通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于射頻卡燃?xì)獗淼脑O(shè)計(jì)

1、 jiangsu university 本 科 生 畢 業(yè) 論 文基于射頻卡燃?xì)獗淼脑O(shè)計(jì)design of prepayment gas meter based on smart card學(xué) 院 名 稱(chēng)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 06通信（1）班 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱(chēng)： 講 師 2010年5 月20日基于射頻卡燃?xì)獗淼脑O(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：06通信1班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱(chēng)：講師摘要 為適應(yīng)國(guó)家用天然氣制度的改革，研究和利用現(xiàn)代化智能技術(shù)對(duì)天然氣實(shí)行自動(dòng)控制，減輕供氣管理部門(mén)因“先供氣后收費(fèi)”造成的資金壓力，減少每月抄表、收費(fèi)所帶來(lái)的麻煩和因收費(fèi)

2、問(wèn)題帶來(lái)的糾紛，用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段改變供氣管理體制的落后現(xiàn)狀，勢(shì)在必行?；谏漕l卡的智能氣表不但可以提高供氣部門(mén)的工作效率，而且在技術(shù)上為節(jié)約用氣、合理用氣創(chuàng)造了條件，由于這些特點(diǎn)，基于射頻卡的智能氣表得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本論文以基于射頻卡的智能氣表系統(tǒng)為研究對(duì)象，重點(diǎn)探討了基于msp430超低功耗單片機(jī)在智能氣表上的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)。根據(jù)智能氣表的特點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)有射頻卡預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗碓趯?shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，研究了一個(gè)基于射頻卡的預(yù)付費(fèi)智能氣表的設(shè)計(jì)方案，該方案采用微功耗單片機(jī)技術(shù)，選用美國(guó)德州儀器公司最新推出的16位msp430系列單片機(jī)，完成了基于射頻卡的氣表的樣機(jī)制作和軟件編程，具有穩(wěn)定性、

3、安全性和低功耗的特點(diǎn)。在控制器的軟硬件設(shè)計(jì)中，介紹了控制器的硬件結(jié)構(gòu)，制定了密鑰存儲(chǔ)和分發(fā)方案，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。關(guān)鍵詞：射頻卡 msp430單片機(jī) 低功耗 智能氣表design of prepayment gas meter based on smart cardabstract in order to adapt the reform of the nation system of natural gas supply, studying and making use of the modem intelligence technique to realize the automati

4、c supervision of the gas supply, lightening the funds pressure because of“ supply natural gas first behind charge” of the department supplying natural gas, reducing the trouble and dispute of copying the form and charging monthly, using the modem science technique change the current administration s

5、tructure of using gas and gas supply industry is imperative under the situation. the application of intelligent gas meter not only improves work efficiency of the department supplying gas and realizes using gas electronically but also creates a condition for using gas frugally and rationally. becaus

6、e of these characteristics, intelligent gas meter obtained more and more widespread application. this thesis takes intelligent gas-meter system based on ic card as the research object, and application and the development of the low power msp430 microcontroller in the intelligence instrument is discu

7、ssed in detail. according to the characteristics of intelligent gas water meter， in view of the existing problem of intelligent gas meter, we researched a design proposal of intelligent gas meter based on intelligent card. this plan uses the low power microcontroller technology, selected the newest

8、promoted msp430 of ti company, completed the prototypical manufacture and software programming of intelligent gas meter. it has characteristic of stable, secure and low power. in the software and hardware design of controller, we introduced the hardware structure of controller, formulated the method

9、 of storage and distribution of secret key. it ensures the security of data transfers. the prototypical experiment and the actual application indicates that the intelligent gas meter has some advantage of perfect function, exalt measurement and reliable communication.keywords: rfid, msp430 micro- co

10、ntroller, low power, intelligent gas meter目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 課題研究的背景及意義11.3 國(guó)內(nèi)外儀表發(fā)展現(xiàn)狀和新技術(shù)21.3.1 國(guó)內(nèi)外儀表發(fā)展現(xiàn)狀21.3.2 國(guó)內(nèi)外天然氣儀表的新技術(shù)31.4 本課題的主要任務(wù)3第二章 射頻卡識(shí)別系統(tǒng)簡(jiǎn)介52.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)原理52.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)模型52.3 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成72.4 射頻識(shí)別系統(tǒng)分類(lèi)9第三章msp430系列單片機(jī)簡(jiǎn)介113.1 msp430系列單片機(jī)簡(jiǎn)介113.1.1 msp430系列單片機(jī)功能特性113.1.2 msp430系列單片機(jī)的應(yīng)用133.2 msp430f4

11、13型單片機(jī)143.2.1 cpu143.2.2 工作方式143.2.3 flash存儲(chǔ)器163.2.4 振蕩器和系統(tǒng)時(shí)鐘163.2.5 數(shù)字i/o163.2.6 lcd驅(qū)動(dòng)173.2.7看門(mén)狗定時(shí)器173.2.8 比較器a183.2.9基本定時(shí)器1183.3 msp430芯片的fet開(kāi)發(fā)方法183.3.1 msp430芯片的jtag接口183.3.2 flash型仿真工具18第四章 基于射頻卡然燃?xì)獗淼挠布O(shè)計(jì)204.1 設(shè)計(jì)分析204.2 總體結(jié)構(gòu)204.3 基于msp430單片機(jī)的低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)214.4 燃?xì)獗砉ぷ髟?24.5 預(yù)付費(fèi)控制器的工作原理224.5.1 mcu244.5.

12、2 閥門(mén)驅(qū)動(dòng)電路244.5.3 液晶顯示電路的設(shè)計(jì)254.5.4 防開(kāi)表裝置27第五章 基于射頻卡燃?xì)獗淼能浖O(shè)計(jì)285.1 軟件設(shè)計(jì)原則285.2 燃?xì)獗砉δ苣K設(shè)計(jì)295.2.1 初始化模塊315.2.2 氣量計(jì)量模塊315.2.3 射頻卡處理模塊325.3 密鑰存儲(chǔ)和安全性分析335.3.1 智能卡常用的加密算法345.3.2 安全性355.3.3 安全性問(wèn)題的解決方案35第六章 對(duì)燃?xì)獗淼目偨Y(jié)與展望37致謝39參考文獻(xiàn)40第一章 緒論1.1 引言為適應(yīng)國(guó)家使用天然氣制度的改革，研究和利用現(xiàn)代化智能技術(shù)對(duì)天然氣實(shí)行自動(dòng)監(jiān)控，減輕供氣管理部門(mén)因“先供氣后收費(fèi)”造成的資金壓力，減少每月抄表、

