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电能表电池放电检测系统摘要随着计算机在社会领域的渗透和电子技术的迅速发展, 单片机的应用正在不断地走向深入，单片机常常作为一个核心部件在检测和控制的系统中应用。本测量系统可以实现测量电能表电池在放电过程中的平均电流、平均电压的大小，测量时间可以由用户自己设定，还具有超限报警、自动测量等功能。单片机的软件设计均以C语言进行编程，增加了程序的可读性和可移植性,为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。本文首先在绪论介绍了此系统的研究意义和目的。在第二章论述了总体设计过程, 需求分析和进行硬件框图的设计。第三章介绍了关于MSP430单片机的主要特性及功能。第四章着重描述了系统硬件电路设计，确定了技术指标及器件的选择及所使用的各种芯片功能与特性。在第五章中重点剖析了软件使用的开发环境和软件设计的过程。第六章中具体论述了液晶驱动、A/D转换、键盘扫描及键值处理、调试。关键词：电流、 电压、 单片机、 运算放大器、 模数转换、实时操作系统ABSTRACTAlong with the computer in the social domain seepage and the rapid development of electronic technology, the application of signal microcontroller is developing thoroughly, signal microcontroller Usually Play a core role applies in the examination and control system.This measurement system can measure the average of the batterys current and average voltage, the time of measure can set by user, it also warn to user when voltage or current exceed restriction. This system has the function that it can measure automatically. The signal microcontrollers software is designed by C language. So it increased the procedures readability and probability. In order to be advantageous for the expansion and change expediently, the software design uses the modular structure, make the programming and logical relations to be bright. This article first introduced this systems significance and the goal. In the second chapter introduced the system design process and analyzed the demand of system .and designed the hardwares frame diagram. Third chapter introduced about the MSP430 microcontrollers chiefly characteristic and its function. In the fourth chapter I described the circuit design of this system, had determined the technical specification, how to choice component and each kind of chips function. The process with emphasis analyzed software which in the fifth chapter which to have used the development environment and software designs. In sixth chapter specifically introduced how to program the LCD、 A/D transformed、the keyboard scanning and key value processing, and how to debug in software environment.Keywords: electric current、electric voltage、signal microcontroller、Amplifier、analog-to-digital converter,、real-time operating system目录1. 