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米乐体育活动:基于MSP430单片机的彩色TFT液晶显示模块的应用

发布时间:2022-09-25 05:45:49 来源:米乐体育在线下载 作者:米乐体育app官方版下载

  现代显示技术的基本特点是将各种非电置的信息,如声、光、热、力、数、气氛等的信息源通过一定的传感器、处理器进行感知和处理,传输给显示装置,再由显示装置进行处理、转换,最后经由显示器件转换为人类视觉可识别的信息。在显示的过程中,TFT彩色液晶显示模块可以提供更大的信息量。而触摸屏是一种使电子设备改头换面的设备,它赋予电子设备以崭新的面貌,是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

  任何一种基于微控制器的系统设计都包含了硬件设计和软件设计两个大的方面。硬件设计主要根据系统的功能要求选择不同的器件和芯片完成电路的搭建:软件设计是根据硬件的设计编写驱动代码和控制代码来完成特定的功能。硬件设计与软件设计结合起来才是一个完整的系统设计。

  系统硬件框图根据系统的设计要求(1)能显示温度、湿度和时间信息:(2)时间信息在外部断电后可以保持;(3)能将温度、湿度和时间等信息进行语音提示;(4)可以对时间进行设置。提出系统的硬件框图如下图所示。

  系统软件设计思想要完成这样一个系统,一般都会使用到微控制器的中断系统。基于此,系统软件的设计思想如下:(1)开机检测系统状态,完成相应的初始化(在初始化中打开中断);(2)进入正常工作状态;(3)等待中断触发,在不同的中断中完成不同的功能。

  微控制器的选择与最小系统设计在整个系统中,微控制器是一个很重要的核心器件,它主要完成传感器信号的加工与处理、时间信号的加工与处理、显示信号的加工与处理以及人机交互信息的加工与处理。这些信息量是非常大的。

  目前市面上单片机的种类与型号是最丰富的,从系统需求和笔者的经验出发,选择高速、高性能的MSP430系列单片机中的2系列单片机作为主控制器。

  在2系列单片机中,性价比相对比较高的是MSP430F24X(1)、MSP430F241(×)中的64脚封装的几种型号。它们的管脚是完全兼容的,区别是片内资源的不同。

  根据利尔达公司的LSD-FET430UIF这种型号的仿线单片机的特性和管脚定义绘制最小系统板原理图如下图所示。

  该最小系统板主要是完成MSP430单片机管脚的引出,采用DC3简易牛角插座;同时,对于UART串口使用了一片MAX3232芯片进行电平转换,配合DB9插座,从而可以和PC机进行通信。之所以采用这种插座引出的方式,是为了实现模块化,方便调试、检测和进行替换。

  温度与湿度信息获取模块的设计温度与湿度信息都是模拟量,因此必须使用相应的传感器及相关器件组成一定的模块将其转变成单片机可以识别的数字量。目前市面上温度和湿度传感器的品种有很多,已经出现了温湿度一体化的传感器,通过调研,笔者选定了瑞士盛世瑞恩公司的SHT数字温湿度传感器。SHT数字温湿度传感器最大的特点是:①全标定输出,无需标定即可互换使用;②两线制数字接口,无需额外电路。

  实时时钟模块的设计实时时钟信号的获取有多种途径,可以利用单片机自身的内部定时器或者中断产生,也可以使用专用的时钟芯片获得。而无论使用哪一种方式,都必须考虑到断电后时钟继续工作的问题。

  这个时候,采用专用的时钟芯片来解决这个问题是最简便的方法,本设计中直接使用PCF8563来完成实时时钟模块的设计。

  PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片,它提供一个可编程时钟输出,一个中断输出和掉电检测器,所有的地址和数据通过12C总线接口串行传递。最大总线Kbits/s,每次读写数据后,内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。

  对于用量不大的使用者来说,最常见的语音芯片主要分为两大类:一类以Flash为存储器,需要将语音信号进行录入后才可以播放,以后也可以修改语音信号,以ISD系列芯片为代表;一类将语音信号固化在ROM中,通过输入相应的控制和数据代码只能进行放音操作。在本系统中,选择使用第二类芯片。具体的型号是北京宇音天下科技有限公司采用自主核心技术开发的OSYN06188嵌入式中文语音合成芯片。

  OSYN06188的特点是:通过UART接收待合成的文本,可直接通过PWM输出方式驱动扬声器,亦可外接单支三极管驱动扬声器,即可实现文本到声音(TTS)的转换。支持国家标准GB2312所有汉字。