13、收費(fèi)所帶來(lái)的麻煩和因收費(fèi)問(wèn)題帶來(lái)的糾紛，用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段改變供氣管理體制的落后現(xiàn)狀，勢(shì)在必行。智能化天然氣表的推廣，不但可以提高供氣管理部門(mén)的工作效率實(shí)現(xiàn)了用氣收費(fèi)的電子化，而且在技術(shù)上為節(jié)約用氣，合理用氣創(chuàng)造條件。射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合合實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)1。經(jīng)過(guò)九十年代的快速發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)現(xiàn)己涉及到人們生活的方方面面，并且有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)的射頻卡制卡技術(shù)及其相應(yīng)的讀寫(xiě)設(shè)備內(nèi)核技術(shù)，仍處于落后狀態(tài)，這極大地制約了我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展。因此，對(duì)射頻卡天然氣儀表的研究是一件十分有意義的事情。本論文以射頻卡天然氣表系

14、統(tǒng)為研究對(duì)象，重點(diǎn)探討了基于msp430f413型超低功耗單片機(jī)在低功耗智能儀表上的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)。論文首先提出利用射頻卡技術(shù)智能天然氣表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；然后系統(tǒng)地介紹了以msp430f413單片機(jī)為核心的智能儀表控制系統(tǒng)的組成特點(diǎn)及各部分功能，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制的硬件電路結(jié)構(gòu)和研究了軟件控制流程的實(shí)現(xiàn)，采用軟硬件結(jié)合的方法，對(duì)系統(tǒng)的低功耗、抗干擾性設(shè)計(jì)及安全性問(wèn)題作了一定的分析與研究；最后，對(duì)系統(tǒng)尚存在的問(wèn)題及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善的內(nèi)容和方向進(jìn)行了探討。1.2 課題研究的背景及意義長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)居民所使用的天然氣儀表普遍是機(jī)械旋轉(zhuǎn)式儀表，這種儀表價(jià)格低，性能比較穩(wěn)定。然而隨著社會(huì)的發(fā)展，面對(duì)高層

15、建筑和生活小區(qū)等，傳統(tǒng)儀表的不足之處便充分暴露出來(lái)。首先，抄表人員要頻繁往來(lái)于每個(gè)用戶(hù)家里讀表，工作量大；其次，用戶(hù)正常的生活將受到干擾，并可能給犯罪分子有機(jī)可乘；此外，由于部分用氣單位和個(gè)人種種原因所造成的費(fèi)用拖欠的問(wèn)題等，也一直困擾著各供氣公司。在經(jīng)濟(jì)科技日益發(fā)達(dá)的今天，為促進(jìn)企業(yè)事業(yè)單位等節(jié)約用氣，保證居民生活用氣的需要，節(jié)能型、實(shí)用型智能儀表的研制與開(kāi)發(fā)成為社會(huì)所需。隨著我國(guó)電子信息業(yè)的迅速發(fā)展，無(wú)論是用戶(hù)還是供氣管理部門(mén)都迫切需要現(xiàn)代化管理手段的介入，這給供氣部門(mén)在用氣管理規(guī)范化、自動(dòng)化和收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)化方面提出了新課題，從而推動(dòng)了燃?xì)赓M(fèi)用管理的電子化，信息化和網(wǎng)絡(luò)化。目前國(guó)內(nèi)的很多儀表生

16、產(chǎn)廠家都在進(jìn)行產(chǎn)品新型化的探索，大部分采用單片機(jī)技術(shù)，智能儀表系統(tǒng)的實(shí)用性研究已成為當(dāng)前儀表行業(yè)的熱點(diǎn)之一2。1.3 國(guó)內(nèi)外儀表發(fā)展現(xiàn)狀和新技術(shù)1.3.1 國(guó)內(nèi)外儀表發(fā)展現(xiàn)狀面向二十一世紀(jì)中國(guó)供水、供氣、供電事業(yè)的發(fā)展目標(biāo)是按照中國(guó)建設(shè)部21世紀(jì)的遠(yuǎn)景規(guī)劃，在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)小康住宅水電、煤氣、純凈水、熱水全部信息出戶(hù)，徹底填補(bǔ)國(guó)內(nèi)供水供電供氣計(jì)量及管理方面的空白，打破國(guó)內(nèi)供氣、氣體計(jì)量管理落后的局面。其中氣表系統(tǒng)的智能化可以大大提高供氣管理部門(mén)的工作效率，節(jié)約費(fèi)用，還能為加強(qiáng)天然氣使用的監(jiān)督管理提供有效措施，從而在技術(shù)上為節(jié)約用氣，合理用氣創(chuàng)造條件。我國(guó)目前的天然氣儀表新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，基本上借鑒國(guó)外的

17、先進(jìn)模式，因?yàn)閲?guó)外在這方面的研究設(shè)計(jì)起步比較早。國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)儀表的企業(yè)也對(duì)一些智能化的儀表作了研究，但在低功耗和可靠性能等方面沒(méi)有達(dá)到很好的預(yù)期效果，并沒(méi)有大量的推廣普及應(yīng)用3-4。從國(guó)外儀表行業(yè)的目前情況以及天然氣資源的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)來(lái)看，我國(guó)傳統(tǒng)天然氣的生產(chǎn)必須進(jìn)行改進(jìn)，才能適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，才可在日后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。1.3.2 國(guó)內(nèi)外天然氣儀表的新技術(shù)隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的日趨成熟，在新型天然氣儀表的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)技術(shù)，以單片機(jī)為處理核心單元實(shí)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的采樣與累加已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，普遍的設(shè)計(jì)思想為：將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集

18、接口傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)來(lái)控制特制氣閥的開(kāi)閉；同時(shí)單片機(jī)外接顯示電路、功能鍵盤(pán)、通訊接口、掉電保護(hù)裝置等，來(lái)完成各種輔助的功能。關(guān)于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的方式有多種，較為常用的如采用光電旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)，以及利用氣流沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)，引發(fā)傳感器上的磁場(chǎng)變換而產(chǎn)生電信號(hào)，因?yàn)楫a(chǎn)生的信號(hào)往往比較微弱，需要用放大電路進(jìn)行信號(hào)放大。目前新型的天然氣儀表的開(kāi)發(fā)研制，都遵循計(jì)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、低功耗、數(shù)據(jù)安全性的原則。關(guān)于計(jì)量準(zhǔn)確和低功耗，一般涉及到的元器件的選用、軟件的編制、信號(hào)傳輸、掉電保護(hù)以及抗干擾等許多問(wèn)題；關(guān)于讀數(shù)的直觀問(wèn)題，考慮到led顯示功耗較大、電路連接復(fù)雜及使用壽命等因素，一般都采用lcd液晶顯示