绪论. 61.1课题的意义和目的.61.2目前已经取得的研究成果.62. 系统的总体设计. 72.1 被测系统的功能. 72.1.1电能表.72.1.2电能表所用的电池.72.2 测量系统设计的需求分析. 82.2.1电能表电池供电状态分析.82.2.1测量系统的主要任务.112.3测量系统的设计.122.3.1测量系统各个模块.122.3.2测量系统的基本框图.123. MSP430系列单片机介绍. 143.1 MSP430单片机概述. 143.1.1单片微型计算机.143.1.2 MSP430系列单片机特点和应用. 143.2 MSP430单片机结构. 153.2.1 MSP430结构概述. 153.2.2 MSP430系列单片机的产品介绍.163.3 MSP430 单片机片内外围模块.173.3.1时钟模块.173.3.2 定时器. 173.3.3 MSP430各种端口. 193.3.4低功耗结构.203.3.5 MSP430液晶驱动模块. 213.3.6 MSP430数模转换模块. 213.3.7 MSP430的LFLASH模块.224. 系统电路的设计.234.1 电源模块硬件电路的设计. 234.2单片机最小系统电路设计.234.2.1 单片机最小系统. 234.2.2 单片机最小系统的硬件设计.244.3 键盘模块电路的设计. 254.4电流电压采样模块电路的设计.264.4.1测量电流的一般方法.264.4.2电流电压采样硬件电路设计.274.4.3运算放大器的基本知识.294.4.4电流电压采样硬件电路误差分析.314.4.5减少误差改进后的实用电路.324.5 LED、蜂鸣器的驱动电路设计.344.6 LCD驱动的电路设计. 354.6.1 液晶显示缓存器，段和公共级输出控制.354.6.2液晶模拟电压多路器.354.7 电路板的制作. 365. 软件架构. 375.1 多任务系统的介绍. 375.1.1多任务系统.375.1.2多任务系统的实现方法.375.2测量系统软件多任务系统的设计.385.2.1采用多任务来设计测量系统.385.2.2测量系统软件的整体架构.385.2.3主要模块所要做的工作.405.3编程环境.406. 测量系统软件各个分模块的编程实现.456.1 系统初始化. 456.1.1端口的初始化.456.1.2定时器的初始化.456.1.3 LCD的初始化. 456.1.4 单片机工作状态初始化. 456.2 键盘处理程序设计. 456.2.1键盘模块实现的功能.456.2.2按键菜单的设计.466.2.3按键菜单的具体实现程序.486.3 LCD驱动程序的设计. 506.3.1 LCD的显示方案设计. 506.3.2 LCD驱动程序的设计和实现. 516.4 数据处理程序设计. 536.4.1数据处理程序所要实现的功能. 536.4.2电压平均值的算法.536.4.3电压平均值的算法.556.4.4数据处理程序的实现.556.5中断的程序设计.586.5.1定时器A中断程序所要做的工作.586.5.2定时器A中断程序的实现.596.5.3定时器B中断程序所要做的工作.616.5.4定时器B中断程序的实现.616.5.5端口中断程序的实现.626.5.6 AD中断程序的实现.636.6关于低功耗的程序实现.636.6.1 进入低功耗前所要做的工作. 636.6.2低功耗程序.64结论. 65谢辞. 66参考文献. 661. 绪论1.1课题的背景随着电子技术的发展和人们生活水平的提高，智能化设备在日常生活中的地位显得越来越突出，技术也变得越来越纯熟，电子元器件等大规模的电路现在都能在一块很小的芯片上集成起来，并且具有优越性比以前更好、功耗更低、运算速更快等优点。在此基础上检测技术也在飞跃的发展着，两者相互依存，相互发展。从以前的模拟到现在的数字电路，精度也在不断的提高。其中单片机的应用在后PC时代的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。单片机系统作为嵌入式的一部分，主要集中在中、低端。单片机相对与其他高性能处理器来说，在价格上有很大的优势。