sp ;就绪任务的任务栈指针放入SP
;此时再进行堆栈操作就是对就绪任务的任务栈操作了。
popALL ;把就绪任务的`现场出栈
reti ;中断返回，返回到就绪任务
任务调度的调度时机有两种：一种是在任务挂起时，一种是定时中断。任务挂起时的任务调度一定会引起任务切换，定时中断就不一定引起任务切换了。因为，如果就绪任务是当前正在运行的任务时不会引起切换。正是如此，任务调度是RTOS中执行得最频繁的一个功能，也是最重要的一个功能，所以必须尽量缩减其代码量，尽量用可靠的调度算法来减少任务调度所占的时间。这个子程序的流程如图3所示。
（4）任务锁和其它功能的实现
任务的加锁与解锁，是为了使一些在低优先级任务的不可重入代码，或对实时性要求较高的I/O操作在执行中不产生任务切换。这项功能是通过设置一个标志位实现的。当调度程序检查到任务被锁定时，就算有就绪任务也必须等开锁之后才能切换。
如果系统突然产生一个事件要某个挂起的任务来处理，可以在事件产生的程序中调用任务唤醒。它的原理是把Task_Tick清0，然后执行一次任务调度。如果这个任务优先级较高，就直接切换到这个任务里执行。
3 总 结
拥有强大处理能力的MSP430系列单片机是一个16位的单片机,共有11种寻址方式:7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址。它采用精简指令集结构,拥有27条内核指令、大量的模拟指令、大量的寄存器以及片内数据存储器,可以用来参加多种运算。另外,还有高效率的查表指令,在8 MHz晶体的驱动下指令周期为125 ns,处理速度较高,这些特点都保证了MSP430单片机能够编制出高效率的源程序。
目前,单片机正向CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、多品种等方向发展。其应用的意义在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想,以前必须由模拟电路和数字电路实现的大部分功能,现在都可以用单片机通过软件的方法来实现,软件代替硬件逐渐成为一种潮流和趋势。数字时钟在单片机模块里比较常见,它是一种用0数字电路技术来实现时、分、秒计时的装置,与传统的机械时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命。数字时钟广泛应用于个人家庭、办公室、车站等公共场所,是人们日常生活的必需品,在数字集成电路迅速发展和石英振荡器广泛应用的背景下,其精度已经远远超过了老式的钟表,并在原来的基础上扩大了功能,比如自动报警、按时自动打铃、通断动力设备以及各种定时电器的自动启用等。因此,研究MSP430单片机的数字时钟系统有着重要的现实意义。
2 系统硬件设计
2.1 电路设计图
MSP430单片机的电路通过键盘来设置,并调节数码管上显示的日期和时间,数据通过模块的整理和传送来控制其他各个模块的正常运行,时间通过LED数码管显示器显示。系统结构如图1所示。
2.2 复位电路设计
MSP430单片机系统复位电路的功能模块一共有2个复位信号,一个是上电复位信号POR,另一个是上电清除信号PUC。如果器件上带电或者将RST/NMI引脚配置为复位模式(即RST/NMI引脚产生低电平时),器件会产生上电复位信号;当起动看门狗,向看门狗及片内FLASH写入错误的安全参数值时,会产生上电清除信号。当产生上电复位信号时,就一定会产生上电清除信号;而当产生上电清除信号时,却不会产生上电复位信号。复位电路如图2所示。
2.3 晶振电路设计
MSP430型号的芯片所有晶振接口上的旁路电容值大概都是2 p F。我们可以把旁路电容看成是晶振和单片机之间的负载电容,但是旁路电容因晶振和单片机的距离以及单片机的种类在电机焊接时方法的不同而不同。我们选择负载能力较强的晶振,是为了让晶体更好地起振。由于MSP430系列芯片是低功耗单片机,所以其I/O流过的电流比较小,在这种情况下就必须要求晶振的谐振电阻要小,如果太大,I/O便不能供应足够的电流让晶振正常工作。MSP430系列型号的芯片对晶振输出的正弦波震荡幅度也有要求,规定是必须要有0.2Vcc的输出电压。影响晶体起振的原因有以下几种:晶振ESR的大小、晶振起动后负载电容的大小、单片机电压电源的范围、PCB布线和电气隔离、电路的外部环境因素等。
在振荡回路中,晶体既不能过激励,要低于高次谐波,同时也不能欠激励,否则不易起振。晶体的选择要考虑到以下几点:谐振频点、负载电容、激励功率、温度的特性和长期稳定性。晶振电路如图3所示。
2.4 时钟模块设计
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片,内含一个实时时钟和31 B静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟电路提供年、月、日、星期、时、分、秒的信息,每个月的天数和闰年的天数可以自动调整,时钟操作可通过AM/PM指示采用12/24小时格式。DS1302与单片机之间能够采用同步串行的方式进行通信,但是需要用到3个口线:RES复位、I/O数据线、SCLK串行时钟。RST是复位/片选线,可通过输入RST来驱动高电平起动所有的数据传送。输入RST可实现有2种功能:(1)RST要接通控制逻辑,允许地址序列送入移位寄存器;(2)RST提供终止单字节或多字节数据的传输手段。当RST为高电平时,会终止此次数据的传送,同时I/O的引脚会变为高阻态。当上电运行时,在Vcc超过2.5 V之前,RST一定要保持低电平。只有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入、输出端,而SCLK始终为输入端。图4为DS1302时钟模块电路图。
