基于MSP430的嵌入式教学实验平台的设计与实现

论文摘要

随着电子技术的不断发展,在高等院校的电子类的专业中开设单片机或嵌入式系统等课程变得越来越广泛,在开设的课程中多数都是进行相关原理或理论的介绍,开设的实验课内容和深度不够充实,不能形成一个完整的体系。针对这种情况,本文设计了一款基于MSP430单片机的嵌入式教学实验平台,该实验平台与同类教学实验平台相比,具有两大功能特色：一是完善的功能模块,二是丰富的接口资源。该实验平台在内部资源上兼顾了传统单片机的位控制技术,并融合了数字信号处理的MPY与DMA技术,更接近DSP、ARM等高性能的嵌入式系统平台,既能满足基础实验教学又能应用于产品开发。本文结合MSP430单片机丰富的片内资源,完成了教学实验平台各个模块的硬件设计,并进行了相应软件的调试工作。该实验平台MCU选用16位超低功耗单片机MSP430F169芯片,集成输入键盘与显示模块、实时时钟模块、数据采集模块、通信模块、数据存储模块、文件管理模块等常用电子模块。在实验平台中涉及单总线通信、UART通信、I2C总线通信、SPI总线通信、红外通信、USB文件管理、DMA技术等通信技术的相关内容,还可进行FFT算法、FIR滤波器等信号处理算法的实现。通过对该平台的学习,可以使学生深入掌握单片机的内部构架与工作原理,了解常用底层硬件接口、通信协议的规则与基本用法,可以为后续的DSP、ARM等高性能嵌入式系统平台的学习奠定坚实的基础。该教学实验平台可以作为实验室教学器材,也可应用做产品开发工具,适用于大学本科学生、电子工程技术人员和广大嵌入式爱好者的学习和产品开发。该嵌入式教学实验平台具有广阔的教学应用前景,在一定程度上能够推动高校对大学生创新能力的培养。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 教学用单片机实验平台的现状
• 1.3 实验平台系统组成及功能介绍
• 1.4 本论文的主要内容及章节安排
• 第2章 教学实验平台方案论证
• 2.1 MSP430单片机的特点
• 2.2 MSP430与其他单片机的比较
• 2.3 MSP430与DSP、ARM的比较
• 2.4 系统整体设计方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 教学实验平台的硬件设计
• 3.1 实验平台最小系统设计
• 3.1.1 电源模块
• 3.1.2 晶振电路与复位电路
• 3.1.3 JTAG接口电路
• 3.2 系统平台显示接口设计
• 3.2.1 显示与键盘扫描模块
• 3.2.2 实时时钟模块
• 3.3 实验平台通信接口设计
• 3.3.1 串口通讯模块
• 3.3.2 红外通信模块
• 3.4 实验平台数据存储设计
• 3.4.1 I2C存储器模块
• 3.4.2 SPI存储器模块
• 3.5 实验平台数据采集与文件管理设计
• 3.5.1 温度采集模块
• 3.5.2 语音采集模块
• 3.5.3 USB文件管理模块
• 3.6 实验平台PCB设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 教学实验平台的调试与软件设计
• 4.1 电源与复位功能测试
• 4.2 键盘与显示模块调试
• 4.2.1 移位寄存器74LV164简介
• 4.2.2 LED与数码管显示的控制与实现
• 4.2.3 键盘扫描原理及实现
• 4.3 DS1302实时时钟芯片调试
• 4.3.1 DS1302工作原理
• 4.3.2 软件调试实现
• 4.4 DS18B20温度采集模块的调试
• 4.4.1 单总线协议
• 4.4.2 DS18B20工作原理
• 4.4.3 单总线数据传输的实现
• 4.5 UART串口与红外通信模块的调试
• 4.5.1 RS232总线协议
• 4.5.2 实验平台与PC机的通信
• 4.5.3 红外通信的实现
• 4.6 I2C接口数据存储模块的调试
• 4.6.1 I2C总线协议
• 4.6.2 24LC512工作原理
• 4.6.3 I2C存储器的数据读写实现
• 4.7 SPI接口数据存储模块的调试
• 4.7.1 SPI总线协议
• 4.7.2 FM25H20工作原理
• 4.7.3 SPI存储器的数据读写实现
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录