在检测技术中大量采用单片机作为核心器件，具有可靠性高、性能稳定等特点。1.2课题的意义及目的在测量和检测技术日益发达的今天，测量系统开始走向了技术高端化。许多公司都在进行着智能仪表和设备的生产和研发。杭州智源科技有限公司也主要是生产研发智能汽车仪表等电子产品的公司。公司有一种产品是智能电能表，其主要功能是计量电量，它具有智能控制、红外遥控、GPRS、停电抄表等多种功能。其中，保存数据是很重要的，例如电能表里面所存储的电量、时间等重要的数据，都要保存起来。不仅在有电的时候能工作和维持数据，而且还要能在停电的时候能保存数据。要达到这条件，最简单的办法是在电能表里面装一节电池来维持数据，在有电的时候用电网供电，一旦停电，就换为电池供电，这样既能保存数据，还能在停电的时候进行抄表（读取里面的数据）等工作。但是客户买回电能表一般不会再去更换电池了，电能表电池要能维持数年的工作，就是说不是人为的去破坏电表或者遭遇外界不可预测的因素外，电能表要能够运行数年，可见次电池的重要性了。这节电池要保证电能表能正常运行那么长时间，其功耗当然是很小的，否则，电池用不到十年就没有电了。电能表里的电池在工作时，供电平均电流约在30uA左右，这么小的电流，要保证电能表的质量，在产品检查的时候必须对它进行测量。还有电能表供电电池电压要稳定，也是一个十分重要的参数，也要进行检测。这是在电能表合格检查不可或缺的一步。通过测量这些参数即可以判断出厂的产品是否已经合格或者达到了标准。然而在测量工具中，很少有能进行直接测量平均电流或者平均电压的，或者精度不够高，因此测量起来比较麻烦。所以我所设计的这个测量系统目的就是为了解决一般工具不能直接测量平均电流和平均电压这个缺陷而设计的。2. 系统的总体设计 2.1 被测系统的功能此设计的测量对象是电能表电池放电时候的平均电流和平均电压，因此我们有必要先对电能表和电能表所用的电池有个大概的了解。2.1.1 电能表每个人都知道，现在电已经走进千家万户了，电是一种商品，使用它也是要买的，那么如何来衡量用电的多少呢？电能就是一个计量用电多少的量，从数学上这个量可以表达为：W = U * I * TW电量（单位：千瓦时），U电压（单位：伏特），I电流（单位：安培），T时间（单位：秒）。我们有了统计用电多少的方法了，但还必须由统计电量的工具。电能表（又称电度表）满足了人们对用电计量和用电管理的需求。根据电能表的制作原理来分类，主要分为机械类和电子类两种。机械类电能表统计电量的方法是如果用户正在用电，表里面的转盘就会根据用户用电的电流和电压大小来确定转速进行旋转，带动显示盘进行机械的显示。它的优点是不需要考虑停电会丢失电量数据。而电子类则不同，它一般是通过电能表检测电路进行电流电压大小的检测，然后送给电能表内部的处理器进行处理，统计电能值，再通过各种方式把统计的电量大小送给用户参考，常见的是数字显示。它的优点是能设计多种功能，实现人机交互和智能化。但是它的缺点是要考虑停电的时候数据保存和其他功能的问题。虽然电子类的电能表需要考虑到停电时候数据保存问题，但是通过一定的手段即可解决这个问题，所以说电子类的电能表才是以后发展的方向。根据电量统计对象的不同，电能表可以分为单相电能表、三项三线制电能表、三项四线制电能表等等。根据级别分，又可以分为0.2S、0.5S、1.0S几个等级的电能表。2.1.2 电能表所用的电池目前公司所用的电池为以色列TADIRAN电池公司生产的TTL系列电池。以色列TADIRAN电池公司是在世界上最资深并享有盛誉的锂亚电池（锂/亚硫酰氯）专业制造商，在该领域的研究、开发、生产已超过40年，积累了丰富的理论和工艺经验，目前不论是技术研发还是生产制造都处于世界第一位。TADIRAN公司是世界锂亚电池的领导者，其产品以其优越的超高低温特性和极其微弱的自然放电特性，在军事和工业领域有广泛的应用。目前在国内已在仪器仪表、通讯、工业控制、汽车电子、石油勘探、安防系统及其他野外作业等行业大量使用，它的主要优点如下：1电压高，空载3.6V，带载3.4V。其他锂电池空载3V，带载2.8V。因目前一般CPU的最小关断电压在2V以上，因此在同样放电的情况下，锂亚电池要优于其他锂电池。2电压放电曲线极其平稳，如下图所示： 图2.13.高低温特性好，一般可做到-5585，有些型号可做到更高，表现优异。4.超长寿命（超过所有其他锂电池），自放电极低，耐潮湿，品质优秀的可做到每年小于1%，一般寿命长达20年。5.与其他锂电池相比，能量体积比最高，因此锂亚电池可做得更小型化。6.因锂亚电池基本上应用在工业和军事领域，因此它的制造工艺要求高，如激光密封，及密封材料都是特殊材料等，一般的锂电池是橡胶密封的，恶劣环境的影响会加速它的失效，甚至会出现漏液、鼓底等现象。