原標(biāo)題：基于MSP430F135單片機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線投票表決器設(shè)計(jì)方案

無(wú)線投票表決器設(shè)計(jì)方案

引言

無(wú)線投票表決器是一種用于會(huì)議、課堂或其他需要實(shí)時(shí)表決的場(chǎng)合的設(shè)備。本文詳細(xì)介紹基于MSP430F135單片機(jī)、CC1100無(wú)線模塊和MAX232CPE接口芯片的無(wú)線投票表決器設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案充分利用了各芯片的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了低功耗、高可靠性和便捷操作。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由三部分組成：主控部分、無(wú)線通信部分和串口通信部分。主控部分采用MSP430F135單片機(jī)，無(wú)線通信部分采用CC1100無(wú)線模塊，串口通信部分采用MAX232CPE接口芯片。

主要元器件介紹

MSP430F135單片機(jī)

MSP430F135是德州儀器（Texas Instruments）生產(chǎn)的一款超低功耗16位單片機(jī)。其主要特點(diǎn)如下：

• 超低功耗：工作電流僅為數(shù)微安至數(shù)毫安，特別適合電池供電的應(yīng)用。

• 高性能：具有16位RISC CPU，速度可達(dá)16MHz，提供高效的運(yùn)算能力。

• 豐富的外設(shè)：包括多達(dá)48個(gè)I/O口，5個(gè)16位定時(shí)器，12位ADC，2個(gè)UART，SPI和I2C接口等。

• 靈活的低功耗模式：包括5種不同的低功耗模式，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇。

在本設(shè)計(jì)中，MSP430F135單片機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體控制，包括用戶(hù)輸入處理、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信控制。

CC1100無(wú)線模塊

CC1100是德州儀器生產(chǎn)的一款低功耗Sub-1 GHz無(wú)線收發(fā)器模塊。其主要特點(diǎn)如下：

• 低功耗：具有多種低功耗模式，適合電池供電設(shè)備。

• 高靈敏度：接收靈敏度高達(dá)-110 dBm，提供了良好的無(wú)線通信性能。

• 多頻段支持：支持315 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz頻段。

• 多種調(diào)制方式：支持OOK、FSK、GFSK等調(diào)制方式，適應(yīng)不同應(yīng)用需求。

• 靈活的配置：通過(guò)SPI接口進(jìn)行配置，可以方便地設(shè)置頻率、功率、速率等參數(shù)。

在本設(shè)計(jì)中，CC1100無(wú)線模塊用于實(shí)現(xiàn)投票數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

MAX232CPE接口芯片

MAX232CPE是Maxim公司生產(chǎn)的一款RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片。其主要特點(diǎn)如下：

• 電平轉(zhuǎn)換：將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平，適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)串口通信。

• 雙通道轉(zhuǎn)換：包含兩個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器，支持全雙工通信。

• 低功耗：工作電流小，適合便攜式設(shè)備。

在本設(shè)計(jì)中，MAX232CPE用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的串口通信，便于調(diào)試和數(shù)據(jù)管理。

硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)包括電源模塊、主控模塊、無(wú)線通信模塊和串口通信模塊。

電源模塊

電源模塊提供整個(gè)系統(tǒng)所需的電源。MSP430F135單片機(jī)和CC1100無(wú)線模塊都支持低電壓工作，因此電源模塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。采用3.3V鋰電池供電，通過(guò)LDO穩(wěn)壓芯片提供穩(wěn)定的3.3V電源。

主控模塊

主控模塊以MSP430F135單片機(jī)為核心。單片機(jī)通過(guò)其I/O口與按鍵矩陣連接，用于采集用戶(hù)輸入。單片機(jī)的SPI接口與CC1100無(wú)線模塊相連，用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)的UART接口與MAX232CPE相連，用于串口通信。

無(wú)線通信模塊

無(wú)線通信模塊采用CC1100無(wú)線模塊。模塊的SPI接口與MSP430F135單片機(jī)相連，通過(guò)配置寄存器實(shí)現(xiàn)頻率、速率、功率等參數(shù)的設(shè)置。模塊的天線接口通過(guò)匹配電路連接天線，實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的發(fā)射和接收。

串口通信模塊

串口通信模塊采用MAX232CPE接口芯片。芯片的TTL/CMOS接口與MSP430F135單片機(jī)的UART接口相連，RS-232接口通過(guò)串口線與PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信。

軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)初始化、用戶(hù)輸入處理、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和串口通信處理。

