XIN XOUT/TCLK DVcc
DVcc AVcc AVss RST/NMI P1 P2 P3 P4 P5 P6
Rosc XT2IN XT2OUT 振荡器 系统时钟 ACLK
60KB Flash SMCLK 48KB Flash 32KB Flash MAB,16 Bit 2KB RAM 2KB RAM 1KB RAM 12 Bit ADC 8通道 ＜10μs I/O Port ? 16端口具有 中断功能 I/O Port ? 16 I/O I/O Port 5 8 I/O I/O Port 6 8 I/O 燕山大学工学硕士学位论文
CPU 含16寄 存器 Test JTAG
TMS TCK TDI TDO/TDI 硬件乘法器 MPY,MPYS MAC,MACS 8×8 Bit 8×16 Bit 16×8 Bit 16×16 Bit
MDB,16 Bit ACLK SMCLK 看门狗 定时器 15/16Bit Bus 转换 MAB,4 Bit MCB MDB,8 Bit Timer_B7 7CC寄存器 Timer_A3 3CC寄存器 上电复位 比较器A USART0 UART 模式 SPI 模式 USART1 UART 模式 SPI 模式 20
图3-3 MSP430F14x系统结构图
Fig.3-3 System structure figure of MSP430F14x
第 3 章 系统硬件设
可以装入 RAM，也可以在 RAM 内运行。这给程序的调试提供了很大的 方便。码
所有指令都有字节操作或字操作形式。但是，对堆栈和 PC 的操作 是按字宽度进行的，寻址时必须对准偶地址。
MSP430 的运行主要受控于存储在特殊寄存器 (SFR ，即： Special Function Register)中的信息。SFR 中的各位信息可以允许中断以支持取决 于中断标志状态的软件；可以定义外围模块的工作模式，被禁止的外围模 块将暂停运行以减少电流的消耗，而所有存储在模块寄存器中的数据仍然 保留。
外围模块经 MAB、MDB 和中断服务及请求线与 CPU 相连。对于大多 数外围模块，MAB 通常是 5 位，MDB 是 8 位或 16 位。大多数外围模块 工作在字节形式。8 位数据总线的模块经总线转换电路连到 16 位的 CPU。 这些模块的数据交换毫无例外地必须用字节指令操作，SFR 的处理也全部 为字节指令；部分工作在字形式的外围模块必须用字指令操作。
振荡器 LFXT1(Low Frequency Oscillator)是专门为通用的低功耗 32768
Hz 时钟晶振设计的，也可以用一个高速晶振工作。当采用 32768 Hz 晶振 时，除了晶体需要外接以外，所有的模拟元件都集成在片内。如果采用高 速晶振，仍需要外接负载电容。MSP430F14x 片内还有一个可实现高速晶 振的 XT2 振荡器。除了晶体振荡器外，MSP430 系列 FLASH 型芯片都有 一个数控 RC 振荡器(DCO，即：Data Control Oscillation)。DCO 与其它普 通的 RC(Resistance and Capacitance)振荡器不同，它可以实现数字控制及频 率的调节。外围模块及 CPU 的时钟源选择非常灵活。绝大多数外围模块设 计成可以用 32768 Hz、高速晶振或 DCO 来工作。CPU 可以用 DCO 工作，
也可以用晶振时钟信号运行
[36]
。
3.3.2 液晶显示
在单片机系统中，最常用的显示器有：发光二极管，简称 LED(Light Emitting Diode)；液晶显示器，简称 LCD；荧光管显示器，简称 VFD(Vacuum Fluorscents Display)。其中 LCD 是一种极低功耗显示器，广泛应用于电子 表、计算器、袖珍式仪表、便携式微型计算机等产品中，最适于在本次设 计中采用。另外由于在应用中不仅要显示英文字符，还要显示汉字，因此
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第 3 章 系统硬件设
用点阵型液晶。目前点阵式液晶显示模块正在迅速、广泛地应用于各行 各业的电选
子产品当中。其应用的最大特点是在平板显示的时候占用空间较 小，CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Circuit)电路功耗低， 可显示汉字
[37]
。
LCD 显示器简介 液晶是一种介于液体与固体之间的热力学中间
3.3.2.1
稳定相。它的特点是能够在一定的温度范围内既保持有液体的流动性和连 续性，又具有晶体的各向异性。它的分子呈长棒形，长与宽之比比较大， 分子不能弯曲，是一个刚性体，中心一般具有一个桥链，分子两头都具有 极性。
正是由于这个特点，在采用直流电压驱动 LCD 时，会使液晶体产生电 解和电极老化，大大降低 LCD 的使用寿命，所以现用的驱动方式多属交流 电压驱动。此外液晶本身不能主动发光，它是通过环境光来显示信息的， 这也是 LCD 功耗低的原因。