TADIRAN的常规电池特别适合CPU工作、CMOS存储、小功率射频和不间断时钟等微电子元器件在恶劣环境下的供电。2.2 测量系统设计的需求分析2.2.1电能表电池供电状态分析通过对电能表功能的介绍，我们可以了解到与电能表电池息息相关的功能是在停电状态下也能进行显示、数据存储、红外通讯等工作。为了进一步说明电池在不同工作下的供电情况，我们来看以下波形。电池作为系统停电后备，有后备时钟要求又有抄表需求。测试条件：电池TLL5902供电，取样电阻为75欧姆。1） 无液晶显示，平均电流12uA；图2.2每隔1s，发生停电红外唤醒检测等操作一次895uA23ms，每65s左右时钟芯片进行一次温度补偿检测242uA125ms。 图2.3每30s进行一次停电全失压检测2.63mA42ms。2） 液晶显示；平均电流46uA，每隔1s发生显示数据处理1.71mA35ms图2.43）红外唤醒后；平均功耗（接收）1.58mA，每秒2.47mA16ms 图2.5抄表波形，平均功耗2.9mA，17.3mA130ms（最短帧）。 图2.6 表2.1电池消耗统计表序号名称电流消耗时间/次数消耗电量(mAh)1电池自放电（1.1Ah）1/Year3Year36.672电网停电无显示（含仓库存储）12uA895uA23ms/1s526uA23ms/1s242uA125ms/65s2.63mA42ms/30s3Year2000Hour3Year3Year3Year315.3641.17317.9412.2396.763停电显示46uA1.71mA35ms /1s1000Hour4659.844红外唤醒后守候1.58mA2.47mA16ms/s20s*200Times1.760.0445红外通讯2.9mA17.3mA300ms/Frame40s*200Times30Frame*200Times6.48.656合计975.4942.2.2测量系统的主要任务从以上的波形和统计数据来看，电池供电主要有这两种状态：1）正常工作状态，在这种状态下，平均守候电流约为30uA，最小电流在12uA，最大电流在5mA以内；2）红外通讯状态，在这种状态下，平均电流在58mA，最大电流在20mA以内。通过上面的分析，我们可以确定所要设计的测量系统的电流测量范围为：020mA。并且在系统要求在测量电流时，内阻不能太大，在进行测量时，测量系统的分压不超过0.3V。在电流为0200uA时，要求电流测量精度为1uA；在电流为200uA以上时，要求电流测量精度为5uA。在电池供电时电压也要有一定的稳定度，所以电压测量也是需要检测的一部分。要求电压测量分辨率为0.01V，测量范围为05V。2.3 测量系统的设计2.3.1测量系统各个模块所为系统，是指由两个或两个以上的分立元件或模块所组成的一个整体，能相互配合工作叫做系统，既然要构成一个测量系统，那么就肯定有几个不同功能的模块组成。通过对将要设计的测量系统的分析，就可以用以下几个模块来组成我们的测量系统：1）输入模块：a.电流采样模块：系统需要测量电能表的电流，必须把被测系统的电流采样回来，然后经过一定的处理之后，把测量的结果以LCD显示或者其他的方式告诉我们。因此电流采样模是不可或缺的。b.电压采样模块：跟电流采样模块一样，系统需要测量电能表电池的供电电压，我们要将这个电压值采集回来进行处理显示等。c.键盘模块：我们要进行人机交互，键盘是一种很好的方式，我们可以用键盘来启动测量、停止测量、设置测量时间、设置电流电压的上下限等等多种功能。2)输出模块：aLCD模块：系统要把已经测量出来的电流电压值告诉用户，可以通过显示的方式来实现。显示可以用数码管或者LCD来显示，这里我们采用LCD作为显示器件。b. LED模块：当测量系统的检测值与用户设置的上下限相矛盾时（例如测量电流时，所测量的值小于用户设定的下限，LED就会亮起来），系统会用LED来提示用户被测系统的电流或电压有异常。c.蜂鸣器模块：其功能与LED相似，因为蜂鸣器也是提示测量值与用户设置的值相矛盾时，用来作为提示用户用的。那么为什么要用两种方式来提示用户呢，通常LED显示用户可以视觉来判断，而用蜂鸣器提示时用户则可以通过听觉来判断。3)其他模块随着电脑的普及，现在的系统都要求与PC机有通讯接口，通过计算机可以直接设置外围设备如何工作，本测量系统可以通过232或者485串口来实现与计算机的通信。通过上位机来控制测量系统的工作，例如可以设置测量时间、上下限；可以读取测量设备的测量值等等。这些操作只需要用户在电脑上进行简单的操作即可以实现测量。2.3.2测量系统的基本框图通过以上的介绍，我们知道系统包含了以下几个模块：电流电压采样电路、键盘输入、LCD显示、LED和蜂鸣器等模块，而这些模块要组成一个系统的话，我们可以用MSP430单片机为中央处理器，下面是整个测量系统的基本框图，通过下图我们可以看见这些模块是怎样组成一个系统的。