MSP430F149單片機在目標指示器設計中的應用

針對目前我軍偵察分隊和射擊指揮分隊野外訓練時(shí)，各種目標設置、顯示費時(shí)費力、安全隱患大等諸多問(wèn)題，本文提出基于MSP430F149單片機設計目標指示器，以滿(mǎn)足部隊野外訓練時(shí)快速設置目標，并能根據不同的戰術(shù)需要靈活顯示目標和根據不同的射擊法則顯示炸點(diǎn)等，較好地解決部隊野外訓練的急需。

目標指示器的功能

根據需要，目標指示器以燈光、煙火等方式顯示目標或炸點(diǎn)。每個(gè)指示器可以模擬顯示如機槍火力點(diǎn)、坦克火力點(diǎn)、炮陣地等n類(lèi)性質(zhì)的目標，同時(shí)帶有m個(gè)炸點(diǎn)顯示器。目標指示器主要完成GPS模塊的數據采集、執行燈光顯示和煙火顯示等任務(wù)。

目標指示器硬件設計

硬件設計方案

目標指示器的設計是以單片機為核心的，集燈光顯示、煙火顯示、目標位置顯示等功能于一體的顯控裝置。設計的關(guān)鍵點(diǎn)包括：①要保證所設計的裝置能適應環(huán)境的要求；②盡量降低單片機系統的功耗，使系統能長(cháng)時(shí)間正常運行；③所設計出的軟硬件必須能實(shí)現強大的功能，穩定可靠地運行，準確地完成控制命令的執行以及通訊等功能；④裝置必須具備可操作和可維護性；⑤在此基礎上還要考慮實(shí)現此裝置的經(jīng)濟成本。

目標指示器主要用于實(shí)現目標顯示功能，其顯示形式包括燈光、煙火或爆音，它由控制芯片、帶有自組網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)模塊、GPS定位模塊、燈光顯示模塊、煙火顯示模塊及電源模塊等組成，如圖1所示。

圖1 目標指示器硬件組成圖

目標指示器的核心是一個(gè)MSP430F149微處理器，利用處理器自身帶有的豐富的外圍模塊以及少量的外部芯片實(shí)現各種功能，它通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊接收來(lái)自主控站發(fā)射的控制指令，經(jīng)過(guò)控制電路轉化為相應的控制信號。燈光顯示模塊由來(lái)自主控站的控制信號實(shí)施多種模式的燈光顯示方式（包括等時(shí)間間隔顯示、不同顏色燈光輪流顯示等），煙火顯示模塊則通過(guò)高低電平信號點(diǎn)燃或爆炸進(jìn)行顯示，GPS定位模塊則實(shí)時(shí)向主控站提供各個(gè)目標的地理坐標和高程。電源模塊則提供目標指示器所需的電壓。

微處理器簡(jiǎn)介

目標指示器硬件部分的控制核心使用TI公司的16位高性能的MSP430F149單片機，用來(lái)控制指示器各個(gè)部分的工作。MSP430F149是超低功耗Flash型16位單片機，特別適合于電池供電場(chǎng)合或手持設備，具有如下特點(diǎn)：

①功耗低：2.2V時(shí)鐘頻率1MHz時(shí)，活動(dòng)模式為200µA；關(guān)閉模式時(shí)僅為0.1µA，且具有5種節能工作方式；

②高效16位RISC-CPU：27條指令、8MHz時(shí)鐘頻率時(shí)，指令周期時(shí)間為125ns，絕大多數指令在一個(gè)時(shí)鐘周期完成；32kHz時(shí)鐘頻率時(shí)，16位MSP430單片機的執行速度高于典型的8位單片機20MHz時(shí)鐘頻率時(shí)的執行速度；

③低電壓供電、寬工作電壓范圍：1.8V～3.6V；

④靈活的時(shí)鐘系統：兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)內部時(shí)鐘；

⑤低時(shí)鐘頻率可實(shí)現高速通信；

⑥具有串行在線(xiàn)編程能力；

⑦強大的中斷功能；

⑧喚醒時(shí)間短，從低功耗模式下喚醒僅需6µs；

⑨ESD保護，抗干擾力強；

⑩運行環(huán)境溫度范圍為-40℃～+85ºC，適用于工業(yè)環(huán)境。

目標指示器電路設計

電源電路設計

（1）技術(shù)要求

• MSP430F149單片機電源電壓范圍：3.3V；

• GPS定位模塊的電源電壓范圍：1.8V；

• 發(fā)光二極管驅動(dòng)芯片MC1413電源電壓：12V；

• 無(wú)線(xiàn)數傳模塊的電源電壓范圍：9V。

（2）設計要點(diǎn)

①便于攜帶，供電方便。該指示器是為了滿(mǎn)足部隊在野戰條件下作戰和訓練的使用，必須要能方便攜帶，因此采用單節鋰電池供電，電壓為12V。

②同時(shí)為主芯片和外圍器件供電。主芯片供電電壓為3.3V，GPS供電為1.8V，發(fā)射機供電為9V，因此電源電路應能同時(shí)輸出3.3V和1.8V、9V電壓。

③滿(mǎn)足低功耗需要。指示器采用電池供電，在野戰條件下使用，必須要能夠滿(mǎn)足使用的時(shí)間要求，因此指示器的功耗就要很低。

（3）電路設計

根據指示器對電源的要求，MSP430F149單片機采用Alpha公司的AS1117-3.3三端穩壓模塊，GPS采用AS1117-1.8三端穩壓模塊。AS1117系列芯片是常用的電壓轉換芯片，其特點(diǎn)是：外形小巧，價(jià)格便宜；電流驅動(dòng)能力強，AS1117的最大輸出電流為800mA，能夠滿(mǎn)足指示器要求。發(fā)射機采用7809三端穩壓模塊，電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路圖