2.5 键盘模块设计
本次设计采用的是独立式键盘电路,使用单片机的I/O口线直接连接,每个按键对应一个口线,每根按键上的按键工作状态不会影响到其他I/O口线的状态。键盘的工作方式分为2种,即编程控制方式和中断控制方式。首先设置各个口线为输入模式,通过中断方式或软件查询方式获取信息,从而得知各个口线是否有键按下,如果有键按下,则口线端口为高电平,否则为低电平。在按下设置键对时间进行调整之前,可以通过“+、-”按键进行调节,如果想调整多个时间点,在对其中一个时间点设置完成后,系统可以自动跳到下一个时间点上,从而可实现对所有时间点的调整。调整结束后,返回到调整之后的时间,并显示出来。图5为按键模块电路图。
2.6 显示模块电路
我们知道,LED数码管里有8只发光二极管,分别记做a、b、c、d、e、f、g、和dp。其中,dp为小数点。每一只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上,我们把这点叫做共阴极LED的公共端(COM)。只要在某段二极管加上高电平,该段即点亮,否则为暗。共阴极LED显示器的控制采用接地的方式,通过控制LED的“GND”引脚电平的高低来达到选通的目的,该引脚就是我们通常说的位选线。共阳极的工作原理恰好相反。
在使用LED显示器时,每段工作电流一般为2~10 m A。这样,当LED处于全亮状态时,工作电流约为15~80 m A。LED显示器的亮度除与工作的电流有关外,也与LED的具体型号有关,根据显示亮度的不同,分为普通亮度、高亮度和超高亮度。正常情况下,LED的亮度是普通亮度的10倍,在电流为1~2 m A时即可点亮。图6为显示模块电路。
3 系统软件设计
3.1 DS1302时钟流程图
程序在运行时要对DS1302进行设置,开始调整之前要先对DS1302系统进行初始化,看看当前系统的时间是否为0,确认无误后,对时间进行上传,将有效的信息存储在EPROM中,然后上传给信息管理层,信息管理层收到命令后对相应的时间进行修改,然后显示出具体的时间。其具体流程如图7所示。
3.2 LED数码管显示流程图
LED数码管在显示之前,要对串口的工作方式进行设置,并设置对应的地址指针,然后选择数段码,通过传送过来的脉冲来显示,最后显示段位的时间,接着再次选择段位,通过下一次传送显示这个段位的时间,以此类推,当所有的段位都显示出来后,取段码结束,显示时间成功,具体流程如图8所示。
4 系统调试与仿真
系统调试与仿真用到的是IAR Systems公司开发的IAR EW430软件,它是全球领先的嵌入式系统开发工具,包含带有C/C++编译器和调试器的集成开发环境、实时操作系统等许多建模工具。
首先要创建工作站,打开IAR Embedded Workbench。单击“开始”、“程序”、“IAR Systems”、“IAR Embedded Workbench for MSP430 V3”,自动创建一个新的工作站。创建并保存工程,选择工程类型和保存路径,同时输入文件名,单击“保存”按钮。创建或加载源文件,创建源程序,首先单击“FILE”、“NEW”、“FILE”,之后按下快捷键出现所需要的源程序编辑界面,编程界面标点应为英文。加载源文件,单击菜单“Project”、“Add File Test”出现需要的加载源文件界面,选择相应的界面类型,出现相应的文件,选中需要加载的文件,单击“打开”按钮,源文件加载完成后,在工程Test下出现430P1.s43和Output子目录。保存工作贴,单击“FILE”、“Save Workspace”,输入文件名Test Workspace,单击“保存”按钮,保存工作站工作完成。编译环境设置,选择需要调试的单片机型号,即目标芯片设置,再设置软件模拟仿真或FET在线仿真调试,这是仿真方式设置。仿真器接口类型设置,设置并口FET,并连接到单片机的JTAG接口。接下来是工程的编译和调试,选中源文件后双击鼠标左键,进入源程序编辑状态,连接生成目标代码。最后是调试,在程序通过连接生成目标代码后,将连接生成的目标代码通过单击“Project-Debugger”进入调试集成环境。
5 结语
通过此次研究设计,笔者学到了关于MSP430的一些基本应用,加深了对数字时钟的了解及认识。由于单片机技术已经发展成熟,我们更多的是借鉴前人的工作来完善设计,当然我们在前人的基础上前进了一小步,无论是元器件的选择还是程序的设计,都比他们做得复杂,这不是简单意义的重复,而是消化、吸收和创新。
摘要：简要介绍了MSP430单片机及利用这种单片机进行时钟系统设计的意义,进一步详细探讨了MSP430单片机时钟系统的设计原理和设计方法,包括系统的硬件设计和软件设计,最后概述了系统的调试与仿真设计。