量程选择被测系统转换为电压AD模块单片机LCD、蜂鸣器模块键盘模块LCD显示图2.73MSP430系列单片机介绍3.1 MSP430单片机概述3.1.1单片微型计算机微型计算机（微机）具有体积小、价格低、使用方便、可靠性高等一系列优点，因此一问世就显示出强大的生命力，被广泛的用于国防、工农业生产和商业管理等领域。特别是今年来微处理器的高速发展，使其已渗透到人类生活的各个领域，给人类世界带来难以估量的变革。单片机分为通用型和专用型两大类，通常所说的单片机指通用单片机。通用单片机就是把可开发的资源全部提供给使用者。专用型的单片机也叫专用微控制器，是针对某些应用专门设计的，例如频率合成调谐器、录音机机芯控制器、打印机控制器等。著名的半导体厂商美国德州仪器（TI）在20世纪70年代首先推出了TMS1000系列4位单片机。20世纪80年代到90年代，国内主要使用Intel的MCS51西里和Motorola的68HC系列8位单片机。目前主要的单片机厂商还有Atmel、Microchip、Philips等。单片机由于应用面广，生产批量大而使成本低廉（目前最低价格为每片3-5元人民币），系统结构简单而使可靠性增加，采用CMOS工艺大大降低了功耗。因此单片机问世之后很快成为微型计算机的一个分支，发展极为迅速。从4位、8位、16位到32位单片机种类已有数百种，全世界每年销售量已经超过数亿片。3.1.2 MSP430系列单片机特点和应用MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。虽然MSP430系列单片机推出时间不是很长，但由于其卓越的性能，在短短的几年时间里发展极为迅速，应用也日益广泛。MSP430系列针对各种不同的应用，包括一系列不同型号的器件。主要特点有：1）超低功耗MSP430单片机的电源电压采用1.83.6V低电压，RAM数据保持方式下耗电仅0.1uA，活动模式耗电250uA/MIPS（MIPS：每秒百万条指令数），I/O输入端口的漏电流最大仅为50nA。MSP430系列单片机有独特的时钟系统设计，包括两个不同的时钟系统：基本时钟系统和锁相环（FLL和FLL+）时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。由于系统运行时使用的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功能有明显的差异。在系统中有一种活动模式（AM）和5种低功耗模式（LPM0LPM4）.强大的处理能力2）强大的处理能力MSP430系列单片机使16位单片机，采用了目前流行的、颇受学术界好评的精简指令集（RISC）结构，一个时钟周期可以执行一条指令，使MSP430在8MHZ晶振工作时，指令速度远远可达8MIPS。同时MSP430系列单片机中的某些型号，采用了一般只有DSP中才有的16位多功能硬件乘法器、硬件乘加功能、DMA等一系列的体系结构，大大增强了它的处理能力，可以有效的实现协议数字信号处理的算法（如FFT、DTMF等）。这种结构在其他系列单片机种尚未使用。3）高性能模拟及时及丰富的片上外围模块MSP430系列单片机结合TI的高性能模拟技术，各成员都集成了较丰富的片内外设。是型号不同可能组合有以下功能模块：看门狗（WDT），模拟比较器A，定时器A，定时器B，串口0、1（USART0、1），硬件乘法器，液晶驱动器，10位/12位ADC，12位DAC，I2C总线，直接数据存取（DMA），端口16（P1P6），基本定时器（Basic Timer）等。4）系统工作稳定上电复位后，首先由DCO_CLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的时间起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用作CPU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作。这种结构可运行机制，在目前各系列的单片机中是绝无仅有的。3.2 MSP430单片机结构3.2.1 MSP430结构概述 MSP430系列单片机包含一下主要部件：1）CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。这样可以提高指令执行速度和效率，增强MSP430的实时处理能力。2）存储取：存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息。