本實(shí)用新型涉及單片機(jī)及教學(xué)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種基于單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

單片機(jī)是目前實(shí)現(xiàn)底層自動(dòng)化和各種設(shè)備管理控制的核心芯片，其應(yīng)用是電子類(lèi)大學(xué)生必須掌握的一門(mén)技術(shù)。國(guó)內(nèi)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置大多基于51、AVR、PIC以及X86單片機(jī)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單、單片性能相對(duì)落后，近年來(lái)MSP430單片機(jī)以其超低功耗、強(qiáng)大處理能力等特點(diǎn)，已經(jīng)逐步取代其它型號(hào)的單片機(jī)，得到廣；應(yīng)用。所以，熟悉新型單片機(jī)，使學(xué)生學(xué)習(xí)的技術(shù)緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，十分必要。

然而目前市場(chǎng)上基于MSP430系列的實(shí)驗(yàn)裝置，主要針對(duì)低端MSP430芯片。對(duì)于高端的MSP430x5、x6系列單片機(jī)，市面上少有相應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置針對(duì)高端芯片，MSP430F5529最小系統(tǒng)板方便學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)，但在配合課程使用時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較少，若需外擴(kuò)，就需要學(xué)生動(dòng)手外部連線，相當(dāng)繁瑣，不適合學(xué)校教學(xué)使用。因此其實(shí)驗(yàn)裝置的研制也就相當(dāng)重要。

因此，為克服上述技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)出一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用于學(xué)校教學(xué)使用、操作方便、容易理解的一種基于單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，正是發(fā)明人所要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于學(xué)校教學(xué)使用，操作方便，容易理解。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，包括MSP430F5529LauchPad核心板、電源模塊，所述MSP430F5529LauchPad核心板上設(shè)置有MSP430F5529單片機(jī)芯片、I²C模塊、USB接口、UART模塊、GPIO模塊、SPI模塊、電壓比較器、帶引腳中斷的IO口、定時(shí)器、ADC模塊，所述MSP430F5529單片機(jī)芯片通過(guò)UART模塊與RS232接口連接，所述GPIO模塊分別與CC2520通訊接口、LED燈、觸摸按鍵、液晶顯示屏、紅外接收解碼器連接，所述SPI模塊分別與數(shù)字溫濕度傳感器、音頻輸出接口、SD卡連接，所述I2C模塊分別與矩陣鍵盤(pán)、bq27510-g2電量管理芯片、電阻測(cè)量電路連接，所述ADC模塊分別與滾輪式電位計(jì)、波形采集電路、音頻輸入電路、電流檢測(cè)電路、電機(jī)調(diào)速模塊、電阻測(cè)量電路連接，所述定時(shí)器分別與電機(jī)調(diào)速模塊、蜂鳴器、頻率測(cè)量相位跟蹤電路連接，所述IO口連接有獨(dú)立按鍵，所述電壓比較器連接有電容觸摸鍵盤(pán)。

進(jìn)一步，所述USB接口與電源模塊上的初級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)連接，所述初級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)由5V直流電源供電，所述初級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)一端通過(guò)bq24090充電器與單節(jié)鋰電池連接，所述初級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)另一端與二級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)連接，所述二級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)通過(guò)LDO穩(wěn)壓器與磁珠隔離電路連接。

進(jìn)一步，所述SPI模塊還連接有SPI預(yù)留接口。

進(jìn)一步，所述I²C模塊上連接有I²C預(yù)留接口。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于學(xué)校教學(xué)使用，操作方便，容易理解，其基于MSP430F5529單片機(jī)的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，與實(shí)驗(yàn)裝置上不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K相配合可進(jìn)行兩大類(lèi)實(shí)驗(yàn)，具有多個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，涵蓋了單片機(jī)的所有外設(shè)模塊，有助于全面掌握單片機(jī)編程的思路方法。控制效果良好，實(shí)驗(yàn)效果直觀，另外不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K之間還有組合的空間，學(xué)生可綜合多個(gè)模塊自行設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的綜合實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)裝置可作為單片機(jī)學(xué)習(xí)、比賽的開(kāi)發(fā)工具，具有較好的參考和使用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實(shí)用新型電池電量管理模塊電路原理圖。

圖3是本實(shí)用新型頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊電路原理圖。

圖4、圖5是本實(shí)用新型電機(jī)調(diào)速模塊電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落在申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

參見(jiàn)圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，該結(jié)構(gòu)一種基于單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，包括MSP430F5529LauchPad核心板、電源模塊，MSP430F5529LauchPad核心板上設(shè)置有MSP430F5529單片機(jī)芯片、I²C模塊、USB接口、UART模塊、GPIO模塊、SPI模塊、電壓比較器、帶引腳中斷的IO口、定時(shí)器、ADC模塊，MSP430F5529單片機(jī)芯片通過(guò)UART模塊與RS232接口連接，GPIO模塊分別與CC2520通訊接口、LED燈、觸摸按鍵、液晶顯示屏、紅外接收解碼器連接，SPI模塊分別與數(shù)字溫濕度傳感器、音頻輸出接口、SD卡連接，I2C模塊分別與矩陣鍵盤(pán)、bq27510-g2電量管理芯片、電阻測(cè)量電路連接，ADC模塊分別與滾輪式電位計(jì)、波形采集電路、音頻輸入電路、電流檢測(cè)電路、電機(jī)調(diào)速模塊、電阻測(cè)量電路連接，定時(shí)器分別與電機(jī)調(diào)速模塊、蜂鳴器、頻率測(cè)量相位跟蹤電路連接，IO口連接有獨(dú)立按鍵，電壓比較器連接有電容觸摸鍵盤(pán)。USB接口與電源模塊上的初級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)連接，初級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)由5V直流電源供電，初級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)一端通過(guò)bq24090充電器與單節(jié)鋰電池連接，初級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)另一端與二級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)連接，二級(jí)自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)通過(guò)LDO穩(wěn)壓器與磁珠隔離電路連接，SPI模塊還連接有SPI預(yù)留接口，I²C模塊上連接有I²C預(yù)留接口。