19、，具有良好的性?xún)r(jià)比，關(guān)于數(shù)據(jù)安全性的問(wèn)題，一般來(lái)講智能卡燃?xì)獗硐到y(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性主要體現(xiàn)在智能卡的密碼安全性、數(shù)據(jù)加密以及讀寫(xiě)智能卡的控制系統(tǒng)動(dòng)作可靠性等方面 。1.4 本課題的主要任務(wù)從上述新型智能氣表的發(fā)展趨勢(shì)可以看出，基于嵌入式智能系統(tǒng)的燃?xì)獗硎悄壳敖鉀Q傳統(tǒng)天然氣儀表缺陷的一種較好的解決方案，比較符合我國(guó)目前的國(guó)情。本課題的主要任務(wù)是利用德州儀器(ti)公司超低功耗單片機(jī)msp430f413作為主控芯片，開(kāi)發(fā)了一種基于射頻卡技術(shù)的低功耗智能天然氣儀表系統(tǒng)。msp430系列單片機(jī)在超低功耗和功能集成等方面有明顯的特點(diǎn)，具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功率低等優(yōu)點(diǎn)，除具備適合應(yīng)用在自動(dòng)

20、信號(hào)采集系統(tǒng)、電池供電便攜式裝置、超長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的設(shè)備等領(lǐng)域的特點(diǎn)外，更具有開(kāi)發(fā)方便、可以現(xiàn)場(chǎng)編程等優(yōu)點(diǎn)。采用這樣的設(shè)計(jì)方案可以使本系統(tǒng)具有較低的功耗和較高的集成度，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，同時(shí)，對(duì)于其他領(lǐng)域中采用ic卡預(yù)付費(fèi)技術(shù)的應(yīng)用更具有一定的借鑒意義。在這樣的框架結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，本文主要的研究?jī)?nèi)容如下： 射頻卡識(shí)別系統(tǒng)簡(jiǎn)介msp430系列單片機(jī)液晶顯示和防拆表電路設(shè)計(jì)主程序及初始化模塊的軟件設(shè)計(jì)射頻卡讀寫(xiě)模塊的軟件設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)第二章 射頻卡識(shí)別系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)原理從信息傳遞的基本原理來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級(jí)與次級(jí)

21、之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞)，在高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型(雷達(dá)發(fā)射的電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī))。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的利用反射功率的通信奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。射頻標(biāo)簽與讀卡器之間的電磁耦合包含兩種情況5:一種情況是電感禍合。在電感耦合方式中，讀卡器的天線(xiàn)相當(dāng)于變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈，射頻標(biāo)簽的天線(xiàn)相當(dāng)于變壓器的次級(jí)，因而也稱(chēng)電感耦合方式為變壓器方式。電感耦合方式通過(guò)空間磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)禍合，耦合磁場(chǎng)在卡器線(xiàn)圈(初級(jí))與射頻標(biāo)簽線(xiàn)圈(次級(jí))之間構(gòu)成閉合回路。電感耦合方式是低頻段近距離無(wú)接觸射頻識(shí)別系統(tǒng)的耦合方式。另一種情況是電磁耦合方式。在電磁耦合方式中，讀卡器的

22、天線(xiàn)將讀卡器產(chǎn)生的射頻信號(hào)以電磁波的方式定向發(fā)送到空間范圍內(nèi)，形成讀卡器的有效閱讀區(qū)域，位于讀卡器有效閱讀區(qū)域中的射頻標(biāo)簽從讀卡器天線(xiàn)發(fā)出的電磁場(chǎng)中提取工作電源，并通過(guò)射頻標(biāo)簽的內(nèi)部電路及標(biāo)簽天線(xiàn)將標(biāo)簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到讀卡器。電磁耦合與電感耦合的差別在于電磁耦合方式中讀卡器將射頻信號(hào)以電磁波的形式發(fā)送出去;在電感耦合方式中，讀卡器將射頻信號(hào)束縛在讀卡器電感線(xiàn)圈的周?chē)ㄟ^(guò)交變閉合的線(xiàn)圈磁場(chǎng)，溝通讀卡器天線(xiàn)與射頻標(biāo)簽天線(xiàn)之間的射頻通道，而沒(méi)有向空間輻射電磁能量6。本論文中研究的射頻讀卡器中心頻率工作在13.56mhz，所操作的標(biāo)簽屬于無(wú)源標(biāo)簽7。讀卡器產(chǎn)生的射頻信號(hào)通過(guò)天線(xiàn)輻射出電磁場(chǎng)，這種

23、磁場(chǎng)穿過(guò)天線(xiàn)橫界面和周?chē)目臻g。當(dāng)標(biāo)簽處于磁場(chǎng)中的時(shí)候，通過(guò)電感耦合，標(biāo)簽的天線(xiàn)線(xiàn)圈上產(chǎn)生一個(gè)電壓，從而使得標(biāo)簽獲得了工作電源。論文中研究的射頻識(shí)別系統(tǒng)屬于“一問(wèn)一答”系統(tǒng)，即只有在接收到讀卡器發(fā)出的命令以后，標(biāo)簽才給出響應(yīng)。2.2 射頻識(shí)別系統(tǒng)模型射頻識(shí)別系統(tǒng)工作過(guò)程中，空間傳輸通道中發(fā)生的過(guò)程可歸結(jié)為三種事件模型:數(shù)據(jù)交換是目的；時(shí)序是數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)方式;能量是時(shí)序得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。下面以此三種事件模型的描述來(lái)介紹射頻識(shí)別系統(tǒng)的典型工作方式與工作流程。(1) 能量閱讀器向射頻標(biāo)簽供給射頻能量。對(duì)于無(wú)源射頻標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，其工作所需的能量即由該射頻能量中取得(一般由整流方法將射頻能量轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫创?/p>

24、在標(biāo)簽中電容器里);對(duì)于(半)有源射頻標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，該射頻能量的到來(lái)起到了喚醒標(biāo)簽轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的作用。完全有源射頻標(biāo)簽一般不利用閱讀器發(fā)出的射頻能量，因而閱讀器可以較小的能量發(fā)射取得較遠(yuǎn)的通信距離。(2) 時(shí)序?qū)τ陔p向系統(tǒng)(閱讀器向射頻標(biāo)簽發(fā)送命令與數(shù)據(jù)、射頻標(biāo)簽向閱讀器返回所存貯的數(shù)據(jù))來(lái)說(shuō)，閱讀器一般處于主動(dòng)狀態(tài)，即閱讀器發(fā)出詢(xún)問(wèn)后，射頻標(biāo)簽予以應(yīng)答，稱(chēng)這種方式為閱讀器先講方式。另外一種情況是射頻標(biāo)簽先講方式，即射頻標(biāo)簽滿(mǎn)足工作條件后，首先自報(bào)家門(mén)，閱讀器根據(jù)射頻標(biāo)簽的自報(bào)家門(mén)，進(jìn)行記錄或進(jìn)一步發(fā)出一些詢(xún)問(wèn)信息與射頻標(biāo)簽構(gòu)成一個(gè)完整對(duì)話(huà)達(dá)成閱讀器對(duì)射頻標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別的目的。射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用中根據(jù)