有程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字节的形式取得代码，而对于数据可以用字或字节方式访问。其种MSP430各系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。3）外围模块经过MAB、MDB、中断服务及请求线与CPU相连。MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。3.2.2 MSP430系列单片机的产品介绍MSP430系列单片机可以分为两大类：片内无段式LCD驱动的系列产品和片内有段式LCD驱动的系列产品。片内无段式液晶的产品主要是MSP430X1XX和MSP430X2XX系列，这两个系列构成应用系统时，性价比较高，使用方式灵活，控制简单。MSP430X1XX系列又可以细化为MSP430X11X、MSP430X12X、MSP430X13X、MSP430X14X、MSP430X15/16X系列。片内具有段式液晶驱动模块的产品主要是MSP430X3XX、MSP430X4XX系列，其中MSP430X3XX系列单片机使TI最早推出的产品，该产品虽然有丰富的片内外设，但是没有FLASH型，且价格较高，对于一般应用来说，性价比低于MSP430X1XX系列。而MSP430X4XX系列既具有某些MSP430X1XX系列具有的FLASH存储器，又增加了段式液晶驱动能力，资源同MSP430X3XX一样丰富。具有明显优势。MSP430X4XX系列又可以细分为MSP430X41X、MSP430X41X、MSP430X43X、MSP430X44X几种，绝大多数都是具有FLASH存储器的系列。下面主要介绍一下MSP430X44X系列的单片机功能特点。1）低工作电压2）超低功耗：活动模式 280uA 1MHz，2.2V； 待机模式 1.1uA； 掉电模式（RAM数据保持）0.1uA。3）有5种节点模式4）从待机到唤醒的响应时间不超过6us。5）12位AD转换器带有内部参考源、采样保持、自动扫描特性。6）16位精简指令结构，125ns指令周期。7）具有3个捕获/比较寄存器的16位定时器A。8）具有3个或7个捕获/比较寄存器的16位定时器B。9）串行通信可软件选择UART/SPI模式。10）片内比较配合其他器件可构成单斜边A/D转换器。11）可编程电压检测器掉电检测器。12）在线串行编程，不需外部编程电压。13）驱动能力可达160段。14）可编程的保密熔丝保护设计者代码。15）FLASH存储器多达60KB，RAM多达2KB。3.3 MSP430 单片机篇片内外围模块3.3.1 时钟模块MSP430系列单片机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、锁相环FLL以及锁相环增强版本FLL+等部件组成。不同系列器件包含的时钟模块可能不一样，MSP430F4XX系列自动调整DCO频率，支持超低功耗应用。MSP430F4XX的时钟模块有三个时钟源：1）LFXT1CLK低频时钟源，由32768Hz晶体、标准晶体或者陶瓷协振器、外部450KHz8MHz的时钟源产生。2）XT2CLK高频时钟源，由标准晶体或者陶瓷协振器、外部450KHz8MHz的时钟源产生。3）DCOCLK片内数字控制RC振荡器，经常用作系统和外设的时钟信号，其稳定性可由FLL+硬件控制。MSP430F4XX始终模块可提供4种时钟信号：1）ACLK辅助时钟，可由软件选作各个外围设备的时钟信号，一般用于低速外设；2）ACLK/n,ACLK经1、2、4、8分频后由P1.5口输出，仅提供外部电路使用；3）MCLK系统主时钟：可由软件选择来自LFXT1CLK、XT2CLK和DCOCLK三者之一，然后经过1、2、4、8分频得到。主要用于CPU和系统。4）SMCLK子系统时钟：可有软件选择来自XT2CLK和DCOCLK，主要用于高速外设。MSP430F4XX时钟模块寄存器如下表：表3.1寄 存 器缩写形式类 型地 址初始状态系统时钟控制寄存器SCFQCTL读写52H01FH系统时钟频率积分寄存器0SCFI0读写50H040H系统时钟频率积分寄存器1SCFI1读写51H复位FLL+控制寄存器0FLL+CTL0读写53H003HFLL+控制寄存器1FLL+CTL1读写54H复位3.3.2 定时器定时器是MSP430应用系统中经常用到的重要部分，可以来实现定时控制、延迟、频率测量、脉宽测量和信号产生、信号检测等。此外还可以作为串行接口的可编程波特率发生器，在多任务的系统中用来作为终端信号实现程序的切换。一般来说，MSP430所需的定时信号可以用软件和硬件两种方法来获得。