本科毕业论文自平衡车加速度检测设计.doc

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1、西安文理学院物理与机械电子工程学院本科毕业论文（设计）题 目 自平衡车加速度检测设计 专业班级 * 学 号 08*3100* 学生姓名 成 强 指导教师 * 设计所在单位 西安文理学院 2014年 5 月西安文理学院本科毕业设计（论文）任务书题 目学生姓名学 号专业班级指导教师职 称教 研 室毕业设计（论文）任务与要求毕业设计（论文）工作进程起止时间工作内容开始日期 完成日期 教研室主任（签字） 系主任（签字） 西安文理学院本科毕业设计（论文）开题报告题 目学生姓名学 号专业名称指导教师开题时间班 级一、选题目的和意义：二、本课题在国内外的研究状况及发展趋势：三、主要研究内容：指导教师意见及建

2、议： 签字： 年 月 日教研室审核意见： 签字： 年 月 日注：此表前三项由学生填写后，交指导教师签署意见，经教研室审批后，才能开题。西安文理学院本科毕业设计（论文）中期检查表题 目学生姓名学 号专业名称指导教师检查时间班 级毕 业 设 计（论文） 进 展 情 况指 导 教 师 意 见 “中期检查”主要检查毕业设计进度，主要检查以下内容：a. 学生是否清楚自己的工作内容和技术路线b. 能否按进度完成设计任务c. 能否与指导教师保持正常的师生指导关系签字： 年 月 日教研室意见签字： 年 月 日西安文理学院本科毕业设计（论文）指导教师评分表学生姓名学 号专 业班 级毕业设计（论文）题目设计（论文

3、）起止时间 年 月 日至 年 月 日指导教师评语：（应从选题、收集资料与运用、论点、论述依据、结论、论证方法、写作规范以及日常表现等方面对论文进行评述。）建议成绩：指导教师签名： 年 月 日西安文理学院本科毕业设计（论文）评阅教师评分表学生姓名学 号专 业班 级毕业设计（论文）题目设计（论文）起止时间 年 月 日至 年 月 日评阅教师评语：（应从选题、写作规范、问题论证或说明效果等方面对论文进行评述）建议成绩：评阅教师签名： 年 月 日西安文理学院本科毕业设计（论文）答辩记录学生姓名学 号专业名称答辩时间年 月 日答辩地点指导教师题 目答辩小组成 员姓 名职 称姓 名职 称提问及回答情况记录：

4、 记录人签字： 年 月 日答辩成绩：答辩小组组长签名： 年 月 日毕业论文成绩答辩委员会认定成绩毕业论文等级学院答辩委员会意见：负责人签名： 年 月 日注：1、毕业论文成绩=指导教师成绩40%评阅教师成绩20%答辩成绩40%；2、答辩委员会认定成绩是根据该生毕业设计期间的表现及该专业整体论文情况的综合评定成绩。3、论文等级分优秀（90分）、良好（8089分）、中等（7079分）、及格（6069分）、不及格（60分）。自平衡车加速度检测设计摘要：自动平衡运作原理是建立在 IPS即倒立摆系统的基本原理上，本设计的灵感及设计思路也是源于此。本文介绍了一种加速度的检测设计，本设计中以16位单片机MSP

5、430g2553为数据转换及控制元件，传感器MMA7361为加速度检测元件，液晶显示器NOKIA 5110为显示元件来实现加速度的检测；加速度是利用算法在程序中进行计算并且转换进而显示的。该设计能够完成对自平衡车乃至一切运动状态物体的三维加速度实时动态检测及显示，并且可以通过改变采集时间和算法范围取值来灵活设定精度灵敏度，进而满足不同的数据需求，本设计在生产生活中具有很重要的作用。关键词：单片机MSP430；加速度传感器MMA7361；液晶显示屏Self-balancing vehicle acceleration detecting designAbstract： Automatic bal