  人机交互模块的设计人机交互模块是系统设计中非常重要的组成部分,主要包括了信息显示终端与输入终端这两个部分。

  在这样一个系统中,信息显示终端必然选择平板显示器件;在平板显示器件中要么选择数码管/LED点阵,要么选择液晶显示模块。输入终端可以选择独立式键盘、矩阵式键盘;当选择使用了液晶显示模块后还可以选择触摸屏作为输入终端。

  本系统选择4.7TFT真彩色液晶显示模块做为显示终端,与之配套的触摸屏做为输入终端来完成人机交互模块的设计。

  1.汉字显示:标准汉字的点阵为15列16行,在没有硬件汉字库的情况下使用软件对汉字进行取模操作,然后将显示模数据送液晶显示器件进行显示。笔者选用的4.7液晶显示模块中自带了集通数码科技的GT21标准汉字字库芯片。GT21芯片采用了SPI总线,使用相对简单方便。

  2.触摸屏:触摸屏是一种极富吸引力的全新交互设备,它极大的简化了系统的使用,使各种类型的系统展现出更大的魅力。触摸屏的三大主要种类是:电阻式触摸屏、声表面波式触摸屏、电容式触摸屏。其中电阻式触摸屏自进入市场以来,就以稳定的质量,可靠的品质及环境的高度适应性占据了广大的市场,占有90%的市场量,已成为市场上的主流产品。本系统即选用电阻式触摸屏。从工作原理来看,要完成电阻式触摸屏的驱动与控制,必须具备以下两个条件。(1)完成电极电压的切换;(2)采集接触点处的电压值(即A/D)。

  此时可以通过使用模拟开关与MSP430内部自带的AD转换器来实现电阻式触摸屏的驱动与控制,但是这样会增加系统硬件设计的难度以及软件编写的难度。因此选择使用触摸屏专用控制芯片AD7843是一种简单、有效的解决方式。

  3.基于触摸屏的人机交互模块的硬件设计:根据所选择的器件,最终完成的硬件设计如下图所示。

  在图中左侧的接口也使用了DC3-10脚插座,与MSP430F2XX最小系统板是一一对应的。连接采用FC3-10芯的排线进行连接。

  系统工作流程与大多数的微控制器一样,MSP430系列单片机支持汇编与C语言的编程,另外MSP430系列单片机还支持C++语言的编程。由于C语言的优异特性,笔者选用C语言进行编程。目前针对MSP430系列单片机的开发环境中,相对使用比较多的是IAREmbeddedWorkbench。

  1MSP430系列单片机低功耗程序结构:由于MSP430系列单片机的在超低功耗的特殊性能,使得基于MSP430系列单片机的编程有自己独到且方便的方面。本系统程序设计选择如下图所示结构。

  低功耗的实现是由程序状态寄存器(SR)中的控制位进行控制的。它实现了5种低功耗模式:LPMO、LPM1、LPM2、LPM3、LPM40任何一种低功耗模式都只能与活动模式进行切换,如下图所示。

  1Flash驱动:MSP430系列单片机的Flash分为程序Flash和信息Flash。程序Flash按512字节分段,信息Flash按64字节分段。MSP430系列单片机可以对自身的Flash进行读写操作,因此可以将系统设置、状态信息保存在自身的Flash中,从而省去相应的外设。

  值得注意的是,Flash的擦除是按段进行的。因此,要改变某一字节的Flash中的内容必须按照以下几个步骤进行。(1)将相应段中的内容读入到内存中保存起来;(2)修改相应字节的内容;(3)段擦除;(4)写入修改后的信息。

  2硬件乘法器驱动:硬件乘法器是一个外围器件,它的运算过程与CPU无关,软件通过访问相关的寄存器就可以得到最终的运算结果。(1)操作数1寄存器(OPI)不能直接访问,只能通过4个寄存器MPY、MPYS、MAC或MACS来间接访问,这4个寄存器又代表了不同的乘法操作,分别为无符号乘法运算、有符号乘法运算、无符号乘加运算以及无符号乘加运算:(2)操作数2寄存器(OP2)可以直接访问:(3)当数据写入OP2寄存器时,立即开始相应的运算,运算结果放入RESHI、RESLO以及SUMEXT这3个寄存器中。

  大多数微控制器至少有一个脉冲宽度调制 (PWM) 外设,以方波形式生成多个波形。这些 PWM 输出可用于驱动同步负载,例如机械系统中的步进电机和电源转换器的功率MOSFET。对于这些负载,要使目标负载正常工作,PWM 波形必须精确同步,这一点非常重要。如果 PWM 外设未经过仔细编程,它可能偶尔会在波形之间产生相位延迟,从而导致在波形边沿未正确对齐时失去同步。这些相位延迟将会降低负载的驱动效率,从而浪费功率并可能产生过多的热量。对于常见的 PWM 外设,可以启用或禁用某个 PWM,但同时会导致其他 PWM 输出发生相位延迟。这对于小规格电池供电型物联网(IoT) 应用而言尤其是个问题。在此类应用中,单个具有 16 或 3

