一、MSP430 F427最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
MSP430 F427最小系統(tǒng)如圖2所示。從圖2中可以看出：該最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，包括外接晶振、手動(dòng)及上電復(fù)位電路和電源線地線，還包括與系統(tǒng)各個(gè)模塊的接口。接口使用電路制作軟件AlbumDesigner中的NET來(lái)表示，使得各個(gè)模塊直觀上比較清晰。其中，程序下載的接口為P1.0口和Pl.1口，采用MSP430系列單片機(jī)所特有的用Bootstrap Loader(BSL)程序下載方式。
MSP430 F系列單片機(jī)是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一種超低功耗的Flash控制器，有“綠色”控制器之稱，其技術(shù)特征代表了單片機(jī)的發(fā)展方向。MSP430的片內(nèi)存儲(chǔ)器單元是能耗非常低的單元，功耗僅為其它微控制器的1/5，同其它控制器相比，既可縮小電路板空間，又可降低系統(tǒng)成本。其主要特點(diǎn)有：①超低功耗。待機(jī)電流小于1A，在RAM數(shù)據(jù)保持方式時(shí)僅耗電0.1A，活動(dòng)模式時(shí)耗電250A。在系統(tǒng)中共有1種活動(dòng)模式(AM)和5種低功耗模式(LPMO一LPM4)。
②強(qiáng)大的處理能力。采用了精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，1個(gè)時(shí)鐘周期就可以執(zhí)行1條指令。③高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊。內(nèi)部集成看門狗定時(shí)器、12位ADC，DMA控制器、基本定時(shí)器和串行通信(UART，IICSPI)等。④系統(tǒng)工作穩(wěn)定。晶體振蕩器在用作CPU時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，數(shù)字控制振蕩器DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作。⑤方便高品質(zhì)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。MSP430的FLASH型具有方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，器件片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，同時(shí)又可以利用BSL技術(shù)更改并運(yùn)行內(nèi)部的程序。MSP430 F427具有64個(gè)引腳，內(nèi)部包含16位的定時(shí)器、串行通信接口、128段段式液晶驅(qū)動(dòng)能力和14個(gè)IO口，滿足本設(shè)計(jì)要求，且沒(méi)有造成IO資源的浪費(fèi)。
二、傳感器模塊電路設(shè)計(jì)
傳感器模塊電路如圖3所示。SHT10是一款高度集成的溫度、濕度傳感器芯片，采用的CMOSens技術(shù)，提供全量程標(biāo)定的數(shù)字輸出。傳感器包括1只電容性聚合體濕度敏感元件和1只用能隙材料制成的溫度敏感元件，并在同一芯片上與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，芯片與外圍電路采用采用二線制連接；同時(shí)，每個(gè)傳感器芯片都在極為的恒溫室中以鏡面冷凝式溫度計(jì)為參照進(jìn)行標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式存儲(chǔ)在OTP內(nèi)存中[#]。SHT10傳感器的相對(duì)濕度分辨率的典型值為0.OS%RH，精度為正負(fù)4.5%RH；溫度分辨率的典型值為0.010C，精度為正負(fù)0.50C o圖3左邊部分為傳感器供電控制電路，由三極管PNP8550和電阻電容構(gòu)成電子開(kāi)關(guān)，作用是在系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)前對(duì)傳感器斷電，以及系統(tǒng)從睡眠喚醒對(duì)傳感器供電，從而更大程度地降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。圖3右邊部分為傳感器電路，串行輸入端SHT_SCL用于MSP430 F427與SHT10之間的通信同步，二者之間能以任意低的速度進(jìn)行通信；數(shù)據(jù)端SHT_SDA用于內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出和外部數(shù)據(jù)輸入，SHT_SDA在SHTSCL時(shí)鐘下降沿之后改變，并且僅在SHT_SCL時(shí)鐘上升沿有效。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，一定要注意將SHT_SCL和SHT_SDA之間放置電源線SHTV3.3和地線GND，以消除信號(hào)串?dāng)_，并且電源和地之間加一個(gè)100nF的去藕電容。特別注意的是傳感器要與易發(fā)熱的電子元件盡量離得遠(yuǎn)一些，將熱傳遞的影響減到最小，本設(shè)計(jì)中采用將傳感器和主電路板之間留出一道縫隙。
三、USB通訊接口電路設(shè)計(jì)
USB通訊接口電路如圖4所示。USB轉(zhuǎn)串口芯片選用PL2303USB的SV輸入轉(zhuǎn)3.3V，選用LM1117-3.3}USB接口選用通用的Micro一USB。PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232一USB接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個(gè)RS232全雙工異步串行裝置與USB功能接口便利連接的解決方案。該器件內(nèi)置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的UART，能夠方便地嵌入手持設(shè)備。當(dāng)溫濕度測(cè)量?jī)x插入U(xiǎn)SB時(shí)，USB輸入的SV電壓可以利用LM1117一3.3芯片轉(zhuǎn)換為3.3V，從而為包括傳感器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)供電。
四、段式液晶顯示電路設(shè)計(jì)
液晶顯示電路如圖5所示。筆段式液晶顯示器件是指以長(zhǎng)條形狀顯示像素組成一位顯示類型的液晶顯示器件，簡(jiǎn)稱段式液晶顯示器件，主要用于顯示數(shù)字或類似數(shù)字的斷碼型顯示，該段碼型類似于‘r8”的結(jié)構(gòu)。段式液晶有著極低的功耗，顯示效果清晰，這一點(diǎn)是本設(shè)計(jì)中選擇段式液晶的原因。
段式LC D的驅(qū)動(dòng)方法和數(shù)碼管不太一樣，數(shù)碼管只要給電和選通就亮。段式LC D的驅(qū)動(dòng)是靠?jī)刹糠纸M成的：一部分是不間斷的電壓脈沖。這個(gè)電壓脈沖由MSP430 F427自身生成，設(shè)計(jì)中采用4-mux1/3 bias方式驅(qū)動(dòng)段式液晶。將M SP430 F427的R03}R13}R23和R33引腳外接3個(gè)等值電阻，等值電阻取值為100kSZ接法如圖5所示。這樣就可以產(chǎn)生不間斷的電壓等級(jí)脈沖，MSP430F427的COMO一COM3就是這些電壓等級(jí)脈沖的輸出管腳，直接與LCD的COMO一COM3相連接即可。另一部分是選通管腳，選通管腳也就是選通
LC D上面的SO一S23，直接將MSP430 F427的SO一S23與LC D的SO一S23相連接即可。按照上面的方式將CPU與LCD連接好之后，就可以通過(guò)配置寄存器，通過(guò)相應(yīng)的程序來(lái)顯示測(cè)量?jī)x的溫濕度值。
五、鏗電池供電電路設(shè)計(jì)
鏗電池供電電路如圖6所示。設(shè)計(jì)采用常用的可充電鏗電池作為電源，由于選用的MSP430 F427、傳感器和電路中的其它芯片工作電壓均為3.3V，而設(shè)計(jì)中選用的鏗電池充滿電后的電壓為3.7V，鏗電池電量接近耗盡時(shí)的電壓為3.0V，所以需要對(duì)鏗電池電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，選用常用的鏗電池電壓轉(zhuǎn)換芯片LTC3440。
LTC3440是一種高品質(zhì)率、固定頻率、降壓一升壓型的DC/DC轉(zhuǎn)換器，輸入電壓和輸出電壓范圍均為2.5一5.5VoLTC3440在所有的工作模式下都具備連續(xù)傳送功能，非常適用于延長(zhǎng)單節(jié)鏗電池或者鎳氫電池的工作時(shí)間。http://m.zgshfp.com