6、ancing principle of operation is based on the basic principles of IPS that the inverted pendulum system, the design inspiration and design ideas are also derived from this. This paper presents a design acceleration detection, the design for the 16-bit microcontroller MSP430g2553 data conversion and

7、control components for the sensor MMA7361 acceleration sensing element, LCD NOKIA 5110 for the display elements are used to detect acceleration; acceleration is the use of algorithms and conversion process thus calculated is displayed. This design can be completed on the self-balancing vehicle motio

8、n state of the object as well as all the three-dimensional acceleration and display real-time motion detection, and can change the value of the acquisition time and scope to flexible algorithm sensitivity setting accuracy, thus meet the needs of different data, the design production and life has a v

9、ery important roleKey words: SCM MSp430 ; Sensor MMA7361;LCD 5110目录第1章 绪论(设置成一级标题，三号黑体、二倍行距)11.1 选题的目的与意义(设置成二级标题，四号黑体、1.5倍行距)11.2 本课在国内外的研究状况及发展趋势11.3本课主要研究内容21.4自平衡的控制原理2第2章 系统总体设计方案22.1系统组成结构22.2加速度测量原理32.2系统设计的最终核心器件选型3第3章 元器件的选型及工作原理33.1MSP430工作原理及选型33.1.2MSP430单片机系列优点(设置成三级标题，四号楷体、1.5倍行距)43.2加

10、速度传感器的选型及工作原理113.3NOKIA5110的选型及基本结构12第4章 元器件的硬件设计134.1MSP430的硬件设计134.2MMA7361的硬件设计134.3NOKIA5110的硬件设计14第5章 元器件的软件设计145.1MSP430的软件设计145.2MMA7361的软件设计155.3NOKIA5110的软件设计155.4加速度检测的总程序19结束语38致谢39参考文献40附录41在WORD中依次点击“插入引用索引和目录目录确定”自然生成目录。第1章 绪论(设置成一级标题，三号黑体、二倍行距)1.1 选题的目的与意义(设置成二级标题，四号黑体、1.5倍行距)自平衡小车是一个

11、高度不稳定两轮机器人，是一种多变量、非线性、绝对不稳定的系统，且因其运动环境复杂、运动学方程中的非完整约束，所以其控制任务也具有复杂性，需要在完成平衡控制的同时实现直立行走等任务。因其既有理论意义又有使用价值，自平衡小车的研究在最近十年引起了大量机器人技术实验室的广泛关注1。双轮自平衡小车作为倒置系统的一种形式，是动力学理论和自动控制理论与技术相结合的研究项目，为科学理论的发展起到了指导作用。且由于结构简单、运动灵活以及适合在更小的空间里工作，有着一定的应用前景。 本课题主要进行其加速度检测方面的研究及设计。自平衡车在颠簸路面上保持平衡、离地时车速的保持、超倾角后的停机保护，都需要对其加速度进

12、行实时动态检测。国内外虽然已经设计出几种加速度检测方法及平衡控制方法，但这些方案都有一定的局限性，例如对路面平整度要求过高，所以动态平衡的控制性能都不高。自动平衡运作原理是建立在 IPS即倒立摆系统的基本原理上，只有实时检测加速度并且准确及时的了解及控制其加速度才能更好地对其进行平衡控制、安全驾驶，而且，对其的研究也将为自动控制系统做出现实的实践贡献。1.2 本课在国内外的研究状况及发展趋势我国在此方面的研究取得了很大的成就：中国科学技术大学研究出了自平衡代步电动车，它是一种具有自平衡系统的电动车。在车体内嵌入式CPU的控制下，采集平衡传感器以及速度、加速度传感器的数据，通过一定的控制算法，计