25、閱讀器讀寫(xiě)區(qū)域中允許出現(xiàn)單個(gè)射頻標(biāo)簽或多個(gè)射頻標(biāo)簽的不同，將射頻識(shí)別系統(tǒng)稱(chēng)為單標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)，或簡(jiǎn)稱(chēng)為射頻識(shí)別系統(tǒng)，與多標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)。在閱讀器的閱讀范圍內(nèi)有多個(gè)標(biāo)簽時(shí)，對(duì)于具有多標(biāo)簽識(shí)讀功能的射頻識(shí)別系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般情況下，閱讀器處于主動(dòng)狀態(tài)，即閱讀器先講方式。閱讀器通過(guò)發(fā)出一系列的隔離指令，使得讀出范圍內(nèi)的多個(gè)射頻標(biāo)簽逐一或逐批地被隔離(令其睡眠)出去，最后保留一個(gè)處于活動(dòng)狀態(tài)的標(biāo)簽與閱讀器建立無(wú)沖撞的通信。通信結(jié)束后將當(dāng)前活動(dòng)標(biāo)簽置為第三態(tài)(可稱(chēng)其為休眠狀態(tài)，只有通過(guò)重新上電，或特殊命令，才能解除休眠)，進(jìn)一步由閱讀器對(duì)被隔離(睡眠)的標(biāo)簽發(fā)出喚醒命令喚醒一批(或全部)被隔離的標(biāo)簽，使其進(jìn)入活

26、動(dòng)狀態(tài)，再進(jìn)一步隔離，選出一個(gè)標(biāo)簽通信。如此重復(fù)，閱讀器可讀出閱讀區(qū)域內(nèi)的多個(gè)射頻標(biāo)簽信息，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)標(biāo)簽分別寫(xiě)入指定的數(shù)據(jù)。(3) 數(shù)據(jù)傳輸射頻識(shí)別系統(tǒng)所完成的功能可歸結(jié)為數(shù)據(jù)獲取的一個(gè)便利手段，因而國(guó)外也有將其歸為自動(dòng)收集數(shù)據(jù)adc(automatic data capture)技術(shù)范疇。射頻識(shí)別系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換包含兩個(gè)方面的含義:從閱讀器向射頻標(biāo)簽方向的數(shù)據(jù)交換;從射頻標(biāo)簽到閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不同，以及理解層面的不同，上述兩個(gè)方面的含義會(huì)有不同的理解和解釋?zhuān)旅娣謩e給予簡(jiǎn)單討論。（a）從閱讀器向射頻標(biāo)簽方向的數(shù)據(jù)交換從射頻識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的純技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，如

27、果將注意力放在射頻標(biāo)簽中存貯信息的注入方式來(lái)說(shuō)，閱讀器向射頻標(biāo)簽方向的數(shù)據(jù)交換可分為兩種情況，即有線(xiàn)寫(xiě)入方式和無(wú)線(xiàn)寫(xiě)入方式。具體采用何種方式，需結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)需求、代價(jià)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難易程度等因素來(lái)定。在有線(xiàn)寫(xiě)入方式下，閱讀器的作用是向射頻標(biāo)簽中的存貯單元寫(xiě)入數(shù)據(jù)信息。閱讀器更多地被稱(chēng)為編程器。根據(jù)射頻標(biāo)簽存貯單元及編程寫(xiě)入控制電路的設(shè)計(jì)情況，寫(xiě)入可以是一次性寫(xiě)入不能修改，也可以是允許有線(xiàn)多次改寫(xiě)的情形。另外一種寫(xiě)入情形是，在絕大多數(shù)通用射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用中，每個(gè)射頻標(biāo)簽要求具有唯一的標(biāo)識(shí)。這種唯一的標(biāo)識(shí)被稱(chēng)為射頻標(biāo)簽的id號(hào)，通常在標(biāo)簽出廠時(shí)已被固化在射頻標(biāo)簽內(nèi)，用戶(hù)無(wú)法修改。id號(hào)的固化過(guò)程可以

28、在射頻標(biāo)簽芯片生產(chǎn)過(guò)程中完成，也可以在射頻標(biāo)簽應(yīng)用指定后的初始化過(guò)程中完成。無(wú)論在何時(shí)完成，都是以有線(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)id號(hào)的寫(xiě)入。(b) 從射頻標(biāo)簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換射頻標(biāo)簽的工作使命即是實(shí)現(xiàn)由標(biāo)簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。其工作方式包括:射頻標(biāo)簽收到閱讀器發(fā)送的射頻能量時(shí)，即被喚醒并向閱讀器反射標(biāo)簽存貯的數(shù)據(jù)信息;射頻標(biāo)簽受到閱讀器發(fā)送的射頻能量被激勵(lì)后，根據(jù)接收到的閱讀器的指令情況轉(zhuǎn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)或“睡眠/休眠”狀態(tài)。從工作原理上來(lái)說(shuō)，第一種工作方式屬單向通信，第二種工作方式為半雙工雙向通信8。2.3 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由以下三部分組成：(1) 讀卡器(reader)一臺(tái)典型的讀

29、卡器應(yīng)包含射頻信號(hào)發(fā)射單元器、高頻接收單元和控制單元。此外，許多讀卡器還都有附加的接口(rs232，rs485，usb)，以便將所獲的數(shù)據(jù)傳輸給另外的系統(tǒng)作進(jìn)一步的處理或存儲(chǔ)。發(fā)送部分和接收部分和起來(lái)稱(chēng)為讀卡器的高頻接口，它負(fù)擔(dān)以下任務(wù):產(chǎn)生高頻的發(fā)射功率，以啟動(dòng)應(yīng)答器并為它提供能量;對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)答器;接收并解調(diào)來(lái)自應(yīng)答器的高頻信號(hào)7。在高頻接口中有兩個(gè)分隔開(kāi)的信號(hào)通道，分別用于往來(lái)于應(yīng)答器的兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)流。傳送到應(yīng)答器中去的數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送器分支，而來(lái)自于應(yīng)答器的數(shù)據(jù)通過(guò)接收器分支來(lái)接收。閱讀器的控制單元?jiǎng)t擔(dān)負(fù)著以下任務(wù):與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來(lái)

30、的命令;控制與應(yīng)答器的通信過(guò)程(主-從原則);信號(hào)的編碼與解碼9。對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)還有下列附加的功能:執(zhí)行反碰撞算法;對(duì)應(yīng)答器與閱讀器之間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密;進(jìn)行應(yīng)答器和讀取器之間的身份驗(yàn)證。為了完成這些復(fù)雜的任務(wù)，在絕大多數(shù)情況下控制單元都擁有微處理器作為核心部件。加密邏輯過(guò)程，如應(yīng)答器與閱讀器之間的加密、還有信號(hào)編碼，常常是交由附加的asic組件來(lái)完成的，以減輕處理器計(jì)算密集型過(guò)程的負(fù)擔(dān)。出于性能上的原因，對(duì)asic的訪(fǎng)問(wèn)是通過(guò)微處理器總線(xiàn)(面向寄存器的)實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用系統(tǒng)軟件與閱讀器之間的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)rs232或rs485串口來(lái)進(jìn)行的。這里同普通的pc機(jī)一樣使用的是nrz編碼(8位