关键词：数字时钟,MSP430单片机,数码管,调试与仿真
参考文献
[1]张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社,2004
[2]胡大可.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京航空航天大学出版社,2000
[3]李智奇,向小平,陈晓龙,等.MSP430系列超低功耗单片机原理与系统设计[M].西安电子科技大学出版社,2008
关键词：MSP430单片机；烟雾；传感器；报警器
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 14-0009-01
一、烟雾报警器系统总体设计方案
烟雾报警器的主要功能是分析环境中的烟雾浓度并报警。它由烟雾检测模块、单片机控制电路、报警电路、LED显示器和电源五部分组成。烟雾检测模块选用MQ-2型烟雾传感器，它能将烟雾信号转化为模拟的电信号，该信号经过放大以后传递给MSP430单片机片内A/D转换器转换成数字信号，单片机对数字信号进行分析处理，看结果是否大于设定的门限值，若大于预设值则启动报警装置，发出警报信息，否则为正常状态。
二、硬件电路设计
信号采集系统采用的是MQ-2型烟雾传感器。它是一种技术先进、工作可靠度高的离子式烟雾传感器，其性能优于其它气敏电阻传感器。具有抗腐蚀能力强、高灵敏度、结构简单、功耗小、成本低、维护简便等特点。对火灾初期各类燃烧物质引燃阶段产生的不可见及可见烟雾，检测稳定可靠，且能有效地防止粉尘干扰所引起的非火灾误报。其检测电路如图1所示
MQ-2型烟雾传感器的工作原理：当火灾场所发生的烟雾进入到监测电离室，位于电离室中的检测源镅241放射a射线，使电离室内的空气电离生成正负离子。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的，离子处于平衡状态；火灾发生初期释放的气溶胶亚微粒子及可见烟雾大量进入外电离室，吸附并中和正负离子，使电离电流急剧减少，破坏电离平衡状态，输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号。
结构特征：整机电路由稳压、信号检测、信号处理、比较触发、信号输出等电路组成。
主要技术指标：工作电压：5.0±0.2V（DC）；报警即时；采用声光报警方式；自动解除报警接触方式；电压信号输出；无烟时对应低电平，有烟时对应高电平的信号输出方式。
信号处理系统采用MSP430F2272型单片机。
MSP430系列单片机是由美国德州仪器公司1996年开始向市场推出的一种16位混合信号信号处理器。将多个不同功能的模拟电路、数字电路、微处理器集中在一个芯片上，使它更加符合工程设计的要求。
MSP430系列单片机具有以下特点：
（一）超低的功耗。其电源电压在1.5-6V之间，待机模式时电流小于0.1μA，适合电池供电。它具有两种不同的时钟系统，五种低功耗模式，可嵌套中断，内部模块可以关闭。
（二）强大的处理能力。采用RISC结构的16位单片机，具有硬件乘法器，DMA模块，可实现FFT、DTMF等算法。
（三）丰富的片内片外模块。这包括时钟模块由高速晶体振荡器、低速晶体振荡器、数字控制振荡器DCO及锁频环FFL、多通道高精度的ADC和DAC、电源电压监控模块SVS、片内模拟比较器、多个具有PWM功能的定时器、片内USART、液晶驱动器、硬件乘法器、看门狗定时器（WDT）、基本定时器、定时器A、定时器B、大量的I/O端口以及大容量的片内存储器等。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
（四）方便高效的开发环境。Flash型具有片内JTAG接口，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。
（五）系统工作稳定。主时钟出现故障，内部时钟会自动开启。本设计采用MSP430F2272型单片机，其主要参数如下：32KB的Flash ROM、512B片内RAM、32个I/O口、12通道10位的ADC、3个16位定时器A和3个16位定时器B。
三、系统软件的设计与实现
系统软件包括主程序、中断唤醒子程序、烟雾信号检测子程序和电池电压检测子程序。采用C语言编程，便于系统维护和功能扩展主程序流程图如图2所示，在烟雾信号检测子程序流程图如图3所示。
初始化时，MCU工作在低功耗模式LPM3。TA0每8s中断一次，MCU退出LPM3模式，调用烟雾信号检测子程序。为了避免误报警，系统只有连续3次探测到烟雾信号，才启动报警电路报警。
软件设计中应注意的问题：初始化程序时，单片机中未使用的引脚应设置为输出状态，以减小功耗；由于光电传感器及信号放大电路的上电和稳定需要一定时间，因此在采样程序中，开启A/D转换器之前要要有一段时延；灵活利用MSP430单片机的低功耗模式，以降低系统功耗。
参考文献：
[1]叶启明.实用的火灾烟雾报警器[J].家庭电子，2004，2.
[2]胡昊.基于烟雾报警器的火灾自动报警系统[J].传感器世界，2004，12.