13、算输出PWM信号控制两个伺服电机的转矩，使车体保持平衡并能够根据人体重心的偏移，自动前进、后退以及转弯。在自平衡小车的研究中，国外的专家和爱好者们也取得了一系列成果：如瑞士联邦技术学院工业电子实验室的研究员JOE的基于倒立摆的小型自平衡两轮车的模型，是由DSP芯片进行控制的。它由车架上方所附的重物模拟实际车中的驾驶者。研究人员通过陀螺仪和光电编码器测量的数据，用线性状态反馈控制器来控制整个系统的平衡稳定。由美国发明家DeanKamen开发的两轮个人交通工具则是一个更为实用、成熟以及商业化的两轮运载车的版本。它用了五个陀螺仪和一个收集其他角度传感器数据的集成器来保持自身的直立状态。小车只需其中的

14、三个陀螺仪就可以控制整个系统的平衡，而另外的两个则是为安全可靠作为备用。.1.3本课主要研究内容 本课题研究的主要内容有：第一，自平衡车加速度检测所需的硬件选择，即选择满足高精度控制的加速度传感器以及单片机，进而用单片机对采集的数据进行分析读取。第二，控制系统软件的设计及实现，从单片机以及传感器的功能入手完成系统各个模块的设计并对各模块进行编程，根据选用的硬件和采集的数据，完成车模信息的算法。本课题设计的重点是如何选取合适的传感器以及单片机，只有合适的硬件才能测出精准的数据，进而更好地动态控制平衡。再一个是对选取的单片机及传感器进行灵活运用，主要包括单片机及传感器的特点性能和数据采集读取的算法

15、程序编入。由于要快速实时准确的读取加速的，所以其对算法的要求是相当高的。1.4自平衡的控制原理 自平衡小车身位于车轮轴上方，姿态传感器安装于车身中心位置，微处理器通过读取姿态信息，驱动轮子的电机正、反转或是差速，实现车身的平衡、运动及转弯等功能。当车体发生倾斜时，微处理器获得角度和加速度信号，经过融合计算，驱动电机向相同方向运动，抵消在这个维度上的倾斜力矩，保持车身平平衡。控制如图所示。第2章 系统总体设计方案2.1系统组成结构 系统硬件设计是由三个模块组成，其中包括加速度传感器，单片机以及LCD显示屏。由加速度传感器负责数据采集，经过单片机对采集的数据进行处理并用程序控制最后由显示屏显示输出

16、。其组成框图如下所示：加速度对数据采集 单片机处理控制 LCD显示 图2-1 系统组成结构2.2加速度测量原理本设计的原理是：主要通过三轴的加速度传感器MMA7361采集得到加速度，MSP430G2553作为CPU从加速度传感器读取数据，将得到的数据进行判断然后做相应的处理，这样单片机采集到传感器的输出电压。MSP430G2553片内集成了A/D转换通道，这样可以直接将单片机的A/D输入通道和传感器的电压输出通道线连接，把输出电压进行转换，通过显示电路将得到的数据显示出来。整个设计的结构简单，加速度传感器的采集模块和单片机的数模转换的通道连接，这样可以使得采集模块的设计简单化，从而使得设计的程

17、序和模块简单易懂。（各硬件的选取经下文3.1-3.3对比论证而得）2.2系统设计的最终核心器件选型MSP430G2553单片机，MMA7361加速度传感器，5110液显示器（经下文3.1-3.3对比论证而得）注：表、公式、图要按照章节依次排序。第3章 元器件的选型及工作原理3.1MSP430工作原理及选型3.1.1单片机的对比及选型 方案一，采用传统51单片机作为主控。51单片机具有8位代码指令，8位数据总线，16位地址总线，6个中断源，4kbRAM，寻址范围16位地址宽度，不能与取指令，1种工作模式，不支持协处理器，不支持JTAG调试，是一款具有价格低廉，使用简单应用广泛的芯片，但由于本设计