基于MSP430F5529單片機(jī)的綜合實(shí)驗(yàn)裝置采用“核心板+母板”的結(jié)構(gòu)，由MSP430F5529LauchPad核心板、母板兩部分組成實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)分為模塊實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)兩個(gè)大類(lèi)。其中，模塊實(shí)驗(yàn)包括：系統(tǒng)時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)、低功耗實(shí)驗(yàn)I/O實(shí)驗(yàn)LCD液晶顯示實(shí)驗(yàn)、比較器模塊實(shí)驗(yàn)、Flash存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)、DMA控制器實(shí)驗(yàn)、串行通信模塊實(shí)驗(yàn)和硬件乘法器實(shí)驗(yàn)；綜合實(shí)驗(yàn)包括：電容觸摸按鍵實(shí)驗(yàn)DHT11溫濕度測(cè)量實(shí)驗(yàn)、計(jì)算器實(shí)驗(yàn)、Micro SD卡讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)、頻率測(cè)量和相位跟蹤實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)、FFT頻譜分析實(shí)驗(yàn)、FIR濾波實(shí)驗(yàn)。

參見(jiàn)圖2是本實(shí)用新型電池電量管理模塊電路原理圖，鋰電池電量管理實(shí)驗(yàn)?zāi)K采用單節(jié)鋰電池電量管理芯片bq27510-g2，該芯片具有I2C接口通過(guò)單片機(jī)可以讀取鋰電池電壓、剩余電量、放電剩余時(shí)間、充電剩余時(shí)間、充放電電流、電池溫度等參數(shù)。BAT+和BAT-分別于鋰電池的正負(fù)極相接。引腳11，12為I2C通訊引腳R41為阻值為0.01高精度檢流電阻，經(jīng)過(guò)濾波后接到芯片內(nèi)部庫(kù)倫計(jì)數(shù)器。芯片1腳可為溫度測(cè)量提供恒流源，為了測(cè)量鋰電池表面溫度，電路中外接阻值為10k的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，通過(guò)RC濾波后送入芯片溫度采集端TS引腳12為鋰電池狀態(tài)指示引腳，為開(kāi)漏極輸出，可配置為鋰電池電量低報(bào)警或電池正常指示功能，通過(guò)電阻R21上拉控制N-MOSEFETBSS138的通斷。

參見(jiàn)圖3是本實(shí)用新型頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊電路原理圖，頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊可完成對(duì)輸入正弦信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)其相位跟蹤的功能，硬件電路由頻率測(cè)量電路、相位跟蹤電路和濾波電路三部分組成，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波經(jīng)過(guò)直流偏置電路后，再經(jīng)過(guò)比較器進(jìn)行整形，進(jìn)入單片機(jī)，由單片機(jī)的定時(shí)器完成頻率的測(cè)量。

單片機(jī)發(fā)出的SPWM信號(hào)經(jīng)濾波電路，變成正弦波，送至相位跟蹤電路；經(jīng)偏置、整形和反相，送至單片機(jī)的定時(shí)器。定時(shí)器對(duì)經(jīng)頻率測(cè)量電路和相位跟蹤電路的兩路信號(hào)進(jìn)行鑒相，得到相位差，來(lái)調(diào)整單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波的相位，使其跟蹤上信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)的相位。

參見(jiàn)圖4、圖5是本實(shí)用新型電機(jī)調(diào)速模塊電路原理圖，電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和直流電機(jī)測(cè)速電路兩部分，其中為了給電機(jī)提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)和一個(gè)五線四相步進(jìn)電機(jī)。

直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量電路由U型測(cè)速光耦組成，當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的碼盤(pán)在測(cè)速光耦槽中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)光耦輸出PWM頻率值來(lái)確定電機(jī)轉(zhuǎn)速，另外在實(shí)驗(yàn)中，直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置上的滾輪電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本實(shí)用新型基于MSP430F5529單片機(jī)的綜合實(shí)驗(yàn)裝置，與實(shí)驗(yàn)裝置上不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K相配合可進(jìn)行兩大類(lèi)實(shí)驗(yàn)，具有多個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，涵蓋了單片機(jī)的所有外設(shè)模塊，有助于全面掌握單片機(jī)編程的思路方法。控制效果良好，實(shí)驗(yàn)效果直觀，另外不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K之間還有組合的空間，學(xué)生可綜合多個(gè)模塊自行設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的綜合實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)裝置可作為單片機(jī)學(xué)習(xí)、比賽的開(kāi)發(fā)工具，具有較好的參考和使用價(jià)值。