学生姓名 学 号 所在学院 专业名称 班 级 指导教师 成 绩
四川师范大学成都学院 二O一五年十二月
基于AT89C52的电子时钟设计
摘要：
单片机在电子产品中的应用越来越广泛，特别是51系列的单片机，由于其使用方便、价格 低廉等优势，在市场上占有很大的份额。AT89C52就是51系列中的一个比较成熟的型号。本设计是一个多功能的实时时钟，带秒表、整点报时、闹铃、调整时间等功能。可按键直接设置闹铃时间。由AT89C51单片机、DS1302、LCD1602等模块组成。现代社会，时间就是金钱，时钟是每个人的必备品。本设计实现了所需功能，给大家带来方便，整体性好、人性化强、可靠性高，实现了时钟的多功能应用。
关键词：电子时钟；DS1302；LCD1602；
Abstract: Single-chip computer is finding wider and wider application in the electronic products, especially the 51 series microcontroller, due to its convenience, price is low wait for an advantage, holds a large share in the market.AT89C52 is 51 series of a more mature model.This design is a multi-function real-time clock, stopwatch, adjusting time of the hour, alarm, etc.Can be directly set alarm time button.Composed of AT89C51, DS1302 and LCD1602 module.Modern society, time is money, the clock is an essential for everyone.This design can realize the function needed, bring convenience, integral sex is good, human nature is strong, high reliability, realize the multifunctional application of clock.Keywords: electronic;clock;DS1302
II
目录
引言：..............................................................1 1.设计要求与方案....................................................1 1.1 设计要求：....................................................1 1.2 系统基本方案选择..............................................1
1.2.1单片机芯片的选择方案和论证.............................1 1.2.2 显示模块选择方案和论证.................................2 1.2.3时钟芯片的选择方案和论证...............................2
2.设计方案的选择....................................................3 2.1计时方案.....................................错误！未定义书签。2.2 单片机的基本结构.............................错误！未定义书签。2.3数字钟的构成..................................................4 2.4数字钟组成框图................................................4
2.4.1晶体振荡器电路.........................................4 2.4.2 整点报时电路...........................................4
3.系统的软件设计...................................................4 3.1程序流程图....................................................4 3.2程序的设计....................................................6 4.实验箱调试结果....................................................8 5.总结心得体会：....................................................9
III
引言：
随着科技的快速发展，时间的流逝,从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS1302。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且DS1302的使用寿命长，误差小。对于数字电子时钟采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该设计以AT89C51单片机作为核心，功耗小，能在3V的低压工作，电压可选用3~5V电压供电。
综上所述，此电子时钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。
1.设计要求与方案
1.1 设计要求：
(1)启动时显示制作的年、月、日、制作者的学号等信息。(2)24小时计时功能（精确到秒）(3)整点报时功能。(4)秒表功能
(5)省电功能模式（未设计）1.2 系统基本方案选择
1.2.1单片机芯片的选择方案和论证 方案一: 采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二：
采用AT89S52,片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时 也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且具
有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增
功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。相比之下，我们在实验箱实际仿真时选择采用AT89S52作为主控制系统，由于proteus库中没有AT89S52，在原理图仿真时采用了AT89C51 1.2.2 显示模块选择方案和论证 方案一：
采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高所以也不用此种作为显示.方案二：
