MSP430F149單片機在目標指示器設計中的應用

復位電路設計

指示器復位電路的設計一定要使指示器能夠充分復位，在各種復雜情況下穩定可靠地工作。MSP430F149有一RST復位管腳，它與不可屏蔽中斷功能管腳復用，可由軟件選擇其功能，正常情況下為復位功能。指示器采用外接芯片復位的方法，在復位腳上連接復位芯片STM811，具體電路見(jiàn)圖5目標指示器核心電路中的STM811電路所示。MSP430F149單片機要求在復位管腳上獲得1.1V～1.5V的復位電壓（系統電源電壓為3.3V），復位電壓持續的時(shí)間最小為2µs。當管腳RST/NMI上的電壓到達Vmin（1.1V）時(shí)，系統進(jìn)入復位狀態(tài)。當電壓上升到VPOR （1.5V）后系統退出復位狀態(tài)。

晶振電路設計

對于一個(gè)高可靠性的系統設計，晶體的選擇非常重要，尤其是設計帶有睡眠喚醒（往往用低電壓以求低功耗）的系統，這是因為低供電電壓提供給晶體的激勵功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振。這一現象在上電復位時(shí)并不特別明顯，原因是上電時(shí)電路有足夠的擾動(dòng)，很容易建立振蕩。在睡眠喚醒時(shí)，電路的擾動(dòng)要比上電時(shí)小得多，起振變得很不容易。在振蕩回路中，晶體既不能過(guò)激勵（容易振到高次諧波上），也不能欠激勵（不容易起振）。

MSP430F149可接入2個(gè)外部振蕩器，一個(gè)為低速晶體振蕩器，經(jīng)過(guò)XIN和XOUT兩個(gè)引腳相連，另一個(gè)為高速晶體振蕩器，經(jīng)過(guò)XT2IN和XT2OUT兩個(gè)引腳，根據需要外接電容，范圍可以為450KHz～8MHz。

系統頻率的選擇與系統的工作電壓密切相關(guān)，需要較高的工作電壓，就需要為系統提供較高的頻率，系統頻率和工作電壓之間的關(guān)系如圖3所示。

根據系統頻率與工作電壓的關(guān)系，系統選擇了4M的晶振，晶振電路如圖4所示。

圖3 工作頻率與工作電壓關(guān)系曲線(xiàn)圖

圖4 晶振電路原理圖

JTAG接口電路設計

MSP430F149單片機的優(yōu)點(diǎn)之一是可以通過(guò)JTAG控制器實(shí)現程序代碼的下載，并利用它完成軟件的在線(xiàn)調試。JATG是一種所謂的邊界掃描技術(shù)標準，即IEEE1149.1，它是一種能夠對芯片進(jìn)行在線(xiàn)測試的接口技術(shù)，JATG接口在實(shí)際應用中只用到了少量的幾個(gè)引腳，主要包括：TDO（測試數據輸出）、TDI（測試數據輸入）、TMS（測試模式選擇）、TCK（測試時(shí)鐘輸入）、RST（復位）和TCLK/XOUT等。

圖5中的SIPL8電路接口為ProgPort可編程接口。將其與MSP430F149對應的引腳相接，接口另一端接JTAG仿真器，就可以實(shí)現在線(xiàn)編程，向電路板上MSP430F149下載程序。

控制核心電路設計

指示器的主控電路控制信號采集電路的開(kāi)始采樣及采樣結束后的數據保存與提??；作為下位機與PC機通信，負責將保存在存儲器中的采集數據傳遞給信號處理電路；控制信號調理電路，使調理后的信號不超過(guò)采集電路的閾值；協(xié)調其他外圍電路。

MSP430F149的P1、P2、P3、P4口可以用做普通的I/O口，它的供電系統由一片AS1117產(chǎn)生+3.3V提供，MSP430采用標準的4M晶振產(chǎn)生脈沖時(shí)序。

MSP430F149的P3.4、P3.5腳用于與RS232通信接口電路連接，實(shí)現在線(xiàn)編程和與計算機及其他設備的通信功能。A/D轉換器接收的模擬電壓的輸入范圍為0~+VREF 。在目標指示器中， +VREF由外部引入+3.3V的電壓基準， CREF引腳用0.1pF的電容耦合到地。其電路原理圖如圖5所示。

圖5 目標指示器核心電路原理圖

GPS定位模塊電路設計

GPS定位模塊主要是向主控站返回目標指示器所處的位置，包括縱坐標、橫坐標和高程，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信傳輸給主控站。

（1）GPS定位系統的特點(diǎn)

GPS即全球衛星定位系統，它由太空部分、監控部分和用戶(hù)部分組成，GPS系統的特點(diǎn)具體體現為：①定位精度高；②觀(guān)測時(shí)間短；③可提供三維坐標；④操作簡(jiǎn)單；⑤功能多、應用廣；⑥全天候作業(yè)。

（2）GPS定位模塊電路實(shí)現

由于GPS輸出的是RS-232信號，因此，GPS模塊通過(guò)信號轉換芯片MAX3232與單片機相連，實(shí)現RS232電平與TTL電平的轉換，電路串口連接圖如圖6所示，其中35引腳為單片機的數據接收引腳，34引腳為單片機的數據發(fā)送引腳。

圖6 GPS定位模塊電路接口圖

MAX3232是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器，現選用MAX3232的其中一路進(jìn)行發(fā)送/接收。因為MAX232具有驅動(dòng)能力，所以不需外加驅動(dòng)電路。MAX232芯片內部含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器，可將輸入的＋5V電源變換成為RS232所需的±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通訊系統只要單一的＋5V電源即可。

接口電路設計時(shí)，采用3線(xiàn)制（RXD、TXD、GND）軟握手方式。即將GPS接收機和單片機“發(fā)送數據線(xiàn)（TXD）”與“接收數據線(xiàn)（RXD）”交叉連接，二者的地線(xiàn)（GND）直接相連，其他信號線(xiàn)都可不用，握手信號采用軟件方法產(chǎn)生。這樣既能實(shí)現預定的目標，又能簡(jiǎn)化電路設計，節約成本。

MAX3232外圍需要5個(gè)電容，其中4個(gè)電容C1、C2、C3和C4是內部電源轉換所需要的電容，其取值均為1µF，另外還需1個(gè)C5為去耦電容，取值為0.1µF。

燈光顯示模塊電路設計

燈光顯示模塊用于模擬顯示各種不同類(lèi)型的發(fā)光目標，其基本任務(wù)為當接收主控站發(fā)送來(lái)的目標顯示命令后，單片機進(jìn)行命令處理，燈光顯示模塊能夠按指示器要求的顯示方式顯示燈光。