2硬件组成
本系统采用TI 公司的MSP430F149单片机作为发送部分和接受部分的控制核心, 完成信号发送和接收!电流检测!控制电机!键盘输人及液晶显示等功能 MsP430F149单片机内部资源丰富,集成了A/D模块,无需扩展引脚, 电路设计和制作简单, 功耗低。主要电路为电流检测电路，电机驱动电路，液晶显示电路，复位电路和晶振电路。
光敏三极管MSP430F149单片机L298N芯片步进电机控制实现跟踪功能
图2-1系统总体框图
2.1MSP430F149简介
MSP430是德州公司新开发的一类具有16位总线的带FLASH 的单片机,由于其性价比和集成度高,受到广大技术开发人员的青睐.它采用16位的总线,外设和内存统一编址,寻址范围可达64K,还可以外扩展存储器.具有统一的中断管理,具有丰富的片上外围模块,片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、一个看门狗、6路P口、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟,支持8M 的时钟.由于为FLASH型,则可以在线对单片机进行调试和下载,且JTAG口直接和FET(FLASH EMULATION TOOL)的相连,不须另外的仿真工具,方便实用,而且,可以在超低功耗模式下工作,对环境和人体的辐射小,测量结果为100mw左右的功耗(电流为14mA左右),可靠性能好,加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环境,适合与做手柄之类的自动控制的设备.我们相信MSP430单片机将会在工程技术应用中得以广泛应用,而且,它是通向DSP系列的桥梁,随着自动控制的高速化和低功耗化 , MSP430系列将会得到越来越多人的喜爱.通过两过多月的毕业设计,我对MSP430有了初步了解,对内部的硬件资源和自身的汇编语法进行了实验,并开发了一个应用板,并进行了调试.鉴于时间和能力有限,没能对所有的应用一一实验.
中断在MSP430中得以广泛的应用，它可以快速进入中断程序，之后返回中断前的状态，其时序为：PC执行程序中断允许置位 SR中的GIE置位 EINT
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（中断开） 中断到，中断标志位（IFG）置位从中断向量表中读取中断程序的入口地址，进入中断程序 执行中断程序 中断允许位复位 RETI中断返回回到原来地址。
硬件乘法器不集成在CPU内,是独立于CPU运行的,运算时只需将两个操作数放进相应的地址中,就可以直接在结果寄存器中取数据,CPU可以工作在低功耗模式,如果用间接寻址模式,可以超低工耗的乘法计算大量的表数据。
MSP430F149有6个8位的P口，其中P1、P2口占两个中断向量，共可以接16个中断源，还可以直接利用P口的输入输出寄存器，直接对外进行通信。因为所有的P口都是和其他外设复用的，因此在用端口之前都要用功能选择寄存器选定所用的功能是外设还是P口，选定之后还要在方向寄存器中确定是是输出还是输入，我实验了一个程序，前部分是实现中断功能的程序，后部分为中断程序是实现直接用P口对外提供一个短脉冲的程序，专门利用了P口的输入输出功能对外存24WCXX和实时时钟芯片8563的数据通过的存取I2C总线的读取和写入。还利用了P口向电池充电的开启电路。
MSP430中有两个16位定时器，还可以利用看门狗定时器。由于定时器的是16位的，则可以在秒数量级上定时，且具有2个中断向量，便于处理各种定时中断。定时器的应用在F149中具有举足轻重的作用，可以利用MSP430F149中的定时器的比较模式产生PWM（数字脉冲调制）波形，再经过低通滤波器产生任意函数的波形，也就是说，可以通过定时器的比较模式实现数模转换功能。另外，定时器还具有捕获模式，我们可以通过定时器的捕获功能实现各种测量，比如脉冲宽度测量，如果和比较器结合，还可以测量电阻、电容、电压、电流、温度等，可以这样说，只要能通过传感转换为时间长度的，都可以通过定时器的捕获定时功能实现值的测量。在开发板中，利用定时器，我们设计了一个PWM滤波输出的函数发生器。
2.2步进电机简介
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。下面以5相步进电机为例简单的介绍下步进电机。
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2.2.1步进电机的构造