采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,显示多样,清晰可见 本设计采用LCD1602 1.2.3时钟芯片的选择方案和论证 方案一：
直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、时、分、秒计
数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。所以不采用此方案。
方案二：
采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对
秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的RAM 做为数据暂存区，工作电压2.5V～5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA.综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用AT89C52作为主控制系统，DS1302提供时钟计时，LCD1602屏幕显示.2 2为一个分频器来使用。对于芯片的使用，我们应该在了解它的各项功能的前提条件下，灵活巧妙地运用。具体的芯片资料和图片我们通过查阅相关的书籍，在网上能够很方便的查找。
经过这次电子钟作品设计与制作让我收获很多：
一、让我明白了“三个臭皮匠顶一个诸葛亮”和“团结就是力量”等名言名句的道理，让我明白只要我们团结协作没有什么困难是战胜不了的，团结让我们成功，团结让我们胜利，团结让我们的力量更大；
二、增进我和老师同学之间的友谊情感，在与老师互动学习的过程中使我体会了老师解决问题的方法与思路，让我领会了解决问题精髓，使我们学习更有活力更有信心更有自信，培养了我们的协助合作能力；
三、培养了我们的动手能力和独立解决问题的能力；
四、培养了我们的自主学习能力和利用网上这个广阔平台的学习能力；
五、使我学会了用专用的画图工具和画图软件Protel99SE画电路图的能力，通过这次作品的制作使我对Protel99SE原来的不熟悉到现在的比较熟练，画的图也比原来更合理，速度更快了；
六、锻炼了我们的焊接技术和焊接工艺，使我的焊接能力上了一个台阶；
七、培养了我管理和协调各项工作的能力，在制作的过程中也有不协调的一面但我都能一一克服了，这也使我在管理等方面能力的提高。2.3数字钟的构成
数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。2.4数字钟组成框图 2.4.1晶体振荡器电路
晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。（f）带有消抖电路的校正电路
2.4.2 整点报时电路
电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。
当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QC和QA、个位的QD和QA及秒计数器十位的QC和QA相与，从而产生报时控制信号。报时电路可选74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。
3.系统的软件设计
3.1程序流程图
图-A 主程序流程图
图-B 整程序流程图
间调
时 3.2程序的设计 程序
#include
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define TIME(0X10000-50000)#define FLAG 0xf4 //闹钟标志
sbit rst=P1^2;//DS sbit clk=P1^0;sbit dat=P1^1;sbit rs=P2^0;//LCD sbit rw=P2^1;sbit e=P2^2;sbit beep=P1^3;sbit mbkey=P1^4;
uchar k;uchar flag;uchar i=20,j,time1[16];uchar alarm[2],time2[15],time[3];time5[3];uchar code Day[]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};//12个月的最大日期(非闰年)uchar //ms秒表进数，mbmiao.mbfe秒表的秒.分，key2num是key5的计数
key2num,ms=0,mbmiao=0,mbfen=0,mbkeynum,num;uchar code table[]=“ 32210324 GYY”;uchar code table1[]=“ 32210326 GLQ”;uchar code table4[]=“ 00:00:00 MB ”;
void delay(uint z){ uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}
delay1ms(uchar time)//延时1ms { uchar i,j;for(i=0;i //LCD驱动部分 enable(){ rs=0;rw=0;e=0;delay1ms(3);e=1;} write2(uchar i){ P0=i;rs=1;rw=0;e=0;7 delay1ms(2);e=1;} write1(uchar data *address,m){ uchar i,j;for(i=0;i 实现功能的具体方法： 时钟主界面时按下K1键进入秒表功能，按K2秒表开始，再按K3秒表停，按键K4返回时间显示；按K4开始调试（移位“年→秒”），接着按K2、K3调节时间增减；按K2开启闹钟，K3调节时间，K4（移位“时分”）；按“年→秒”的顺序移位，按键K2进行减运算，按键K3进行加运算，按键K1返回到主界面并显示设置值。 按下K3键,实现闹钟定时调整，按键K4进行“分-秒”移位，按键K3进行 上调，按键K2返回到主界面。 主界面K2实现开启/关闭闹钟的功能。按下K1键进入秒表，按键K2开始计时，K3暂停计时，K4返回到主界面。 5.总结心得体会： 通过这次电子时钟设计，其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。程序设计是课程设计的关键环节，开始以为时钟会很简单，就算遇到问题应该也很好解决，但当自己真正去做的时候，发现了好多困难。于是查资料，问同学和老师。经过老师和同学的探讨，通过调试进一步完善程序设计，最后虽然省电模式没实现但其他基本达到课题所要求的指标。完成了实习任务。这次实习我更加了解了单片机的应用，更加牢牢的掌握了书本知识与现实的结合，总之这是实习收获很大，以后还需多动手实践，多练习编程，才能熟练掌握单片机。 前言 随着大规模集成电路制造技术的不断发展，推动了单片机技术的发展，也为机电一体化奠定了基础。机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机随着技术、接口技术、信息技术以及软件编程等综合技术，特别是微型计算机已日益广泛应用于机械产品和生产过程的控制，使机、电有机的结合，发展成为机电一体化技术。