31、異步)。作為通信協(xié)議使用的是各不相同的、常常是自定義的協(xié)議。(2) 標(biāo)簽(tag)射頻識(shí)別標(biāo)簽是一種以無(wú)線(xiàn)方式傳送數(shù)據(jù)的信息載體形式，它具有數(shù)據(jù)處理及安全認(rèn)證等特有的優(yōu)點(diǎn)。射頻識(shí)別標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，主要由天線(xiàn)、諧振電容以及ic芯片組成，其種類(lèi)可以分為無(wú)源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種。射頻標(biāo)簽與讀卡器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀卡器驗(yàn)證射頻標(biāo)簽的合法性，同時(shí)射頻標(biāo)簽也驗(yàn)證讀卡器的合法性:處理前，標(biāo)簽要與讀卡器進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且在通訊過(guò)程中所有數(shù)據(jù)都加密。此外，標(biāo)簽中各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪(fǎng)問(wèn)條件。(3)天線(xiàn)(antenna)射頻識(shí)別系統(tǒng)中的天線(xiàn)用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向無(wú)源標(biāo)簽

32、提供能量并在讀卡器和標(biāo)簽之間傳送信息10。2.4 射頻識(shí)別系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)的不同特點(diǎn)，射頻識(shí)別系統(tǒng)有多種分類(lèi)方法，根據(jù)工作頻率劃分，有低頻、中頻、高頻；根據(jù)存儲(chǔ)器是否可寫(xiě)，可分為只讀型和可讀寫(xiě)型；根據(jù)讀卡器和應(yīng)答器誰(shuí)先發(fā)送信息，可分為ttf型和rtf型；另外根據(jù)應(yīng)答器內(nèi)是否內(nèi)置電源可分為有源型和無(wú)源型11。(1)按工作頻率分類(lèi)：低頻射頻識(shí)別的工作頻率主要是125khz，中頻為13.56mhz，而高頻有869mhz，902-928mhz，2.45ghz，5.8ghz等，允許的最大發(fā)射功率電平和頻率分配因國(guó)家和地區(qū)的不同而有所不同。其中125khz系統(tǒng)主要應(yīng)用在動(dòng)物識(shí)別和商品流通等領(lǐng)域。1

33、3.56mhz系統(tǒng)一般應(yīng)用在公共交通和門(mén)禁系統(tǒng)等領(lǐng)域，其識(shí)別距離一般為幾厘米(15014443標(biāo)準(zhǔn))到幾十厘米(15015693標(biāo)準(zhǔn))，采用特殊制作的天線(xiàn)最大識(shí)別距離為1.5米左右12。在uhf頻段(869mhz和902-928mhz)，系統(tǒng)的識(shí)別距離遠(yuǎn)，可從幾米到幾十米。uhf頻段的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要應(yīng)用在高速公路收費(fèi)、集裝箱識(shí)別和鐵路車(chē)輛的識(shí)別、跟蹤等業(yè)務(wù)中。2.45ghz被動(dòng)式系統(tǒng)(無(wú)源標(biāo)簽)一般可提供1米左右的識(shí)別距離，主動(dòng)式系統(tǒng)(有源標(biāo)簽)可以達(dá)到十幾米的識(shí)別距離。5.8ghz系統(tǒng)主要應(yīng)用在交通領(lǐng)域，目前我國(guó)公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)暫行標(biāo)準(zhǔn)也把此頻段作為車(chē)輛識(shí)別的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。(2)按讀卡器和應(yīng)答

34、器誰(shuí)先發(fā)送信息分類(lèi)：rt(reader talks first，讀卡器先發(fā)言)和ttf(tag talks first，標(biāo)簽先發(fā)言)是兩種讀卡器抗沖突協(xié)議方式。在一般狀態(tài)下，電子標(biāo)簽處于“等待”或稱(chēng)為“休眠”的工作狀態(tài)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀卡器的作用范圍時(shí)，檢測(cè)到一定特征的射頻信號(hào)，便從“休眠”狀態(tài)，轉(zhuǎn)到“接收”狀態(tài)，接收讀卡器發(fā)出的命令后，進(jìn)行相應(yīng)的處理，并將結(jié)果返回讀卡器。這類(lèi)只有接收到讀卡器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽被稱(chēng)為rtf(reader talk first，即讀卡器先發(fā)言)方式;與此相反，進(jìn)入讀卡器的能量場(chǎng)即主動(dòng)發(fā)送自身di號(hào)的電子標(biāo)簽被稱(chēng)為ttf(tag talk first，即

35、標(biāo)簽先發(fā)言)方式。(3)按電子標(biāo)簽的供電方式分類(lèi):射頻識(shí)別系統(tǒng)按電子標(biāo)簽的供電方式可分為有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽兩類(lèi)。無(wú)源標(biāo)簽所需工作能量需要從讀卡器發(fā)出的射頻波束中獲取能量，經(jīng)過(guò)整流、穩(wěn)壓后提供電子標(biāo)簽所需的工作電壓。與有源標(biāo)簽相比，具有成本低、不需要維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是讀卡器要發(fā)射更大的射頻功率，識(shí)別距離相對(duì)較近等。然而，目前的集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)能使所需工作電壓進(jìn)一步降低至1v甚至0.42v，這使得無(wú)源射頻識(shí)別系統(tǒng)可以達(dá)到20米7以上的識(shí)別距離。有源標(biāo)簽本身帶有微型電池，由于不需要射頻供電，其識(shí)別距離更遠(yuǎn)，讀卡器需要的功率較小13。第三章 msp430系列單片機(jī)簡(jiǎn)介3.1 msp430系

36、列單片機(jī)簡(jiǎn)介近幾年來(lái),隨著微電子技術(shù)的日新月異,世界上的許多芯片制造商紛紛推出自己的新產(chǎn)品,品種極為豐富。由于競(jìng)爭(zhēng)激烈,其中低功耗、本身具有液晶顯示驅(qū)動(dòng)器與看門(mén)狗定時(shí)器的多功能芯片將成為主流器件。全球著名dsp制造商美國(guó)德州儀器（ti）公司所生產(chǎn)的新型芯片msp430系列，以其獨(dú)特的性能和豐富的片內(nèi)外設(shè)成為電子技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員的新寵14。3.1.1 msp430系列單片機(jī)功能特性ti公司msp430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，其中包括一系列器件，它們針對(duì)不同的應(yīng)用而由各種不同模塊組成。它們具有16位risc結(jié)構(gòu)，cpu的16個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使msp430微控制器能達(dá)到最高的代