18、需要立体实时测量加速度，而目前市场该种加速度计一般输出模拟信号，如果选用51单片机势必需要加A/D转换电路，这无疑增加系统的复杂程度，且内部资源较少，功能相对不丰富，实现过程比较繁琐。 方案二，采用MSP430 g2553，其具有一种16位RISC架构，所有的操作（程序流指令除外）均作为寄存器操作与用于源操作数的7种寻址模式和用于目的操作数的4种寻址模式一起执行，该模块的主要功能是支持高精度斜坡模数转换，同时该模块具有支持快速10位模数转换,且无需CPU的干预即可对ADC采样进行转换及储存，这一功能为系统收集数据提供了方便，且MSP430g2553的低功耗工作模式符合节能低功耗要求。 综合上述

19、，我选择方案二，即MSP430g2553单片机。3.1.2MSP430单片机系列优点(设置成三级标题，四号楷体、1.5倍行距) MSP430 系列是一个16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在1996 年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。 超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.83.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200400uA 左右，时钟关断模式

20、的最低功耗只有0.1uA 。其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统或DCO 数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（32768Hz）, 有的使用两个晶体振荡器）。由系统时钟系统产生CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模（LPM0LPM4）。在等待方式下，耗电为0.7uA ，在节电方式下，最低可达0.1uA 。卓越的超低功耗

21、特性，给MSP430单片机开拓了广阔的应用空间：第一，正如前文所说，MSP430单片机就是为了便携式设备而量身打造的。随着技术的日新月异，便携式设备不断的向小型化、轻量化、高精度、多功能化的方向发展，在集成度、电池尺寸、设备大小的限制下，还对处理器运算能力和片上资源有了更高的要求。MSP430单片机强大CPU（16位处理器，每秒处理指令最高25兆）和片上丰富的接口电路和模拟电路资源，可以实现模拟数字信号混合处理，大部分设计单芯片完成，大幅提高集成度和生产效率的同时有效的控制了成本。第二，超低功耗的特定使得产品电池寿命终身化这个命题得以实现。按照电子产品预期使用寿命58年计算，电池设计寿命810

22、年，如果产品耗电量足够低的话，一款产品终生只用配上一块电池，无需充电和更换。这样一方面减少了用户的麻烦，另一发明设计和制造的成本也降了下来。例如一款基于MSP430单片机的野外气象观测的传感器节点，可以连续工作数年不更换电池，直至产品寿命终结。第三，MSP430单片机低功耗还体现在另一方面，即十分微弱的能量，也能够驱动MSP430单片机工作，在1.8V以上的电压下CPU都可以正常工作，最新系列的MSP430单片机甚至可以把这个数值再降低几乎一半至1.1V。这样很多间接电能也能直接给MSP430单片机供电，如小块太阳能电池、信号线自取点、温差能、电缆上磁场能、人体机械运动震动的能量、酸碱性溶液中

23、的能量等等。基于这种间接电能设计的无源设备产品，也是符合当前低碳环保设计理念的新方向。日本最近研制了一种尿液检查卡片，就是以尿液作为电解质发电，驱动低功耗系统进行尿液样本分析。 除了超低功耗这一突出优势外，MSP430系列单片机还有不少其他不俗的表现：1. MSP430单片机内核采用16位RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）处理器，单指令周期，运算能力和速度优势明显，某些型号的MSP430单片机内部带有硬件乘法器，在DMA控制器的配合下，性能堪比DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理，一种专精于复杂信号

24、运算的智能器件）。2. MSP430单片机采用冯诺依曼结构，寄存器和数据段（即RAM）与代码段（即ROM，FLASH或FRAM）统一编制。这样代码在RAM里同样可以运行，每款MSP430单片机都有FLASH（或FRAM）控制器，通过它可以对ROM的区的代码进行擦写。这种机制可以很方便的实现设备在线升级功能，无需重新烧写程序，固件更新时单片机仍处正常工作状态(在第三章中详细讨论)。3. MSP430单片机属于工业级芯片，能够在-4085摄氏度的范围内工作，并且带有PWM发生器等控制输出。适合各类工业测量、工业控制、电机控制等领域。4. MSP430单片机作为混合信号处理器，模拟设备也是一大特色，

