MSP430F5438单片机远程监控系统硬件设计+PCB电路图(2)

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附录一电路原理图总图 36

附录二 PCB板图 37

1 引言

1.1 研究背景及意义

现代工作、生活中，安全问题显得尤为重要。人们一直构想为了可以更加准确及时地了解想要监控的环境，给一个仓库、工厂、教室或是家居中设定一套远程监控系统。也许在以前有人会选择在监控现场配上一台接入因特网的电脑，通过设置操控软件控制各种开关来达到目的。但这么做的复杂性也可想而知，并不适合市场的推广。随着单片机技术及功能模块化的不断发展，使得基于单片机的远程监控系统成为了可能。

本文设计的远程监控系统使用MSP430系列单片机作为主控元件。德州仪器开发的16位单片机MSP430系列最显著的特征就是超低功耗，非常适合于功率要求低的场合[1]。

1.2 研究现状

1.3 研究内容及目标

本课题研究在工厂或是其他环境下，通过固定传感器可以把固定的物理量转化为电压量以便于监控。本课题采用MSP430单片机控制对模拟电压采集，并传输进入电脑来达到监控的目的。

本课题重点要解决的问题如下：

a. 完成模拟电压采集

b. 设计相应的实时时钟电路

c. 设计相关串行通信系统RS232/RS485电路，完成数据远程控制

1.4 本章小结

本章介绍了论文的研究背景、意义、任务及内容，并对远程监控系统的研究现状做了说明。

2. 远程监控系统整体设计

2.1 MSP430F5438芯片简介

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、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中[1]。它的主要特点有：

a. 处理能力强

MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

b. 运算速度快

MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。

c. 超低功耗

MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。

首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。

其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32.768kHz）DT-26 OR DT-38，也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。