基于单片机技术的机电一体化技术，自动化水平明显提高，机电一体化的水平更趋于稳定和彻底。同时，随着单片机的广泛运用，使机电一体化技术更具智能化特征。智能化是新世纪机电一体化技术的一个重要发展方向，通过吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。 1、单片机的主要特点 单片微型计算机简称单片机，是将计算机的基本部件微型化，使 之集成一块芯片上的微机。片内含有 CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。单片 机具有体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点。新型单片机可承担数据与数值分析、信号处理、机器人智能控制，以及图象处理等复杂任务。机电一体化应集机械电子于一体，从使用者角度看，机电一体化产品表现出高度的自动化、智能化、功能强大而且操作简便。从本质上看，机电一体化产品均应用微电子技术，使产品质量、性能、效率、节能等诸多方面具有较高的水平。 2、机电一体化概述 机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。它是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化设备。传统机械制造业是靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。 3、单片机技术在机电一体化技术中的作用 单片机具有全电脑功能，且体积小、可靠性高、价格便宜、简单易学和开发应用方便，深受广大科技人员的欢迎。单片机具有众多的I/O口线，丰富的操作指令，较强的逻辑能力，特别适用于各类机电一体控制系统。主要有以下方面：过程控制、数据采集、智能化仪器仪表、机电设备的现代化改造等。将单片机应用于机电一体化系统，有利于提高有利于提高设备的自动化水平及可靠性，有利于降低生产成本。 机电一体化技术的应用领域 2.1数控机床 我国机床拥有量高居全球之首，2010年产值达1260亿元人民币，超过意大利排名世界第三。数控机床代表了一个国家机床生产的水平。目前，我国生产的数控机床约占国内市场份额的31%，其余从境外进 口。时下我国中高端数控机床市场的绝大部分被境外产品占领，其中高端数控机床国内产品的市场占有率仅4%左右。经过多年发展，我国机床生产虽然取得了很大成绩，但就技术水平和整体实力而言，在世界上仅处于第二梯队的中前位置，美欧日排在第一梯队。数控机床具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 22自动机与自动生产线 在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线 及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如: 2000一50000瓶小的啤酒自动生产线;15000一120000瓶/h的易拉罐灌装生产线;各种高速香烟生产线;各种印刷包装生产线;邮政信函自动分捡处理生产线;易拉罐自动生产线;FEBOPP型三层共挤双向拉伸 聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。 23机器人 机器人是20世纪人类最伟大的发明之一。从某种意义上讲，一个国家机器人技术水平的高低反映了这个国家综合技术实力的高低。机器人已在工业领域得到了广泛的应用，而且正以惊人的速度不断向军事、医疗、服务、娱乐等非工业领域扩展。毋庸质疑，21世纪机器人技术必将得到更大的发展，成为各国必争的知识经济至高点。在计算机技术和人工智能科学发展的基础上，产生了具有感知、思维和行动功能的智能机器人，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务，比一般的工业机器人具有更大的灵活登、机动性和更广泛的应用领域。智能机器人作为新一代生产和服务工具，在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的位置，如核工业、水下、空间、农业、工程机械(地上和地下)、建筑、医用、救灾、排验、军事、服务、娱乐等方面，可代替人完成各种工作。同时，智能机器人作为自动化、信息化的装置与设备，完全可以进人网络世界，发挥更多、更大的作用，这对人类开辟新的产业，提高生产水平与生活水平具有十分现实的意义。 2斗汽车电子化产品 汽车上比较常用的一般有5种仪表和3种相应的传惑器，即电流表、机油压力表、水温表、燃油表、车速里程表等指示仪表和机油压力传感器、水温传感器和油量传感器。目前，电子化仪表已经取代机械式仪表。这是由于机械式仪表一旦出现故障将很难处理，而电子化仪表则不同。采用电子化仪表不仅可以改进驾驶员的目视性，还有助于汽车仪表的多样化。 2万在微型机电化中的应用 单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。这次毕业设计通过对它的学习、应用，以AT89S52芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简易的电子时钟，它由4.5V直流电源供电，通过数码管能够准确显示时间、日历，调整时间、日历，从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。 1.1 选题的背景 随着科技的快速发展，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。 单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的[2]。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。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，录象机、摄象机，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟。在城市的主要营业场所、车站、码头等公共场所使用的多功能数字电子钟已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的数字电子钟大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂，功率损耗大等缺点。因此有必要对数字电子钟进行改进。 随着半导体技术的飞速发展，以及移动通信、网络技术、多媒体技术在嵌入式系统设计中的应用，单片机从4位、8位、16位到32位，其发展历程一直受到广大电子爱好者的极大关注。单片机功能越来越强大，价格却不断下降的优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选，同时单片机应用领域的扩大也使得更多人加入到基于单片机系统的开发行列中，推动着单片机技术的创新进步[3]。 多功能数字时钟的用途十分广泛，只要有计时的存在，便要用到数字时钟的原理及结构;同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费者的喜爱。