  PWM 如何输出更高效地驱动负载 /

  1. 数字I/O接口介绍MSP拥有多达12组I/O接口(P1 - P11和PJ),其中P1 、P2具有可单独配置的中断功能,不同的设备可能还有其他中断接口。P1口被储存在中断向量P1IV,P2口被储存在终中断量P2IV,I/O端口可被以byte(8位)或者word(16位)方式读写;P1和P2组成PA;P3和P4组成PB;以此类推;但中断P1IV P2IV只能byte读写,不存在PAIV2. 数字I/O操作2.1 输入寄存器PxINBIT = 1 输入为高BIT = 0 输入为低PxIN为只读寄存器,当尝试对这些寄存器进行写操作时,会消耗大量电流2.2 输出寄存器PxOUTBIT = 0 输出为低BIT = 1 输出为高当引脚设定为

  第十二章:通用输入输出接口GPIO /

  1. FLASH介绍msp430的Flash是可字节(8bit)、字(16bit)、长字(32bit)寻址和编程的存储器。Flash储存模块由一个集成的控制器控制编程和擦除操作。该模块包含三个寄存器、一个时序发生器和一个提供编程和擦除电压的电压发生器组成。累积的高电压时间不能过长,在另一个擦出周期之前,32bit的字写入不能超过四次。Flash有以下特点:集成编程电压发生器字节、字、长字编程超低功耗操作可进行段擦除、扇区擦除和全部擦出边沿0和边沿1读模式当程序不在待擦除的扇区执行时,扇区可以单独擦除2. Flash段Flash分为主存、信息部分和BSL存储器部分,可被字节(8bit)、字(16bit)、长字(32byte)、块(12

  第七章:FLASH /

  1.介绍通用时钟系统(UCS)可以让用户在性能与功耗中寻找最佳平衡点,允许用户在外部只有晶振的条件下纯软件配置,其包含5个时钟源:XT1CLK:低频/高频振荡器,可以使用32768HZ手表晶振、标准晶振、谐振器、4-32MHZ外部时钟源VLOCLK:内部低功耗低频时钟,典型值10KHZ。REFOCLK:内部32768HZ手表晶振,可用作FLL的参考时钟。DCOCLK:内部数控振荡器(DCO),可被FLL稳定。XT2CLK:可选高频振荡器,可用作标准振荡器,共振器、4-32MHZ外部时钟源,也可用作FLL的参考时钟。3个可用时钟信号:ACLK:辅助时钟,ACLK可被软件选用源于XT1CLK, REFOCLK, VLOCLK, DCOC

  第五章:统一时钟系统 /

  总结1. CPU介绍MSP430的CPU具有诸如计算分支、表格处理、支持高级语言(C)等现代处理器特征,其特点包括:1.RISC精简指令集2.正交体系结构3.包括程序计数器PC、堆栈寄存器SP、状态寄存器SR在内的全部寄存器可访问3.单周期寄存器操作4.更大的寄存器容量以减少内存访问5.20位地址总线允许直接访问,在整个内存范围内进行分支,而不进行分页。6.16位数据总线个常用常数以减少代码大小8.直接内存到内存传送不需要中间寄存器9.字节、字、20位地址直接访问2. 中断中断向量为16位地址,可指向低64KB内存,这也意味着中断服务程序必须位于低64KB的内存空间中。发生中断时,首先将PC和SR

  CPU介绍 /

  MSP430的CPU支持7种源寻址和4种目的寻址1.寄存器模式可利用寄存器的8、16和20位,长度为1、2或者3个字长。Byte操作:读源寄存器的低8位,然后将其写入目的寄存器对应的低8位,目的寄存器的8:19位会被清空而源寄存器不受影响;Word操作:读源寄存器的低16位,然后将其写入目的寄存器对应的低16位,目的寄存器的17:19位会被清空而源寄存器不受影响;Address-word操作:读源寄存器的所有位,然后将其写入目的寄存器对应的位;SXT例外:SXT是寄存器操作的唯一例外,这条指令将源寄存器的第7位符号拓展到目的寄存器的高8位,也就是8:19位

  寻址模式 /

  硬件参考设计RK3328_BOX_REF_V11_2017081702_核心模板

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