37、碼效率。靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功率消耗。數(shù)字控制的振蕩器(dco)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在小于6s的時(shí)間內(nèi)被激活到正常的工作方式。msp430系列單片機(jī)的16位定時(shí)器是應(yīng)用于工業(yè)控制如紋波計(jì)數(shù)器、數(shù)字化電機(jī)控制、電表、水表和手持式儀表等的理想配置，其內(nèi)置的硬件乘法器大大加強(qiáng)了其功能并提供了軟硬件相兼容的范圍，提高了數(shù)據(jù)處理能力15-16。msp430單片機(jī)具有如下特點(diǎn)： 低電壓、超低功耗msp430系列單片機(jī)，在1.83.6 v電壓、1mhz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，工作電流（在0.1400a之間）因不同的工作模式而不同；具有16個(gè)可以任意嵌套的中斷源，使用靈活方便；將cpu置于省電

38、模式時(shí)，用中斷方式可喚醒程序，其過(guò)度響應(yīng)時(shí)間小于6s，編制出的源代碼程序?qū)崟r(shí)性較高。 強(qiáng)大的處理能力msp430系列單片機(jī)為16位risc結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在晶振頻率為8mhz驅(qū)動(dòng)時(shí)，其指令周期為125s。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 系統(tǒng)工作穩(wěn)定上電復(fù)位后，首先由dcoclk啟動(dòng)cpu，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)

39、鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作cpu時(shí)鐘mclk時(shí)發(fā)生故障，dco會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可以用看門(mén)狗將其復(fù)位。 豐富的片內(nèi)外設(shè)msp430系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是以下一些外圍模塊的不同組合：看門(mén)狗(wdt)、定時(shí)器a(timera)、定時(shí)器b(timerb)、比較器、串口0、1(usarto、1)、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、1012位adc、48個(gè)io端口、基本定時(shí)器(basic timer)，可在線(xiàn)仿真的flash內(nèi)存，7路pwm輸出，以及內(nèi)嵌的lcd驅(qū)動(dòng)等。本設(shè)計(jì)所選用的主控芯片msp430f413就包含了：fll+（頻率鎖相環(huán)）時(shí)鐘系統(tǒng)，

40、看門(mén)狗，精密模擬比較器（comparator），帶有3個(gè)捕獲比較寄存器的16位定時(shí)器（timer_a），48個(gè)i/o通用引腳、并且端口p1、p2有中斷能力，lcd驅(qū)動(dòng)器能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá)96段等模塊。 高效的開(kāi)發(fā)方式msp430支持在線(xiàn)仿真和編程，所配編譯器功能強(qiáng)大。具有flash存儲(chǔ)器型的單片機(jī)，利用其本身具有jtag接口，可以在一臺(tái)pc機(jī)及一個(gè)jtag控制器的幫助下實(shí)現(xiàn)程序的下載，完成程序的在線(xiàn)調(diào)試，實(shí)時(shí)修改片內(nèi)寄存器和存儲(chǔ)器的內(nèi)容，對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)將大大提高程序的調(diào)試效率。msp430系列器件均為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為-4o+85，因此很適合作為便攜儀表和水、電、熱表的主控芯片14。從圖

41、3-1中可以發(fā)現(xiàn)在msp430系列單片機(jī)中,與其它的單片機(jī)最大的區(qū)別就是系統(tǒng)各個(gè)模塊完全是獨(dú)立運(yùn)行的,定時(shí)器(timer)、輸入/輸出口(i/o port)、a/d轉(zhuǎn)換（以芯片型號(hào)的不同而有無(wú)）、看門(mén)狗(wdt)、液晶顯示器(lcd)等都可以在主cpu休眠的狀態(tài)下獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)需要主cpu工作時(shí)任何一個(gè)模塊都可以通過(guò)中斷喚醒cpu，從而使系統(tǒng)運(yùn)行在最低功耗上。這一點(diǎn)是msp430系列單片機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)。此外由于msp430系列單片機(jī)具有l(wèi)cd驅(qū)動(dòng)、a/d轉(zhuǎn)換、模擬比較器、多路中斷和定時(shí)器、串行通信口,因而其用途極廣。圖3-1 msp430x41x系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ti公司是全世界生產(chǎn)信號(hào)處理單

42、片機(jī)(dsp)的最大的廠商,msp430系列單片機(jī)是在dsp的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,因而繼承了dsp的一些優(yōu)點(diǎn),比如說(shuō)用戶(hù)可以選擇具有硬件乘法器的msp430系列單片機(jī),這一點(diǎn)使得它不但功耗低而且速度快,更加適合于高速的數(shù)據(jù)處理。msp430系列單片機(jī)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是晶振系統(tǒng),系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)主頻高達(dá)3mhz,這是因?yàn)槠鋬?nèi)部使用了數(shù)字控制震蕩器dco(digital controlled oscillator)和鎖頻環(huán)技術(shù)fll(frequency locked loop)將低速時(shí)鐘晶體產(chǎn)生的32768hz晶頻倍頻到2mhz3mhz,用戶(hù)通過(guò)程序可以選擇低頻或高頻,這樣可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇合適的系

43、統(tǒng)時(shí)鐘頻率,從而更合理地利用系統(tǒng)的電源,才使得整個(gè)系統(tǒng)的超低功耗成為可能，這一點(diǎn)對(duì)于電池供電的系統(tǒng)來(lái)講至關(guān)重要17。3.1.2 msp430系列單片機(jī)的應(yīng)用msp430系列單片機(jī)有如此獨(dú)特的性能,因而一問(wèn)世便受到廣大用戶(hù)的歡迎,有了msp430系列單片機(jī),人們?cè)僖膊挥脼槟切┦褂酶呻姵氐膬x器儀表耗電太快而犯愁了,用戶(hù)可以設(shè)計(jì)出只用一節(jié)3v電池便能工作數(shù)年的智能工業(yè)儀表,也可以設(shè)計(jì)出從設(shè)備端口(如計(jì)算機(jī)并口或串口)信號(hào)線(xiàn)直接獲取電能的無(wú)源智能儀器等等。總之msp430系列單片機(jī)可用于工業(yè)及民用的諸多領(lǐng)域:如在工業(yè)控制中可以用于各種機(jī)床控制、電機(jī)控制、航天導(dǎo)航系統(tǒng)控制等；在智能化儀器儀表中用于包括溫