系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化包括時(shí)鐘設(shè)置、I/O口初始化、SPI接口初始化、UART接口初始化和CC1100無(wú)線模塊初始化。

void system_init() {
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;   // 停止看門(mén)狗
    // 設(shè)置時(shí)鐘
    BCSCTL1 = CALBC1_16MHZ;
    DCOCTL = CALDCO_16MHZ;
    // I/O口初始化
    P1DIR = 0xFF;    // 設(shè)置所有P1口為輸出
    P1OUT = 0x00;    // 設(shè)置P1口輸出低電平
    // SPI接口初始化
    UCB0CTL1 = UCSWRST;    // 復(fù)位USCI_B0
    UCB0CTL0 = UCCKPH | UCMSB | UCMST | UCSYNC;    // 3線SPI，主機(jī)模式
    UCB0CTL1 |= UCSSEL_2;    // 選擇SMCLK
    UCB0BR0 = 0x02;    // 設(shè)置波特率
    UCB0BR1 = 0;
    UCB0CTL1 &= ~UCSWRST;    // 釋放復(fù)位
    // UART接口初始化
    UCA0CTL1 |= UCSWRST;    // 復(fù)位USCI_A0
    UCA0CTL0 = 0;    // 設(shè)置為8N1模式
    UCA0CTL1 |= UCSSEL_2;    // 選擇SMCLK
    UCA0BR0 = 104;    // 設(shè)置波特率9600
    UCA0BR1 = 0;
    UCA0MCTL = UCBRS0;    // 設(shè)置調(diào)制
    UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;    // 釋放復(fù)位
    // CC1100無(wú)線模塊初始化
    cc1100_init();
}

用戶(hù)輸入處理

用戶(hù)輸入處理包括按鍵掃描和按鍵處理。通過(guò)定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)按鍵掃描，檢測(cè)按鍵狀態(tài)變化。

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR
__interrupt void Timer_A (void) {
    static uint8_t key_state = 0xFF;
    uint8_t key_input = P1IN & 0x0F;    // 讀取按鍵輸入
    if (key_input != 0x0F) {    // 有按鍵按下
        if (key_state == 0xFF) {
            key_state = key_input;    // 記錄按鍵狀態(tài)
            process_key(key_state);    // 處理按鍵
        }
    } else {
        key_state = 0xFF;    // 恢復(fù)按鍵狀態(tài)
    }
}

void process_key(uint8_t key_state) {
    switch (key_state) {
        case 0x0E:    // 按鍵1按下
            send_vote_data(1);    // 發(fā)送投票數(shù)據(jù)
            break;
        case 0x0D:    // 按鍵2按下
            send_vote_data(2);
            break;
        case 0x0B:    // 按鍵3按下
            send_vote_data(3);
            break;
        case 0x07:    // 按鍵4按下
            send_vote_data(4);
            break;
        default:
            break;
    }
}

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)CC1100無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)。采用SPI接口與MSP430F135單片機(jī)通信，通過(guò)CC1100寄存器配置和數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。

void cc1100_init() {
    // CC1100配置代碼
}

void send_vote_data(uint8_t vote) {
    cc1100_send_data(&vote, 1);    // 發(fā)送投票數(shù)據(jù)
}

void cc1100_send_data(uint8_t *data, uint8_t length) {
    // SPI發(fā)送數(shù)據(jù)代碼
}

串口通信處理

串口通信處理通過(guò)UART接口實(shí)現(xiàn)。接收數(shù)據(jù)通過(guò)中斷處理，發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR
__interrupt void USCI0RX_ISR(void) {
    uint8_t rx_data = UCA0RXBUF;    // 讀取接收數(shù)據(jù)
    process_rx_data(rx_data);    // 處理接收數(shù)據(jù)
}

void process_rx_data(uint8_t rx_data) {
    // 接收數(shù)據(jù)處理代碼
}

void send_uart_data(uint8_t *data, uint8_t length) {
    for (uint8_t i = = 0; i < length; i++) {
        while (!(IFG2 & UCA0TXIFG));  // 等待發(fā)送緩沖區(qū)空閑
        UCA0TXBUF = data[i];          // 發(fā)送數(shù)據(jù)
    }
}