25、运算放大器、比较器、ADC、DAC应有尽有。以ADC为例，有高速的ADC10、ADC12；有高精度的SD16、SD24；还有低成本的SLOPE，可以满足各式各样的测试任务。5. MSP430单片机具有多种通信接口，涵盖UART、I2C、SPI、USI等等，5系列单片机还带有USB控制器、射频控制器、Zigbee控制器。适用于各种协议下的数据中继器、转发器、转换器的应用中。6. TI公司实力雄厚，MSP430单片机系列产品生命力旺盛，自1996年问世以来每年都有新的型号推出，更新、更强、更省电的单片机不断的推出。2012年六又推出了新款的金刚狼系列，再度挑战低功耗极限。对于单片机开发人员而言，芯

26、片内部工艺或许与设计不是那么相关，但是MSP430单片机低功耗系统在软件方面的操作就至关重要了，因为即使CPU能够以极低的功耗执行指令，而程序总是做一些冗余的动作，那样进行下来，还是会有很多功耗白白浪费，那么MSP430为软件上控制低功耗又提供了那些可能呢？首先，MSP430单片机建立的时钟系统概念，使得CPU、片上模块、休眠唤醒三者时钟彼此独立。总众所周知，时钟频率的高低是决定系统功耗的一个重要因素，但是不同模块的运行速度各不相同，CPU的繁忙程度也并非总是很高，这就造成低速时钟无法满足需求，高速时钟又会带来功率浪费的尴尬局面。MSP430单片机时钟系统提供了三种时钟，通过软件寄存器设置，不

27、同时钟可以分别开启关闭，可以分别设置倍频分频系数，为各种模块和CPU提供多样的选择。基于这样的时钟系统，MSP430单片机可以实现不同深度的系统休眠，如此梯度化的休眠方式，让整个系统以间歇工作的方式，最大限度的节约能量。 其次，MSP430单片机采用模块化设计，在使用时每个模块都可以由软件单独开启关闭，用到某一模块时打开它，任务完毕之后关闭它，这样也能节省不少的电能。这样的设计还有诸多其他好处，每一种模块都具有独立完整的结构，在不同型号单片机中，同款模块的功能结构使用方法都是完全一样的。同一家族不同型号的MSP430单片机，实际上就是不同功能模块的组合。这样的设计，对于学习者而言，使得MSP4

28、30单片机学习一通百通，对研发者而言，更换更高级的MSP430单片机芯片时，程序移植得心应手。此外，对于新手而言，如何在保证程序稳定性、健壮性的前提下提高程序执行效率、删除冗余语句，还是一个遥不可及要求。TI公司就专门组织了老练的程序工程师编写了程序库MSP430ware，MSP430430ware中囊括了几乎所有模块的所有功能函数和海量的例程，把工程师从底层繁琐的代码编写工作中解放了出来，同时还保证了底层函数的效率和稳定。MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点。强大的处理能力。MSP430系列单片机是一个16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，

29、具有丰富的寻址方式、大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在8MHz 晶体驱动下指令周期为125ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8MHz 晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT 等）。MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6us。系统工作稳定。上电复位后，首先由DCOCLK 启动CPU ，

30、以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做CPU 时钟MCLK 时发生故障，DCO 会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。丰富的片上外围模块。MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A 、定时器A （Timer_A）、定时器B （Timer_B）、串口0 、1 （USART0 、1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10 位/12 位ADC 、I2C总线直接数据存取（DMA）、端口O （P0）、端口16 （P1P6

31、）、基本定时器（Basic Timer）等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D 转换器；16 位定时器（Timer_A 和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM 等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O 端口，最多达6*8 条I/O 口线；P0 、P1 、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；12/14 位硬件A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps ，能够满足大多数数据采集