44、度、濕度、流量、電壓、頻率等各類(lèi)儀器儀表中，使儀器儀表數(shù)字化、智能化，功能大大提高；在日常生活中使用的電器產(chǎn)品中可用于電子秤、彩電、冰箱、洗衣機(jī)、智能玩具等，還可以用于如火警智能探頭、便攜儀器儀表、保險(xiǎn)柜、汽車(chē)單元控制器等方面18。本文就是利用msp430f413型單片機(jī)設(shè)計(jì)一種新型的智能燃?xì)獗砜刂颇K。3.2 msp430f413型單片機(jī)3.2.1 cpumsp430f413型單片機(jī)cpu具有一個(gè)16位的risc精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)用是高度透明的。所有的操作，除了程序流程指令，都是通過(guò)源操作數(shù)的7種尋址模式和目標(biāo)操作數(shù)的四種尋址模式的組合對(duì)寄存器進(jìn)行的19。cpu集成了16個(gè)寄存器，減少

45、了指令執(zhí)行時(shí)間。寄存器到寄存器操作的執(zhí)行時(shí)間是一個(gè)cpu周期。4個(gè)寄存器（程序計(jì)數(shù)器、堆棧指針、狀態(tài)寄存器、常數(shù)發(fā)生器）用作特殊用途，其余的都可以用作通用寄存器。外圍模塊通過(guò)數(shù)據(jù)、地址、和控制總線(xiàn)與cpu相連。通過(guò)所有存儲(chǔ)器操作指令可以很容易的對(duì)它們進(jìn)行控制。3.2.2 工作方式通過(guò)對(duì)不同模塊操作模式和cpu狀態(tài)的智能化管理，msp430芯片的工作方式可以適應(yīng)多種超低功耗的需求，即便在中斷處理期間也是一樣。msp430單片機(jī)的各個(gè)模塊運(yùn)行是完全獨(dú)立的，定時(shí)器、輸入/輸出端口、a/d轉(zhuǎn)換、看門(mén)狗、液晶顯示等都可以在cpu休眠的狀態(tài)下獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)需要cpu工作時(shí)，任何一個(gè)模塊都可以通過(guò)中斷喚醒cp

46、u，從而使系統(tǒng)以最低功耗運(yùn)行。這一特點(diǎn)是msp430單片機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)，也是與其它的單片機(jī)的最大區(qū)別。一個(gè)中斷事件可以把系統(tǒng)從各種低功耗方式喚醒并且通過(guò)reti指令返回到中斷以前的工作狀態(tài)。系統(tǒng)適用的時(shí)鐘信號(hào)有三種aclk（晶振的頻率信號(hào)）、mclk和smclk（aclk的倍頻信號(hào)）。具體有以下六種運(yùn)行模式：活動(dòng)模式am：可由軟件設(shè)定，所有的時(shí)鐘都是活動(dòng)的。低功耗模式0（lpm0）：cpu關(guān)閉，aclk和smclk信號(hào)保持活動(dòng)，mclk可以用于模塊，fll+鎖相環(huán)保持活動(dòng)。低功耗模式1（lpm1）：cpu關(guān)閉，mclk可用于模塊，fll+鎖相環(huán)關(guān)閉。低功耗模式2（lpm2）：cpu關(guān)閉，acl

47、k保持活動(dòng)，mclk和fll+鎖相環(huán)、dco被禁止；功耗模式3（lpm3）：cpu關(guān)閉，aclk保持活動(dòng)，mclk和fll+鎖相環(huán)、dco、dcoclk被關(guān)閉；低功耗模式4（lpm4）cpu關(guān)閉，aclk信號(hào)關(guān)閉，mclk和fll+鎖相環(huán)、和dcoclk被禁止，dco的dc發(fā)生器被禁止；系統(tǒng)處于何種工作模式下主要取決于狀態(tài)寄存器sr中的4位用于控制cpu和系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的控制位，即cpuoff、oscoff、scg0和scg1。如果用軟件將4位控制位全部復(fù)位，這時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入活動(dòng)模式（am），cpu、時(shí)鐘處于活動(dòng)狀態(tài)。不同的運(yùn)行模式由軟件控制內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)來(lái)控制。表3-1是各種低功耗工作模式的控制位

48、一覽表。時(shí)鐘系統(tǒng)通過(guò)硬件和軟件的大量組合達(dá)到應(yīng)用的最低功耗和成本最優(yōu)化。由下表可見(jiàn)，在低功率方式下，cpu均停止了工作。msp430系列在電源為3v時(shí)活動(dòng)方式下的工作電流大約為300a，而在低功耗模式3（lpm3）下則可低到0.9a。在任何低功耗方式下均支持中斷操作，一旦中斷發(fā)生即可將系統(tǒng)從當(dāng)前低功耗模式中喚醒進(jìn)入活動(dòng)方式，而且可在中斷處理結(jié)束后返回原先的低功耗方式。在lpm3方式下，32768hz晶振、aclk、基本定時(shí)器、復(fù)位邏輯和部分選定的外設(shè)保持工作，本設(shè)計(jì)利用這種方式來(lái)降低電池的消耗。表3-1各種低功耗工作模式的控制位s c g 1s c g 0oscoffcpuoffl p m 0

49、0001l p m 10101l p m 21001l p m 31101l p m 4xx113.2.3 flash存儲(chǔ)器falsh存儲(chǔ)器包括16段主存儲(chǔ)器（每個(gè)段512字節(jié)）和2段信息存儲(chǔ)器（a和b，每個(gè)段128字節(jié)）。段0到段15可以依次擦除，也可以每個(gè)段單獨(dú)擦除；段a和段b可以單獨(dú)擦除，或者和段0-15一起擦除，段a和段b也叫做信息存儲(chǔ)器20。msp430f413有256bram，8kb flash存儲(chǔ)器。表2.2所列為其存儲(chǔ)器的組織的特性和說(shuō)明。表3-2 存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)組織表地址特性說(shuō)明0ffffh0e000hflash存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器，512字節(jié)/段010ffh01000h flash

50、存儲(chǔ)器信息存儲(chǔ)器，128字節(jié)/段01ffh0100hi/o16位外圍模塊寄存器0ffh010hi/o8位外圍模塊寄存器0fh00hrom特殊功能寄存器02ffh0200hram數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器0ffffh-0ffe0hrom中斷向量表3.2.4 振蕩器和系統(tǒng)時(shí)鐘msp430f413芯片的時(shí)鐘系統(tǒng)支持基本時(shí)鐘模塊，包括支持32768hz晶振、一個(gè)內(nèi)部數(shù)字控制的振蕩器（dco）和一個(gè)高頻晶體振蕩器?；緯r(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)是為了同時(shí)滿(mǎn)足低成本和低功耗的要求。內(nèi)部dco可以在6微秒內(nèi)快速打開(kāi)時(shí)鐘源并穩(wěn)定。本系統(tǒng)可以使用三種時(shí)鐘：輔助時(shí)鐘（aclk），來(lái)自32768hz晶振或者高頻晶振。主時(shí)鐘（mclk），cpu