步进电动机构造上大致分为定子与转子两部分。 转子由转子 1、转子 2、永久磁钢等 3 部分构成。而且转子朝轴方向已经磁化，转子 1 为 N 极时，转子 2 则为 S 极。
图2-2电机构造图
2.2.2步进电机的运转原理
实际上经过磁化后的转子及定子的小齿的位置关系，在此说明如下。 首先解释励磁，励磁就是指电动机线圈通电时的状态。将 A 相励磁，会使得磁极磁化成 S 极，而其将与带N极磁性的 转子1的小齿互相吸引，并与带有S极磁性的转2 的小齿相斥，于平衡后停止。此时，没有励磁的 B相磁极的小齿和带有S极磁性的转子2的小齿互相偏离 0.72°。以上是A相励磁时的定子和转子小齿的位置关系。其次由A相励磁转为B相励磁时，B相磁极磁化成N极，与拥有S极磁性的转子2互相吸引而与拥有 N极磁性的转子1相斥。也就是说，从A相励磁转换至B相励磁时，转子转动 0.72°。由此可知，励磁相位随 A相→B相→C相→D相→E相→A相依次转换，则步进电动机以每次 0.72°做正确的转动。同样的，希望作反方向转动时，只需将励磁顺序倒转，依照 A相→E相→D相→C相→B相→A相励磁即可。
2.2.3步进电动机的特征
控制器、驱动器、步进电动机以下三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有PLC、单片机、运动板卡等等。
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图2-3步进电机运转要素
2.3主要电路
图2-4系统电路图
2.3.1电流检测电路
检测光源电路的主要原理是通过检测到光敏电阻的电阻变化,从而引起电压的变化,单片机通过识别不同的电压信号来控制电机的转动。检测光敏电阻主要是通过信号放大电路实现。光敏三极管受到不同光照射时阻值不同。通过与一个固定阻值的电阻串联分压，将阻值变化转化为电压变化。当光照强度变化时，电压值变化。，通过反向比例放大电路将电压值放大，放大后送入MSP430单片机自带的8路12位A/D转换模块中的A0到A3，分别对四路光敏三极管输
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出电压进行采集。
2.3.2电机驱动电路
本系统中步进电机的驱动采用LM298实现，LM298的控制信号IN1到IN4由单片机的I/O口输出，LM298的四个输出OUT1到OUT4分别接步进电机的两相绕组。要满足高精度跟踪要求, 必须提高电机步进角度的分辨率, 因此选用高性能步进电机细分驱动器作为控制电路。驱动器选用原装驱动模块, 纯正弦波电流细分控制方式, 具有很强的抗干扰能力。控制信号与内部线路实现光电隔离, 并具有精度高, 可靠性好, 电机噪音极低等特点。
2.3.3 液晶显示电路
12864液晶显示器采用ST7920作驱动。12864液晶接口是一个2.54mm间距的20脚单排插针座，可以连接任何以ST7920为驱动器的12864液晶模块。12864液晶接口各位的定义，接口左起是第1位。第3位V0为调整液晶偏压输入端，通常不用连接，考虑到通用性我们将V0连接到了一个3296标准封装的电位器(R16)的中间抽头处，并焊接上一个电位器进行调整。第15位是液晶数据传输模式的选择位，如果PSB接高电平则液晶工作在并行数据传输模式，如果PSB接低电平则液晶工作在串行数据传输模式。此位连接到了跳线座P13的第2脚，P13的第1脚与VCC连接，第3脚与GND连接，可以使用短路帽来决定PSB连接到那一种电平。第17位是液晶的复位端，此端口直接与VCC相连，电后液晶模块自动完成复位功能。在对液晶进行操作之前，首先设置好正确的数据传输模式。液晶控制端口使用3.3V的逻辑电平，而背光驱动则使用+5V。
2.3.4复位电路
复位是单片机的初始化操作。单片机启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。
当MSP430系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作采用上电复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。电容和电阻对电源十5V来说构成微分电路，上电复位电路是利用RC充电原理实现的,初始上电,电容两端等电位,则RESET为高电平,随着对电容的充电,RESET端电位逐渐降低,直至低电平,复位过程结束.RC的选取应使RESET端保持10ms的高电平,才能实现可靠复位.
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