基于MSP430的嵌入式教学实验平台的设计与实现
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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。
With the development of electronicstechnology, curricular courses like microprocessors or embedded systems have been introduced intensively to the major of electrical engineering in universities. Most of these courses emphasize basic principles and theories, supporting experiments, however, are not enough to form a system. Based on the above fact, the assay designs and develops a teaching & experimenting embeddedplatform based on MSP430 microprocessor. Possessing abundant functional modules and interfacing resources, the platform is fit for both beginners and veterans. The platform combines traditional bit control technique with MPY and DMA technique in digital signal processing, approximating the high-end DSP, ARM embedded system platform, meeting the needs of fundamental teaching and products designing.
According to the abundant resources of the 430 microprocessor, the essay accomplishes the hardware design of different modules, and the debugging of relevant software. The MCU of the platform is 16-bit ultra-low power-consumption microprocessor MSP430F169. It integrates modules including input keyboard, display, real-time clock, data sampling, communication, data storing, file managing. The platform involves in monobus communicating, UART communicating, I2C bus communicating, SPI bus communicating, infrared communicating, USB file managing, DMA technique, etc. It can implement digital signal processing algorithm like FFT algorithm and FIR filter. Students can master the inner structure and the operating principles of the MCU, learn common hardware interfaces, communicating protocols, and lay the foundation of learning high-end embedded system platform like DSP and ARM.
The teaching & experimenting platform may be adapted to teaching aids as well as developing tools, appropriate for undergraduates, electrical engineering technicians and fans of embedded systems. The embedded teaching & experimenting expects wide use in teaching, and may boost the innovational capacity of the undergraduates to some extent.
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。
With the development of electronicstechnology, curricular courses like microprocessors or embedded systems have been introduced intensively to the major of electrical engineering in universities. Most of these courses emphasize basic principles and theories, supporting experiments, however, are not enough to form a system. Based on the above fact, the assay designs and develops a teaching & experimenting embeddedplatform based on MSP430 microprocessor. Possessing abundant functional modules and interfacing resources, the platform is fit for both beginners and veterans. The platform combines traditional bit control technique with MPY and DMA technique in digital signal processing, approximating the high-end DSP, ARM embedded system platform, meeting the needs of fundamental teaching and products designing.
According to the abundant resources of the 430 microprocessor, the essay accomplishes the hardware design of different modules, and the debugging of relevant software. The MCU of the platform is 16-bit ultra-low power-consumption microprocessor MSP430F169. It integrates modules including input keyboard, display, real-time clock, data sampling, communication, data storing, file managing. The platform involves in monobus communicating, UART communicating, I2C bus communicating, SPI bus communicating, infrared communicating, USB file managing, DMA technique, etc. It can implement digital signal processing algorithm like FFT algorithm and FIR filter. Students can master the inner structure and the operating principles of the MCU, learn common hardware interfaces, communicating protocols, and lay the foundation of learning high-end embedded system platform like DSP and ARM.
The teaching & experimenting platform may be adapted to teaching aids as well as developing tools, appropriate for undergraduates, electrical engineering technicians and fans of embedded systems. The embedded teaching & experimenting expects wide use in teaching, and may boost the innovational capacity of the undergraduates to some extent.
引文
[1]郭加书.论本科生创新能力培养与教学改革[J].中国成人教育,2009年第3期
[2]潘巧明等.关于地方性高校开放实验室体系改革的思考[J].丽水学院学报,2010-32
[3]黄健.对单片机实验教学的比较与探讨[J].中国西部科技,2006,(28)
[4]李孟山.开放式实验平台的设计与实现[D].景德镇陶瓷学院,2010
[5]李学礼,林海峰.基于Proteus软件的单片机实验室建设[J].单片机与嵌人式系统应用,2005(9)
[6]陈龙,张亚君.Proteus仿真软件在单片机实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2009年第8期
[7]宋蕴璞等.高校单片机教学实验设备与方式探讨[J].实验室研究与探索,2009
[8]沈建华,杨艳琴,翟晓曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社,2004.
[9]MSP430超低功耗微控制器手册[EB/OL]. http://focus.ti.com.cn/zhcb-003f.pdf,2011
[10]胡大可.MSP430系列FLASH型超低功能16位单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社,2001
[11]李伟.基于无线传感器网络的甲醛实时监测系统[D].南京信息工程大学,2009
[12]管丽丽.奶牛生化感应系统的研究与设计[D].南京信息工程大学,2009
[13]吴怀超,王海南.MSP430和MCS-51单片机在数据采集中的应用比较[J].自动化技术与应用,2010(11)：111-113
[14]叶芳.基于GPS技术的车速传感器的研制与应用[D].重庆大学,2009
[15]王瑞宁.AVR32智能型温湿度控制器的设计与实现[D].华南理工大学,2009
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[42]李增志.室内采暖热计量温控系统的研究[D].华北电力大学,2006
[43]李钢.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用[J].现代电子技术,2005
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[52]陈晋华.基于MSP430fw427和M-BUS的智能热量表的设计[D].太原理工大学,2010
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