在点阵式 LCD 中，使用了行驱动和列驱动，使选通点上的选通电压大 于开启电压，但由于多点共用一个电极，在选通点外的非选通点上也加有 电压，从而使清晰度下降，这就是交叉效应现象。如果在非选通点上施加 的电压只有选通电压的 1/2，使非选通电压值低于显示的截止电压，这样 将减少交叉效应的影响，这就是 1/2 偏压法。在实际应用中常用 1/3，1/4，
1/7 等偏压法，使选通电压与非选通电压之间差距加大，以提高显示的清 晰度。
点阵式 LCD 的控制一般都采用行扫描方式，行扫描驱动原理见图 3-4 所示。各行上所施加的电压脉冲占空比为 1/行数，占空比越小，那么清晰 度就越差，甚至还会产生闪烁现象。图中仅仅是一个字符，当一行有多个 字符时，先把列数据以串行码方式输出给列驱动器，然后将产生行扫描， 用以实现显示状态。假设一帧的扫描行数为 N，扫描一帧的时间为 1，那 么一行所占有的选择时间就是一帧时间的 1/N，那么该值就被称为占空比 系数
[33]
。
液晶使用寿命较长，只要按规定使用，没有机械损伤，使用在 10 年以 上是没有问题的。
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第 3 章 系统硬件设
01110 10001 10001 11111 10001 10001 10001
移位寄存器
移 位 寄 存 器
1 0 0 0 0 0 0
图 3-4 行扫描驱动原理
图
Fig.3-4 Row scan and drive principle
3.3.2.2 LMB-018 液晶显示模块 液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连 接件、集成电路、PCB(printed circuit board)线路板、背光源、结构件装配 在一起的组件。从广义上说，凡是由液晶显示器件和集成电路装配在一起 的部件，都属于―模块‖，但实际上我们通常所说的―模块‖主要是指点阵 液晶显示器件装配的点阵液晶显示模块，这是因为几乎所有通用型点阵液 晶显示器件都是加工成模块后才供给用户的。
液晶显示模块可以分为：数显液晶模块，只能显示数字和一些标识符 号；液晶点阵字符模块，可以显示数字和西文字符；点阵图形液晶模块， 不仅能显示字符还能显示图形。
为了显示图形，点阵图形液晶模块的像素数量大量增加。只能选用 1/32 以上，甚至 1/256 占空比驱动。这无论对液晶显示器、集成电路，还是对 装配应用都提出了更高的要求，所以点阵图形方式的液晶显示器件更倾向
于模块化生产。其分类系统如下所示：
? ?扭曲向列型 ? 无背光??
? ? ????
?超扭曲向列型有背光? ???
?从液晶显示器件划分??
黑色??? ?
有源矩阵型??? ?有背光 ?图形模块??彩色???
??
?行、列驱动器（控制器接口型） ?
???
控制型（总线接口型） 从集成电路划分?驱动 ??
?
?行、列控制型（数据线接口型）? ?? ?
黑/白 ? ?
?
? 黄/蓝
?
??彩色
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燕山大学工学硕士学位论文
在这次设计中选用了 LMB-018 系列液晶显示模块，LMB-018 系列液 晶属超扭曲效应型。目前，几乎所有点阵图形和大部分点阵字符液晶显示 器件都采用了超扭曲效应模式。超扭曲效应技术在液晶产业中已处于成熟、 完善阶段。扭曲向列型及其它大部分类型的液晶显示部件的电光响应曲线 都不够陡峭，使液晶在大信息量显示、视频显示上受到了限制。超扭曲效 应型液晶通过加大扭曲角改善了驱动特性。
LMB-018 系列液晶的一些技术特性如下：
(1) 液晶显示模块：超扭曲效应型；反射；灰模式。
(2) 显示颜色：显示数据―1‖，蓝黑色。
(3) 背景颜色：显示数据―0‖，青灰色。色调会随温度及驱动电压的 不同而略有改变。
(4) 占空比及偏压：1/64，1/6。
(5) 其外形尺寸为 113×65×10(mm)，点阵数是 128×64(点) ，点尺 寸是 0.48×0.48(mm),点间为 0.52×0.52(mm)。
(6) 工作温度范围是-20℃～70℃，存储温度在-30℃～80℃之间，属于 宽温显示。引脚功能如表 3-1 所示，各参数的最大值如表 3-2 所示。
表 3-1 引脚功
能
序号 1 2 3 Table 3-1 Pin functions
符号 VSS VDD /RES 输入/输出 供电 供电 输入 功能 地 正电源 复位端，为―低‖时系统复位并初始化 串行/并行接口选择端 接 4 P/S 输入 ―高‖时，并行接口方式 接―低‖时，串行接口方式 片选端，―低‖电平有效 片选端，―高‖电平有效 接口方式选择端 接―高‖时，使5 6 /CS1 CS2 输入 输入 7 C86 输入 用 68 系列方式 接―低‖时，使用 80 系列方式
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