随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断提高 。时钟已不仅仅被看出一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现在时钟生产研究的主导设计方向[4]。 电子时钟也随着单片机的发展而日趋完善，目前，电子时钟在走时准确，调时方便，功耗等方面都比机械时钟有较大的进步。在以单片机为核心的电子时钟的发展更是一个质的飞跃。在不久的将来，电子时钟会有更进一步的发展。 2 研究的基本内容 本课题利用单片机AT89C51的控制来实现数字电子钟的功能：采用模块设计法完成多功能数字时钟的设计。基本功能是时钟显示，能准确显示“时”、“分”、“秒”，并具有快速校准时、分、秒的功能。时钟显示同时具有实时温度显示。扩展功能有具整点报时功能以及闹钟功能。 2.1 基本框架 按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由电源转换模块、主控制模块、时 钟及温度模块、显示模块、键盘接口模块共5个模块组成，电路系统设计框图如下图所示。 电路系统构成框图 2.2 研究的重点和难点 (1)设计并显示具有时、分、秒计时功能的时钟; (2)有关单片机中定时器的使用; (3)可断电保护工作时段，可修改工作时间和工作时段。 2.3 拟解决的关键问题 (1)LED显示模块的驱动和编程; (2)如何利用单片机的外部中断实现时钟功能和运行模式的转换。 3 研究的方法及措施 基于单片机的多功能数字时钟的设计，单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具备微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出量，实现自动控制。在本次设计中采用单片机技术来实现数字钟的功能。微处理器的选择，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只 读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，是与MCS-51兼容的4K字节可编程闪烁存储器。寿命为1000写/擦循环，数据保留时间为，全静态工作，0Hz-24Hz三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。发光二级管LED具有亮度高、功耗小、寿命长、工作电压低、易小型化、等优点。由于LED工作电压低(仅1.5-3V)，能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压(或电流)调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长( 10万小时)，所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与 LED显示方式匹敌校时和定时电路的设计[5]。实时控制电路是时钟电路的一个重要组成部分，采用的是一个时钟芯片，单片机从中读取数据送到显示器上显示，从而实现数字钟的功能，还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。通过这些控制电路的连接构成了完整的电路。将系统进行整合、改进并调试，测试是否达到预期的系统各性能指标。 4 预期成果 以AT89C51单片机为基本核心元件，与软件设计相结合实现数字钟系统。系统硬件电路简单，调试方便。而且体积小，使用起来更加方便。通过实验验证该数字钟显示效果良好，单片机控制相当准确。数字钟可以进行24小时制的计时，并且具有时分秒显示功能，在此基础上，同时还具有实时温度显示，整点报时功能以及闹钟等扩展功能。用单片机来实现设置工作时段，并且有断电保护，并且可以十分方便的修改时钟的时间和工作时段，具有一定的实用价值。 5 研究工作进度计划 1) 10月28日---月04日 材料的收集 2) 2011年11月10日---2011年11月15日 各个电路模块设计与连接 3) 2011年11月16日---2011年11月26日 软件模块的设计与调试 4) 2011年11月27日---2011年12月05日 整个系统的调试和实现 5) 2011年12月06日---2011年12月10日 系统的优化和调试 6) 2011年12月11日---2011年12月15日 拟写论文初稿 7) 2011年12月16日---2011年12月25日 进行答辩准备 参考文献 [1] 张静. 基于单片机数字钟的设计[J]. 办公自动化, , (17): 50-51. [2] 罗佳. 基于单片机的数字电子钟及其实现[J]. 常州信息职业技术学院报, , 9(2):17-22. [3] 马丽萍, 肖渊. 基于Proteus的数字钟设计及仿真[J]. 西安工程大学报,, 23(3): 59-62. [4] 左璐. 时序电路―电子钟的设计[J].现代商贸工业, 2010 (16):382. [5] Haixia Jing. Design and Realization of Multi-functional Gateway Based on SingleChip [J]. Image Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件。Proteus可以对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具,可以在没有目标单片机情况下对系统进行调试、 测试和验证,支持Keil51、MPLAB、IAR等第三方的软件编译和调试环境。 Proteus主要由两个设计平台组成:一是ISIS(Intelligent Schematic Input System) 原理图设计与仿真平台;二是ARES (Advanced Routing and Editing Software)高级布线和编辑软件平台。仿真实验中主要使用ISIS原理图设计与仿真平台。 2硬件仿真 硬件电路设计实现8个LED灯依次按照“单个LED左移模式、 单个LED右移模式、多个LED左移模式、多个LED右移模式”这四个模式循环点亮,每个LED灯点亮时间为0.5s。 为减小电路仿真与最终的硬件实现间的差异,在元器件选择方面尽量选择与实际硬件电路中相同品牌、型号和封装类型的元器件。在Proteus ISIS原理图编辑器中绘制的硬件电路图如图1所示。 电路中用到的元器件有单片机MSP430F249、发光二极管LED、电容CAP、电阻RES、晶振CRYSTAL等。 3软件设计 程序设计的重点在于如何有技巧的设计彩灯的四种点亮模式。使用430C语言进行程序编写。程序首先定义一个枚举类型LED_ MOD,定义了四种显示模式,利用枚举类型定义变量mode,该变量在程序中负责控制LED灯显示的方式。主程序中先关闭开门狗,P1输出全部为高电平,关闭所有LED灯。主循环中利用for循环控制LED等的顺序点亮,可将循环次数设为宏定义,提高程序的可读性和可移植性。 