32、应用；能直接驱动液晶多达160 段；实现两路的12 位D/A 转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输（DMA）模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。方便高效的开发环境。目前MSP430系列有OPT 型、FLASH 型和ROM 型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于OPT 型和ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后在烧写或掩膜芯片；对于FLASH 型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG 调试接口，还有可电擦写的FLASH 存储器，因此采用先下载程序到FLASH 内，再在器件内通

33、过软件控制程序的运行，由JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC 机和一个JTAG 调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C 语言。MSP430单片机目前主要以FLASH 型为主。适应工业级运行环境MSP430系列器件均为工业级的，运行环境温度为-40+ 85摄氏度，所设计的产品适合用于工业环境下。3.1.3MSP430单片机选型本实验主要选用的是MSP430G2553，它的优点在于：首先，G2系列单片机的售价低，G2全系列单片机共有44款，根据片上资源的丰富程度价格由低到高,最低价格0.34美元，配置最全的2553也仅售0.99美元，这样

34、的价位在单片机范围内可以算是物美价廉了。G2系列单片机虽然价格不高，但不等于它的功能不强，G2系列单片机作为MSP430系列中的一员拥有大部分MSP430单片机片上外围模块：16MHz主频16位CPU片上程序存储器FLASH（512B/1KB/2KB/4KB/8KB/16KB）及FLASH控制器片上随机存储器SRAM(128B/256B/512B)通用并行输入输出端口GPIO（4位/16位/20位/24位）支持电容触摸式I/O看门狗定时器WDT上电复位模块BOR多功能通信模块USI（I2C/SPI）USIC_A(UART/LIN/IrDA/SPI) USIC_B(I2C&SPI)比较器模块Co

35、mparator A+片内温度传感器Temp Sensor十位逐次逼近型ADC10斜率型slope ADC板载USB调试与编程仿真器接口，无驱动可安装支持所有采用DIP14和DIP20封装MSP430G2XX和MSP430F20器件红绿两粒LED，两个按键配套两款电容触摸板所有管脚在板子两边引出3.1.4MSP430 g2553的介绍 MSP430引脚图每个引脚具有多项功能3.1.5MSP430看门狗WDT+模块 两种模式 看门狗 间隔定时器 访问受密码保护 两种模式具有不同的中断向量 时钟可由ACLK或SMCLK提供 控制RST/NMI引脚模式 WDT+增加了故障保护时钟WDTCTL = W

36、DTPW + WDTHOLD；/ 关狗看门狗的主要功能是在软件问题发生后执行受控的系统重启。若设置的时间间隔结束，将产生一个系统复位。如果在某种应用中不需要安全装置功能，则该模块可被禁用或配置为一个间隔定时器或关闭。3.1.6MSP430采样定理参考电压建立时间30uS采样保持时间可选转换需13个时钟周期可选的时钟脉冲源-ADC10OSC (约5MHz)-ACLK-MCLK-SMCLK3.1.7 MSP430比较器A8路可选内部参考电压，也可从外部接入软件可选的RC低通滤波器多路输入选择具有中断功能3.2加速度传感器的选型及工作原理3.2.1加速度传感器的选型 方案一，采用数字式传感器可将被测

37、信号直接转换成数字信号输出，它具有精度高，分辨率高，抗干扰力强，便于与计算机接口等优点，但数字传感器种类还不多，而符合我要测量三个方向分量的功能还没有，外接电路会增加电路的复杂程度，故此方案不可使用。 方案二，采用MMA7361LC模块，该模块可根据运动方向改变输出信号的电压值，而且X、Y、Z三个方向的量输出，省去AD转换电路，可直接与MSP430g2553 ADC1.0口相接，从而达到采集数据并保存到芯片的目的，且节约了成本。 综合上述，我采用方案二，即选择 MMA7361加速度计。3.2.2MMA7361加速度传感器的引脚定义Pin1 3.3V: 输入电压，同时可以接收到单片机AD参考电压

