MSP430單片機(jī)教學(xué)綜合實(shí)訓(xùn)一例

相成

（黑龍江司法警官職業(yè)學(xué)院）

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)成本低、種類多應(yīng)用廣泛，應(yīng)用人才需求量大，高職院校在計(jì)算機(jī)應(yīng)用類職業(yè)人才培養(yǎng)中大多開設(shè)單片機(jī)應(yīng)用類課程。專業(yè)實(shí)訓(xùn)是高職人才培養(yǎng)中的重要一環(huán)，包括了從知識(shí)準(zhǔn)備到實(shí)訓(xùn)器材選擇、從程序設(shè)計(jì)到電路設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。實(shí)訓(xùn)中用到了MSP430單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器，DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、LED數(shù)碼管、蜂鳴器、12864多功能液晶顯示模塊，對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練較為全面。

關(guān)鍵詞：MSP430單片機(jī)；溫度計(jì)；實(shí)訓(xùn)

1 概述

單片機(jī)應(yīng)用廣泛，成本低，種類多，功耗低，能夠方便地組裝成各種智能的控制設(shè)備，能夠完成相對(duì)比較復(fù)雜的控制任務(wù)，環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，已成為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，發(fā)展速度極快。單片應(yīng)用人才需求廣泛，高職院校在計(jì)算機(jī)應(yīng)用類職業(yè)人才培養(yǎng)中大多開設(shè)單片機(jī)應(yīng)用類課程。專業(yè)實(shí)訓(xùn)是高職人才培養(yǎng)中的重要一環(huán)，包括了從知識(shí)準(zhǔn)備到實(shí)訓(xùn)器材選擇、從程序設(shè)計(jì)到電路設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，對(duì)提高學(xué)生實(shí)踐能力起到了重要作用。

2 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)與要求

本實(shí)訓(xùn)采用現(xiàn)技術(shù)已比較成熟且難度適中的“數(shù)字溫度計(jì)”制作作為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇DS18B20作為溫度傳感器，可以省去采樣/保持電路、運(yùn)放、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路以及串/并轉(zhuǎn)換電路，可以有效簡(jiǎn)化電路，縮短系統(tǒng)的工作時(shí)間，降低了實(shí)訓(xùn)難度。選擇MSP430單片機(jī)為測(cè)控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警等功能。本實(shí)訓(xùn)采用MSP430單片機(jī)作為核心部件，MSP430系列單片機(jī)是一種16位的單片機(jī)，相對(duì)于8位的51單片機(jī)來說，它具有功能豐富、較大的內(nèi)部RAM和程序存儲(chǔ)空間，適合開發(fā)較復(fù)雜的系統(tǒng)。采用C語言開發(fā)，程序更容易編寫和較好的可讀性，可以大大提高軟件開發(fā)的工作效率。

溫度傳感器DS18B20把所測(cè)得的溫度發(fā)送到MSP430單片機(jī)上，經(jīng)過單片機(jī)處理，將溫度在LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)顯示。系統(tǒng)由主控制器、測(cè)溫電路和顯示電路3個(gè)模塊組成。

對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)具體要求如下：

（1）熟悉各元器件原理與使用方法，編寫程序，實(shí)現(xiàn)以單片機(jī)為核心器件，使用溫度傳感器采集溫度，通過LED數(shù)碼管顯示器顯示溫度值。

（2）編寫程序，通過液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)漢字和溫度值輸出顯示，實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警功能。

（3）設(shè)計(jì)制作獨(dú)立完整實(shí)驗(yàn)電路。

3 實(shí)訓(xùn)器材

采用MSP430-DEMO16X開發(fā)試驗(yàn)板，單片機(jī)的所有引腳都已經(jīng)引出，便于學(xué)生進(jìn)行擴(kuò)展試驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置和源程序都進(jìn)行了詳細(xì)的說明。使用IAR Embedded Workbench V3.42A MSP430集成開發(fā)環(huán)境。

MSP430-DEMO16X開發(fā)試驗(yàn)版集成了MSP430F169單片機(jī)、MAX7219顯示驅(qū)動(dòng)器、DS18B20溫度傳感器，DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、LED數(shù)碼管、蜂鳴器等器件。為進(jìn)一步提高實(shí)訓(xùn)的難度增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)效果，還需準(zhǔn)備1062液晶顯示模塊和12864多功能液晶顯示模塊各一塊。

