毕业设计说明书基于MSP430单片机的时钟设计专业电气工程及其自动化学生姓名班级学号指导教师完成日期基于MSP430单片机的时钟设计摘 要：MSP430 系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。说明书介绍了以MSP430F149单片机为核心的时钟系统的设计。在硬件电路方面，采用SPX1117低压差稳压器为单片机提供电源，它将5V电压转化为3.3V提供给单片机；用4*4矩阵键盘进行输入；在时间的显示上采用了两种方法显示，即LED数码显示和LCD液晶显示；除此以外，在电路板上还留有供扩展电路应用的引脚接口。在软件设计方面，完成了键盘扫描程序、显示模块程序以及系统主程序的设计。由于采用MSP430为核心，它的超低功耗的特点使得整个系统的功耗非常的低，一个普通的钮扣电池可使用长达10年之久。另外，由于片内具有丰富的外围电路，加之电路板上留有供扩展电路应用的引脚接口，还可以对其增加一些功能，比如整点报时、温度显示等。关键词：MSP430；时钟设计；矩阵键盘；LCD The Design of Clock Based on MCU430Abstract: The series of MSP430 is a 16 bit, with RISC, ultra-low power mixed MCU. The Brochure introduces the design of clock system with the core of MSP430F149 MCU. In hardware electric circuit aspect, I adopt SPX11117 low press Manos tat to provide electrical source for MCU. It translates 5V press into 3.3V then provides it to MCU. And it use 4*4 matrix keyboard to input. And in the display of time aspect, I use two ways of showing: LED and LCD. Otherwise, I remain some cite way for extending the use of electro-circuit. In the design of software, I finish the scan process of keyboard, the programmer of display module, and the design of the main process of the system.Chosen MSP430 which is overtake low consume as it is core, so the cost of the whole system is very low, a button batteries can be used for ten years. In addition, because a lot of circuits are in it, and because there are some cite ways remained for extending the use of electro-circuit, we can still add some functions to it, such as give the correct time when it is the full time, the display of temperature and so on.Key words: MSP430；Clock design；Matrix keyboard；LCD 目 录1 概 述12 课题研究背景与意义32.1 课题研究背景32.2 课题研究意义33 MSP430F149介绍43.1 MSP430F149芯片特点43.2 MSP430F149芯片引脚53.3 MSP430F149芯片处理单元83.4 MSP430F149芯片运行模式83.5 MSP430F149芯片I/O端口93.6 MSP430F149芯片时钟系统103.7 MSP430F149芯片存储器结构和地址空间104 系统硬件电路设计124.1 系统方案论证与选择124.2系统总体设计134.3 电源稳压电路144.4 LED数码显示电路144.4.1 LED数码管的结构与工作原理144.4.2 LED显示器的显示方式及驱动方式154.5 LCD液晶显示接口电路164.6 键盘输入电路194.7 JATG接口基本原理204.7.1 边界扫描技术204.7.2 TAP控制器215 MSP430集成开发调试环境225.1 关于IAR Embedded Workbench225.2 IAR Embedded Workbench的基本操作235.3 IAR C430编译器246 系统软件设计286.1 LED数码管显示器模块306.2 LCD液晶显示器模块316.3 矩阵键盘模块驱动327 结 束 语35参考文献36致 谢37附 录38附录1 程序清单38附录2 系统原理图50附录3 系统PCB图51附录4 元器件清单52基于MSP430单片机的时钟设计1 概 述 时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器。由于电子钟、石英表、石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时、分、秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。目前单片机应用于各个领域，其应用于仪器仪表中显得更为优越。基于单片机控制的电子时钟具有计时准确、功耗低等优点。美国德州仪器公司(TI)推出的MSP430系列超低功耗16位混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。集多种领先技术于一体，以16位RISC处理器、超低功耗、高性能模拟技术及丰富的片内外设、JTAG仿真调试定义了新一代单片机的概念，给人以耳目一新的感觉。加之TI优良的服务，充分体现了世界级著名IC厂商的势力和综合优势。TI公司从1996年推出MSP430系列开始到2000年初，推出了33X、32X、31X等几个系列。MSP430的33X、32X、31X等系列具有LCD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有ROM型(C)、OTP型(P)和EPROM型(E)等芯片。EPROM型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。这也表明了这几个系列的开发模式，即用户可以用EPROM型开发样机，用OTP型进行小批量生产，而ROM型适应大批量产品的生产。随着FLASH技术的迅速发展，TI公司也将这一技术引入MSP430系列单片机中。2000年推出了F11X/11X1系列，这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和I/O引脚数比较少，价格也比较低廉。在2000年7月推出了带ADC或硬件乘法器的F13X/F14X系列。在2001年7月到2002年又相继推出了带LCD控制器的F41X、F43X、F44X。TI在2003到2004年期间推出了F15X和F16X系列产品。在这一新的系列中，有了两个方面的发展：一是增加了RAM的容量，如F1611的RAM容量增加到了10KB，这样就可以引入实时操作系统(RTOS)或简单文件系统等；二是从外围模块来说，增加了DMA、DAC12和SVS等模块。另外，TI在2004年下半年推出了MSP430X21X系列，该系列是对MSP430X1XX片内外设的进一步精简，价格低廉，适合做一些简单的应用。MSP430系列单片机不仅可以应用于许多传统的单片机应用领域，如仪器仪表、自动控制以及消费品领域，更适合用于一些电池供电的低功耗产品，如能量表、手持式设备、智能传感器等，以及需要较高运算性能的智能仪器设备。此次设计就是用MSP430F149单片机设计数字时钟，在硬件电路方面，采用SPX1117低压差稳压器为单片机提供电源，它将5V电压转化为3.3V提供给单片机；用4*4矩阵键盘进行输入；在时间的显示上介绍了两种方法显示，即LED数码显示和LCD液晶显示；除此以外，在电路板上还留有供扩展电路应用的引脚接口。在软件设计方面，完成了键盘扫描程序、显示模块程序以及系统主程序的设计。通过此次设计，可以了解MSP430F149的内部结构，理解其工作原理，同时可以掌握一般电子系统的调试方法。2 课题研究背景与意义单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域(嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：a.以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用纽扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、玩具等。b.随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。c.产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复，增加开发费用。d.产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。2.1 课题研究背景目前单片机应用于各个领域，其应用于仪器仪表中显得更为优越。以单片机制成的电子时钟具有计时准确、功耗低的优点，从而得到了许多领域的广泛应用。单片机正处在微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。单片机的发展推动了应用系统的发展，应用系统的发展又反过来对单片机提出了更高要求，从而促进单片机的发展。单片机正向着功能更强、速度更快、功耗更低、辐射更小的方向发展。随着集成度的不断提高，把众多的外围功能器件集成在片内已经具备了充分的条件，这也是单片机以后发展的重