38、端；Pin2 （可选）5V电源；Pin3 GND：电源地；Pin4 Xout:x轴方向电压输出；Pin5 Yout:y轴方向电压输出；Pin6 Zout:z轴方向电压输出；Pin7 sleep：芯片休眠控制（0：休眠，1：工作）；Pin8 10 12 NC:悬空管脚；Pin9 0g_dectect:0g 信号检测；Pin11 Self_test:芯片自我测试与初始化备注：MMA7361加速度计有3.3V和5V两个电压端，只需要接其中一个就可以了，3.3V可以由5V稳压产生，也可以直接3.3V供电。加5V稳压的原因是为了给使用5V的单片机提供方便，不需要再去找3.3V的电压了。3.2.3MMA7

39、361加速度传感器的原理MMA7361 3轴小量程加速度传感器是检测物件运动和方向的传感器，它根据物件运动和方向改变输出信号的电压值。各轴的信号在不运动或者不被重力作用的状态下（0g）,其输出为1.65V。如果沿着某一个方向活动，或者受到重力的作用，输出电压就会根据其运动方向以及设定的传感器灵敏度而改变其输出电压。用单片机的A/D转换器读取此输出信号，就可以检测其运动和方向。3.3NOKIA5110的选型及基本结构3.3.1显示模块的选型 方案一，使用数码管显。数码管电压低，寿命长，对外界环境要求低，它采用BCD编码显示数字，亮度高，但其耗能大，电路复杂，占用资源多，且显示信息少，精度低，所以

40、不选。 方案二，使用液晶屏显示。LCD具有轻薄短小，低耗电量，影像稳定不闪烁等特点，可视面积大，画面效果好，显示信息量大，分辨率高，抗干扰能力强，外围电路少，使用方便。 综合上述，我选用LCD NOKIA5110显示屏。3.3.2NOKIA5110基本机构NOKIA是84x48 的点阵LCD，可以显示4 行汉字，采用串行接口与主处器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9条。支持多种串行通信协议（如AVR单片机的SPI、MCS51的串口模式等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。可通过导电胶连接模块与印制版，而不用连接电缆，用模块上的金属钩可将模

41、块固定到印制板上，因而非常便于安装和更换。LCD 控制器驱动器芯片已绑定到LCD 晶片上，模块的体积很小。采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200A 以下，且具有掉电模式。LPH7366 的这些特点非常适合于电池供电的便携式通信设备和测试设备中。液晶的四大理由1) 性价比高，LCD1602可以显示32个字符，而Nokia5110可以显示15个汉字，30个字符。2) 接口简单，仅四根I/O线即可驱动，LCD1602需11根I/O线，LCD12864需12根。3) 速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。4) Nokia5110工作电压3.3V,正常显示时工作电流20uA

42、以下，具有掉电模式，适合供电的便携移动设备。第4章 元器件的硬件设计4.1MSP430的硬件设计 单片机的电路设计如下图所示:4.2MMA7361的硬件设计 传感器的电路设计如下图所示:4.3NOKIA5110的硬件设计 LCD的电路如下图所示:第5章 元器件的软件设计5.1MSP430的软件设计(1) 首先进行看门狗程序void main(void)WDT_init(); / 初始化看门狗while(1)_bis_SR_register(LPM3_bits + GIE);activeMode(); #pragma vector=WDT_VECTOR_interrupt void watchdog_timer(void)_bic_SR_register_on_exit(LPM3_bits);5.2MMA7361的软件设计5.3NOKIA5110的软件设计(1)SPI接口时序写数据/命令 Nokia5110(PCD8544)的通信协议是一个没有MISO只有MOSI的SPI协议，如果单片机有富裕的SPI接口，也可以利用硬件SPI，但通常没有必要，只需要软件程序模拟即可。/* 函数名称：LCD_writ