4 實(shí)訓(xùn)過程

（1）知識(shí)準(zhǔn)備階段。在之前的教學(xué)過程中和在實(shí)訓(xùn)的開始階段讓學(xué)生熟悉MSP430-DEMO16X開發(fā)試驗(yàn)版的結(jié)構(gòu)使和用方法，各應(yīng)用元器件的原理、功能、各引腳作用，各元器件之間的連接方法。

（2）程序設(shè)計(jì)階段。由于MSP430-DEMO16X開發(fā)試驗(yàn)版已將各器件進(jìn)行了連接，在熟悉硬件后即可指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入程序設(shè)計(jì)階段。

系統(tǒng)程序主要包括：①主程序。主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示，讀出并處理DS18B20的測(cè)量溫度值；②讀出溫度子程序。主要功能是讀出隨機(jī)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容并進(jìn)行校驗(yàn)；③計(jì)算溫度子程序。計(jì)算溫度子程序?qū)⒆x取的值進(jìn)行十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換運(yùn)算；④溫度轉(zhuǎn)換命令子程序。主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令；⑤顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，進(jìn)行顯示移位操作。

在這個(gè)過程中要詳細(xì)講解各部分程序的功能，并給出流程圖。讓學(xué)生在IAR Embedded Workbench V3.42A MSP430集成開發(fā)環(huán)境中編寫程序，寫入單片機(jī)，在實(shí)驗(yàn)板中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在此過程中，教師要以答疑為主，不要參與學(xué)生具體程序的編寫與修改，要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生相互協(xié)作交流。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，或是因輸入錯(cuò)誤或是因邏輯錯(cuò)誤，必然有相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生編寫的程序無法在實(shí)驗(yàn)板中運(yùn)行或是能夠運(yùn)行但不能正確顯示結(jié)果，所以要在程序設(shè)計(jì)階段開始后的一個(gè)較為合理的時(shí)間點(diǎn)，給出條理清晰可執(zhí)行的參考源程序，讓學(xué)生能夠?qū)φ詹檎覇栴}所在，提高應(yīng)用能力。在給出源程序前應(yīng)先讓學(xué)生上交各自編寫的程序，作為實(shí)訓(xùn)成績(jī)?cè)u(píng)定的一個(gè)依據(jù)。

（3）鞏固提高階段。在學(xué)生能夠編寫程序在LED數(shù)碼管中正確顯示溫度后，讓學(xué)生使用液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)漢字和溫度顯示。這個(gè)過程主要是鞏固溫度采集與處理部分的知識(shí)，掌握液晶顯示模塊的使用和編程輸出。教師要在之前教學(xué)過程教授的知識(shí)基礎(chǔ)上詳細(xì)講解液晶顯示模塊的連接方法，并給出應(yīng)用實(shí)例和參考程序，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生，設(shè)計(jì)液晶顯示電路和編寫液晶顯示程序，在程序中加入溫度判斷功能實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警，并顯示報(bào)警原因。

（4）電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段。這個(gè)過程學(xué)生讓學(xué)生離開實(shí)驗(yàn)板，自行設(shè)計(jì)制作電路，實(shí)現(xiàn)MSP430單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器，DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、蜂鳴器、12864多功能液晶顯示模塊的位置設(shè)計(jì)與引腳連接，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電容、電阻的選用和電路板的焊接等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，這個(gè)過程對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練較為全面，真正實(shí)現(xiàn)理論到實(shí)踐應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。這個(gè)過程不要求所有學(xué)生都能夠?qū)崿F(xiàn)，可作為成績(jī)?cè)u(píng)定的另一依據(jù)。

5 總結(jié)

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容較為復(fù)雜，使用到的元器件較多，是對(duì)學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練與檢驗(yàn)，實(shí)訓(xùn)時(shí)間應(yīng)在一周左右為宜，實(shí)訓(xùn)過程中學(xué)生盡量不要分組，要讓學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，要注重鍛煉學(xué)生分析問題解決問題的能力，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，使學(xué)生真正有所收獲。