軟件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

CC1100初始化配置

CC1100無(wú)線模塊的初始化配置通過(guò)SPI接口完成，具體配置包括頻率、功率、速率等參數(shù)。以下是一個(gè)CC1100初始化的示例代碼：

void cc1100_init() {
    uint8_t config_data[] = {
        0x29,  // 設(shè)置頻率等參數(shù)
        0x2E,  // 設(shè)置數(shù)據(jù)速率等參數(shù)
        // 其他配置參數(shù)
    };

    cc1100_write_reg(CC1100_IOCFG2, 0x29);  // 配置IOCFG2寄存器
    cc1100_write_reg(CC1100_FIFOTHR, 0x2E); // 配置FIFOTHR寄存器
    // 配置其他寄存器
    for (uint8_t i = 0; i < sizeof(config_data); i++) {
        cc1100_write_reg(i, config_data[i]);
    }

    // 進(jìn)入接收模式
    cc1100_strobe(CC1100_SRX);
}

void cc1100_write_reg(uint8_t addr, uint8_t value) {
    // 通過(guò)SPI接口寫(xiě)入CC1100寄存器
}

void cc1100_strobe(uint8_t strobe) {
    // 發(fā)送CC1100命令口令
}

無(wú)線數(shù)據(jù)接收與處理

無(wú)線數(shù)據(jù)接收通過(guò)CC1100的中斷引腳觸發(fā)中斷服務(wù)程序，讀取接收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。

#pragma vector=PORT1_VECTOR
__interrupt void Port_1(void) {
    if (P1IFG & BIT2) {  // 檢測(cè)是否是CC1100的中斷
        P1IFG &= ~BIT2;  // 清除中斷標(biāo)志

        uint8_t rx_length = cc1100_receive_data(rx_buffer, sizeof(rx_buffer));
        process_rx_data(rx_buffer, rx_length);  // 處理接收的數(shù)據(jù)
    }
}

uint8_t cc1100_receive_data(uint8_t *buffer, uint8_t buffer_length) {
    uint8_t length = 0;
    // 讀取CC1100接收的數(shù)據(jù)
    // SPI讀取數(shù)據(jù)代碼
    return length;
}

void process_rx_data(uint8_t *data, uint8_t length) {
    // 處理接收到的投票數(shù)據(jù)
}

系統(tǒng)工作流程

1. 系統(tǒng)上電初始化：上電后，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，包括時(shí)鐘配置、I/O口初始化、SPI和UART接口初始化，以及CC1100無(wú)線模塊初始化。

2. 用戶(hù)輸入處理：系統(tǒng)通過(guò)定時(shí)器中斷周期性地掃描按鍵狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到按鍵按下時(shí)，記錄按鍵狀態(tài)并處理按鍵輸入。

3. 數(shù)據(jù)傳輸：根據(jù)按鍵輸入，系統(tǒng)將投票數(shù)據(jù)通過(guò)CC1100無(wú)線模塊發(fā)送出去。

4. 數(shù)據(jù)接收與處理：系統(tǒng)通過(guò)CC1100的中斷引腳檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)接收，當(dāng)有數(shù)據(jù)接收時(shí)，讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。

5. 串口通信：系統(tǒng)通過(guò)MAX232CPE芯片與PC機(jī)進(jìn)行串口通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和調(diào)試。

功能測(cè)試與驗(yàn)證

在設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)無(wú)線投票表決器進(jìn)行功能測(cè)試與驗(yàn)證。主要測(cè)試以下幾個(gè)方面：

1. 電源穩(wěn)定性：確保系統(tǒng)在電池供電下能夠穩(wěn)定工作。

2. 按鍵響應(yīng)：測(cè)試按鍵輸入的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。

3. 無(wú)線傳輸距離：測(cè)試無(wú)線通信的有效距離和可靠性。

4. 數(shù)據(jù)正確性：驗(yàn)證發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)是否正確。

5. 串口通信：測(cè)試與PC機(jī)的串口通信是否正常。

結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了基于MSP430F135單片機(jī)、CC1100無(wú)線模塊和MAX232CPE接口芯片的無(wú)線投票表決器設(shè)計(jì)方案。通過(guò)合理的硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)具有低功耗、高可靠性和便捷操作的特點(diǎn)，適用于各種需要實(shí)時(shí)表決的場(chǎng)合。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需求進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和擴(kuò)展，例如增加顯示屏以顯示投票結(jié)果、增加更多按鍵以支持更多選項(xiàng)等。

參考文獻(xiàn)

1. 德州儀器MSP430F135數(shù)據(jù)手冊(cè)

2. 德州儀器CC1100數(shù)據(jù)手冊(cè)

3. Maxim MAX232數(shù)據(jù)手冊(cè)

4. 無(wú)線通信技術(shù)相關(guān)資料