MSP430系列定时器部件功能见下表：表3.2定时器功 能看门狗定时器基本定时，当程序发生错误时执行一个受控的系统重启动基本定时器基本定时，支持软件和外围模块工作在低频率、低功耗条件下定时器A基本定时，支持同时进行的多种时序控制、多个捕获/比较功能和多种输出波形（PWM），可以以硬件方式支持串行通信定时器B基本定时，功能基本同定时器A，但比定时器A更灵活，功能更强大因本测量系统主要用到的定时器是定时器A和定时器B，下面介绍一下定时器A特性、工作原理和编程方法。TIMER_A有以下特性：1）输入时钟可以有多种选择，可以时慢时钟，快时钟以及内部时钟。2）虽然没有自动重载时间常数功能，但产生的定时脉冲或PWM（脉宽调制）信号没有软件带来的误差。3）不仅能捕获外部时间发生时间还可以锁定其发生时的高电平。4）可实现串行通信。5）完善的中断服务功能。6）4种计数功能选择。7）8种输出方式选择。8）支持多时序控制。9）DMA使能。Timer_A的寄存器如下表所示表3.3寄存器缩写读写类型地址初始状态Timer_A控制寄存器TACTL读写160HPOR复位Timer_A计数器TAR读写170HPOR复位捕获/比较控制寄存器0CCTL0读写162HPOR复位捕获/比较寄存器0CCR0读写172HPOR复位捕获/比较控制寄存器1CCTL1读写164HPOR复位捕获/比较寄存器1CCR1读写174HPOR复位捕获/比较控制寄存器2CCTL2读写166HPOR复位捕获/比较寄存器2CCR2读写176HPOR复位中断向量寄存器TAIV读写12EHPOR复位Timer_A共有4种技术模式：停止模式、增计数模式、连续模式和增/减计数模式。可根据需要，灵活选用。1）停止模式停止模式用于定时器暂停，并不发生复位，所有寄存器现行的内容在停止模式结束后都可用。当定时器暂停后重新计数时，计数器将从暂停的值开始以暂停的计数方向计数。2）增计数模式计数器TAR可以增计数到CCR0的值，当计数值与CCR0的值相等时（或定时器大于CCR0的值）时，定时器复位并从0开始重新计数。3）连续计数模式在需要65536个时钟周期的定时器应用场合常用连续计数模式。定时器从当前值计数到0FFFFh后，又从0开始重新计数。4）增减计数模式需要生成对称波形的情况经常使用增/减计数模式，该模式下，定时器先增计数到CCR0的值，然后反向减计数到0。计数周期仍由CCR0定义，它是CCR0计数器数值的2倍。16位定时器B和Timer_A一样是MSP430系列单片机的重要部件，除了在捕获/比较模块中Timer_B比Timer_A增加了比较锁存器外，两种定时器的结构几乎相同。3.3.3 MSP430各种端口在目前产品中有端口P1、P2、P3、P4、P5、P6、S和COM。产品因型号不同可包含上述所有或部分端口。各端口功能如下：表3.4端口功能P1、P2I/O、中断能力、其他片内外设功能P3、P4、P5、P6I/O、其他片内外设功能S、COMI/O、液晶驱动MSP430各种端口有大量的控制寄存器供用户操作，最大限度提供了输入/输出的灵活性。其中P1和P2口具有7个寄存器，P3、P4、P5和P6具有4个寄存器。通过设置寄存器每个I/O位都可以独立编程，允许任意组合输入、输出和中断。P1、P2所有8个位全部可以做外部中断处理。MSP430单片机输入端口的漏电流最大为50nA，远远低于其他系列的单片机（一般为110uA）。不管是灌电流还是拉电流，每个端口的输出晶体都能够限制输出电流（最大约为6mA），保证系统安全。3.3.4 低功耗结构TI的MSP430是一个特别强调低功耗的单片机系列，尤其适用于才有电池供电的长时间工作场合。MSP430应用系统价格和电流消耗等因素会影响CPU与外围设备的需求，所以系统使用不同的时钟信号：ACLK、MCLK、和SMCLK。这三种频率的时钟输出给不同的模块，从而更合理地利用系统的电源，实现整个系统的超低功耗。MSP430可由软件配置成6种不同的工作模式：1种活动模式和5种低功耗模式。各种模式的对比如下表：表3.5工作模式CPU状态、振荡器及时钟活动模式（AM）CPU处于活动状态、MCLK活动、SMCLK活动、ACLK活动低功耗模式0（LPM0）CPU处于禁止状态、MCLK禁止、SMCLK活动、ACLK活动低功耗模式1（LPM1）CPU处于禁止状态、如果DCO未作用MCLK或SMCLK，则直流发生器被禁止，否则仍保持活动MCLK禁止、SMCLK活动、ACLK活动低功耗模式2（LPM2）CPU处于禁止状态、如果DCO未作用MCLK或SMCLK，自动被禁止MCLK被禁止、SMCLK被禁止、ACLK活动低功耗模式3（LPM3）CPU处于禁止状态、DCO被禁止，直流发生器被禁止、M