使用IAR V5.3及以上版本对MSP430单片机进行C语言编程, 注意工程配置时在Output File项目中选择Override default,并将文件类型修改为“*.hex”文件。打开Proteus ISIS原理图编辑器, 双击MSP430F249单片机,加载刚生成的“*.hex”文件,并保存。 在Proteus ISIS原理图编辑器内按下运行按钮,进行程序效果的仿真。仿真时可以观察到四种模式变换下的花样彩灯,间隔0.5s依次闪烁。 4小结 关键词：CC430；无线传感网络；LabVIEW；设施农业；作物生长；环境要素；监测系统 中图分类号： TP277；S126 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）07-0414-02 收稿日期：2013-10-28 基金项目：中国博士后科学基金（编号：2013M541505）。 作者简介：王克甫（1976—），男，河南鄭州人，硕士，讲师，研究方向为电子技术与自动化。E-mail：wkf1976@126.com。设施农业通过利用人工建造的设施，使得传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向安全、高效和高产的现代化农业[1]。设施农业控制的核心是通过监测设施农业环境内的各个要素参数，根据实际需求与要素设定值改变环境各要素参数，如温度、湿度和烟雾浓度等，使作物能生长在合适环境下，达到最佳生长状态[2]。但是目前对于设施农业大棚内各个环境要素的监控主要通过人为观测来实现，不仅耗费人力、物力和工时，而且无法实现实时的报警监测，因而难以实现各个要素的有效监控。近年来，随着物联网和无线传感网络技术的不断发展，技术的应用逐步深入国民生活的方方面面[3]，而二者的核心技术之一的射频识别技术（radio frequency identification，RFID）是整个无线传感网络发展的支撑点[4]。本试验采用CC430单片机设计了农业大棚环境参数监测系统，当环境参数超出预设的适宜生长范围时会自动发出报警，并通过长时间的监测建立作物生长模型，指导合理耕作。 1系统结构设计 基于CC430的设施农业环境信息监测系统主要包括温度传感器子节点、湿度传感器子节点、气敏传感器子节点、主节点、RS232接口和LabVIEW框架下的计算机系统[3]（图1）。温度传感器子节点、湿度传感器子节点和气敏传感器子节点用来检测设施农场内环境的温度、湿度以及烟雾浓度等参数信息；主节点用来接受各个子节点发送来的数据，并将数据打包处理后通过RS232通信接口发送给上位机；计算机系统用来接收由路由节点发送来的数据包，并对数据包进行解包处理，分别显示温度、湿度和烟雾浓度等设施农场内的环境参数曲线以及形成相应的报警提示等功能[5]。 2采集电路硬件设计 传感器子节点主要包括传感器、数据预处理电路、无线数据收发器组成，设计框图如图2所示。 传感器主要用于感知农业环境中的温度、湿度和烟雾浓度等各种信息数据，将外界信息转化为电信号；数据预处理用来对传感器传输来的电信号进行放大滤波，使得电信号的幅值和频率等参数满足单片机CC430F6137的要求。CC430F6137作为无线收发器的主控单元，用来完成对农业环境信息数据的采集和无线传输，无线传输包括参数设置、数据格式转换和无线协议设计等；无线匹配网络用来实现网络节点之间可靠的无线数据传输。 2.1温度传感器 温度传感器选用达拉斯公司生产的DS18B20作为温度传感器。DS18B20的检测范围为-55～125 ℃，最高分辨率达12位，精度能够到达±0.5 ℃，完全可以满足农业设施的环境要求。同时DS18B20具有先进的单总线数据通信功能，大大简化了硬件电路设计，使用方便、可靠性强；内置EEPROM，具有限温报警功能；64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。DS18B20具有3个引脚，1引脚接电路信号地（GND）；2引脚作为数字信号输出，需要接47 000 Ω上拉电阻，上拉电阻接+3.3 V电源；3引脚接电源+3.3 V[6]。 2.2湿度传感器 湿度传感器选用广州奥松公司生产的DHT11湿度传感器。DHT11湿度测量范围为20%～90%RH，湿度分辨率达8位，精度达到±1%RH，完全可以满足农业设施的环境要求。DHT11具有4个引脚，1引脚接+5 V电源；2引脚为输出端，接CC430的P5.1端口，需要接5 000 Ω上拉电阻，上拉电阻接 +5 V 电源；3引脚悬空；4引脚接电路信号地[7]。 2.3气敏传感器 气敏传感器选用MQ-2，检测气体浓度范围为300～10 000 μL/L，对烟雾、可燃气体（如天然气、液化石油气）等具有较高分辨率，完全可以满足农业设施的环境要求。气敏传感器电路如图3所示。 气敏传感器具有6个引脚，1、2、3引脚接+5 V电源；5引脚通过匹配5 000 Ω电阻与电路信号地（GND）相连；4、6引脚为传感器输出端，短接5 000 Ω匹配电阻与地相连，并与比较器LM311的3引脚正输入端相连。在气敏传感器电路中，通过与LM311的2引脚负输入端的烟雾浓度阈值电压相比较，判定烟雾浓度是否超标，阈值电压可以通过调节 10 000 Ω 可变电阻来设定。如果3引脚的输入电压值小于2引脚的阈值电压，LM311的7引脚输出端为信号0，烟雾浓度没有超标，不报警；若3引脚的输入电压值大于2引脚的阈值电压，LM311的7引脚输出端为信号1，烟雾浓度超标，报警。LM311的8引脚接+5V电源，4引脚接信号地，7引脚需要接 4 700 Ω 上拉电阻R14，R14接入电源+5 V，并通过0.1 μF的小电容C 25，接入信号地[8]。 nlc202309021316 3软件设计 3.1传感器子节点程序设计 在无线传感网络中，每个节点都有一个固定的地址编码，用于身份识别。传感器子节点程序主要用来监测设施农业环境中各个要素的数据。软件设计框图如图4所示。传感器子节点程序主要采集分布在设施农业环境中的传感器传输电信号，并对采集到的电信号进行相应的处理，通过数据转换、格式转换和打包处理等，并利用射频433 MHz进行无线数据传输。数据传输过程中LED指示灯闪烁，传输完毕后LED指示灯熄灭。 5结束语 与传统的人为观测设施农业环境要素相比，基于CC430的设施农业环境信息监测系统能有效实现设施农业环境要素的实时监测，并通过设置环境要素阈值给予报警提示。以LabVIEW软件构建的上位机具有良好的人机界面、操作简单便捷、便于用户使用、功能扩展性强的特点。系统试验结果表明，网络节点间能够达到300 m的通信距离，且能够对农业设施环境中温度和湿度进行有效的数据采集。利用上位机能够对农业设施环境中的要素进行实时的数据波形监测，通过设定阈值来保证设施农业环境中农作物的可靠生长，一旦某一要素超过阈值，就会报警提示。该系统能够应用在现代化大型生产的设施农业环境要素监管过程中，实现设施农业中大棚种植的远程监控，为确保农作物生长环境和农作物生长质量可监控，提供了有利条件。 参考文献： [1]李世荣，陈永智，廖惜春. 智慧农业无线传感器网络系统设计[J]. 五邑大学学报：自然科学版，2012，26（4）：72-76. 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