51、使用的主時(shí)鐘。次主時(shí)鐘（smclk），有外圍模塊使用的子系統(tǒng)時(shí)鐘。aclk/n，aclk，aclk/2，aclk/4或者aclk/8的緩沖輸出。3.2.5 數(shù)字i/omsp430f413中有6個(gè)i/o端口端口p1到p6：所有i/o位可以獨(dú)立編程任何輸入、輸出和中斷條件的組合都是可能的p1、p2端口的所有8位可以選擇邊緣中斷輸入所有指令支持對(duì)端口控制寄存器的讀/寫(xiě)3.2.6 lcd驅(qū)動(dòng)lcd驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生lcd顯示器所需的公共端和段信號(hào)。lcd控制器使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)保持段驅(qū)動(dòng)信號(hào)，msp430f413可以驅(qū)動(dòng)96段，可以產(chǎn)生靜態(tài)、2-mux、3-mux、4-mux lcd模式的公共端和段信號(hào)。3

52、.2.7 看門(mén)狗定時(shí)器單片機(jī)的抗干擾能力有限,尤其是處于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表,常由于電壓不穩(wěn)、電弧干擾等造成死機(jī)。為了保證系統(tǒng)在遭受干擾后能自動(dòng)恢復(fù)正常,看門(mén)狗定時(shí)器(watch dog timer)是很有利用價(jià)值的，其主要功能是在發(fā)生軟件問(wèn)題后進(jìn)行控制系統(tǒng)的重啟。如果選定的時(shí)間間隔溢出，系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位。如果看門(mén)狗功能應(yīng)用中不需要，這個(gè)模塊可以配置為間隔定時(shí)器在選定的時(shí)間間隔產(chǎn)生中斷?？撮T(mén)狗模式上電復(fù)位或系統(tǒng)復(fù)位后,自動(dòng)進(jìn)入該模式,wdtctl和wdtcnt兩寄存器中的各位全部清零。初始狀態(tài)wdtctl寄存器定時(shí)時(shí)間間隔為32ms,此時(shí)系統(tǒng)頻率為1mhz。必須用軟件定期向wdtctl的cn tcl

53、位寫(xiě)入1使wdtcnt復(fù)位以防止時(shí)間間隔溢出,否則在軟件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)系統(tǒng)復(fù)位產(chǎn)生,系統(tǒng)上電清零有效。系統(tǒng)在上電清零后從同樣的程序起始處開(kāi)始執(zhí)行。定時(shí)器模式將wdtctl的tmsel設(shè)置為1便工作在定時(shí)器模式。可產(chǎn)生選定時(shí)間的周期性中斷,也可用軟件向wdtctl的cntc寫(xiě)入1開(kāi)始定時(shí)。需要注意的一點(diǎn)是在改變時(shí)間間隔的同時(shí)使用計(jì)數(shù)器清零指令。低功耗模式當(dāng)系統(tǒng)不需要wdt做看門(mén)狗和定時(shí)器時(shí)，可用關(guān)閉wdt以減小功耗。控制位hold=1時(shí)關(guān)閉wdt，這時(shí)看門(mén)狗停止工作。該模式采用輔助時(shí)鐘aclk(auxiliary clock)32768hz,看門(mén)狗定時(shí)器繼續(xù)工作,在系統(tǒng)復(fù)位或者內(nèi)部定時(shí)器中斷產(chǎn)生時(shí)會(huì)

54、“喚醒”cpu。3.2.8 比較器a比較器a模塊主要功能是支持精密的斜坡模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、電池電壓管理和外部模擬信號(hào)的檢測(cè)。3.2.9 基本定時(shí)器1基本定時(shí)器1有兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器，可以組合在一起構(gòu)成一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。兩個(gè)定時(shí)器都可通過(guò)軟件讀寫(xiě)?；径〞r(shí)器1可以用來(lái)產(chǎn)生周期性中斷和lcd模塊所需的時(shí)序信號(hào)21。3.3 msp430芯片的fet開(kāi)發(fā)方法msp430系列的flash型單片機(jī)，即msp430fxxx型，都具有基本相同的開(kāi)發(fā)方法，即:通過(guò)jtag控制器可以實(shí)現(xiàn)程序代碼的下載、實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察與修改。這種方法被稱(chēng)為fet調(diào)試方法。3.3.1 msp430芯片的jtag

55、接口jtag是一種所謂的邊界掃描技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即ieee1149。這是為了在線(xiàn)測(cè)試的需要而發(fā)展起來(lái)的針對(duì)芯片及線(xiàn)路板測(cè)試的接口技術(shù)。它利用串行移位輸入及輸出的方式對(duì)芯片的輸入端加載特定的代碼序列，并獲得輸入端給出的響應(yīng)序列。全部jtag接口只有很少的7根引腳。msp430系列的flash型芯片在內(nèi)部都集成了jtag模塊，使得用戶(hù)可以經(jīng)過(guò)jtag接口實(shí)現(xiàn)cpu仿真調(diào)試功能。整個(gè)調(diào)試過(guò)程，外部只需要一臺(tái)能實(shí)現(xiàn)jtag接口控制功能的主機(jī)即可。一般用一臺(tái)pc電腦，經(jīng)過(guò)打印機(jī)接口就能實(shí)現(xiàn)。3.3.2 flash型仿真工具fet有多種產(chǎn)品，如:ti公司的fet430x110和fet43op140等。fet的工

56、作要和調(diào)試軟件配合，如:iar系統(tǒng)公司的embedded workbench。fet的基本調(diào)試功能有:程序下載當(dāng)用戶(hù)將源程序(匯編語(yǔ)言或c語(yǔ)言)經(jīng)語(yǔ)法檢查無(wú)誤并生成代碼時(shí)，就可以將程序代碼在embedded workbench的環(huán)境中下載到flash芯片中，而用戶(hù)的系統(tǒng)可以是在線(xiàn)狀態(tài)。設(shè)置斷點(diǎn)用戶(hù)可以通過(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話(huà)界面，在程序中設(shè)置斷點(diǎn)。視flash型的型號(hào)不同，可以同時(shí)設(shè)置2或3個(gè)斷點(diǎn)。這些斷點(diǎn)是硬件斷點(diǎn)，它們是經(jīng)過(guò)jtag接口的傳輸，由芯片中的幾組斷點(diǎn)條件寄存器實(shí)現(xiàn)的。因此可以調(diào)試flash存儲(chǔ)器及ram中的程序，也不會(huì)改變用戶(hù)程序的運(yùn)行條件?，F(xiàn)場(chǎng)觀察與修改用戶(hù)可以通過(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話(huà)界面，檢查或修改flash芯片內(nèi)的各種存儲(chǔ)器、寄存器的數(shù)據(jù)。這些檢查或修改也是通過(guò)jtag接口的傳輸完成的。以上是msp430系列單片機(jī)的簡(jiǎn)要介紹，其超強(qiáng)低功耗的特性很適合應(yīng)用于采用電池供電的長(zhǎng)時(shí)間工作場(chǎng)合，簡(jiǎn)單方便