MSP430單片機教學綜合實訓一例

相成

（黑龍江司法警官職業學院）

摘 要：單片機成本低、種類多應用廣泛，應用人才需求量大，高職院校在計算機應用類職業人才培養中大多開設單片機應用類課程。專業實訓是高職人才培養中的重要一環，包括了從知識準備到實訓器材選擇、從程序設計到電路設計等環節。實訓中用到了MSP430單片機、DS18B20溫度傳感器，DS1302實時時鐘芯片、LED數碼管、蜂鳴器、12864多功能液晶顯示模塊，對學生的訓練較為全面。

關鍵詞：MSP430單片機；溫度計；實訓

1 概述

單片機應用廣泛，成本低，種類多，功耗低，能夠方便地組裝成各種智能的控制設備，能夠完成相對比較復雜的控制任務，環境適應性較強，可以很方便的實現多機和分布式控制，已成為微型計算機的一個重要分支，發展速度極快。單片應用人才需求廣泛，高職院校在計算機應用類職業人才培養中大多開設單片機應用類課程。專業實訓是高職人才培養中的重要一環，包括了從知識準備到實訓器材選擇、從程序設計到電路設計等環節，對提高學生實踐能力起到了重要作用。

2 實訓設計與要求

本實訓采用現技術已比較成熟且難度適中的“數字溫度計”制作作為實訓內容。根據系統的設計要求，選擇DS18B20作為溫度傳感器，可以省去采樣/保持電路、運放、數/模轉換電路以及串/并轉換電路，可以有效簡化電路，縮短系統的工作時間，降低了實訓難度。選擇MSP430單片機為測控系統的核心來完成數據采集、處理、顯示、報警等功能。本實訓采用MSP430單片機作為核心部件，MSP430系列單片機是一種16位的單片機，相對于8位的51單片機來說，它具有功能豐富、較大的內部RAM和程序存儲空間，適合開發較復雜的系統。采用C語言開發，程序更容易編寫和較好的可讀性，可以大大提高軟件開發的工作效率。

溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發送到MSP430單片機上，經過單片機處理，將溫度在LED數碼管以動態掃描法實現顯示。系統由主控制器、測溫電路和顯示電路3個模塊組成。

對學生實訓具體要求如下：

（1）熟悉各元器件原理與使用方法，編寫程序，實現以單片機為核心器件，使用溫度傳感器采集溫度，通過LED數碼管顯示器顯示溫度值。

（2）編寫程序，通過液晶顯示模塊實現漢字和溫度值輸出顯示，實現溫度報警功能。

（3）設計制作獨立完整實驗電路。

3 實訓器材

采用MSP430-DEMO16X開發試驗板，單片機的所有引腳都已經引出，便于學生進行擴展試驗，并對實驗的原理、實驗環境配置和源程序都進行了詳細的說明。使用IAR Embedded Workbench V3.42A MSP430集成開發環境。

MSP430-DEMO16X開發試驗版集成了MSP430F169單片機、MAX7219顯示驅動器、DS18B20溫度傳感器，DS1302實時時鐘芯片、LED數碼管、蜂鳴器等器件。為進一步提高實訓的難度增強實訓效果，還需準備1062液晶顯示模塊和12864多功能液晶顯示模塊各一塊。

4 實訓過程

（1）知識準備階段。在之前的教學過程中和在實訓的開始階段讓學生熟悉MSP430-DEMO16X開發試驗版的結構使和用方法，各應用元器件的原理、功能、各引腳作用，各元器件之間的連接方法。

（2）程序設計階段。由于MSP430-DEMO16X開發試驗版已將各器件進行了連接，在熟悉硬件后即可指導學生進入程序設計階段。

系統程序主要包括：①主程序。主要功能是負責溫度的實時顯示，讀出并處理DS18B20的測量溫度值；②讀出溫度子程序。主要功能是讀出隨機存儲器中的內容并進行校驗；③計算溫度子程序。計算溫度子程序將讀取的值進行十進制的轉換運算；④溫度轉換命令子程序。主要是發溫度轉換開始命令；⑤顯示數據刷新子程序。主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，進行顯示移位操作。

在這個過程中要詳細講解各部分程序的功能，并給出流程圖。讓學生在IAR Embedded Workbench V3.42A MSP430集成開發環境中編寫程序，寫入單片機，在實驗板中進行實驗。在此過程中，教師要以答疑為主，不要參與學生具體程序的編寫與修改，要充分發揮學生的主觀能動性，讓學生相互協作交流。根據多年的教學經驗，或是因輸入錯誤或是因邏輯錯誤，必然有相當數量的學生編寫的程序無法在實驗板中運行或是能夠運行但不能正確顯示結果，所以要在程序設計階段開始后的一個較為合理的時間點，給出條理清晰可執行的參考源程序，讓學生能夠對照查找問題所在，提高應用能力。在給出源程序前應先讓學生上交各自編寫的程序，作為實訓成績評定的一個依據。

（3）鞏固提高階段。在學生能夠編寫程序在LED數碼管中正確顯示溫度后，讓學生使用液晶顯示模塊實現漢字和溫度顯示。這個過程主要是鞏固溫度采集與處理部分的知識，掌握液晶顯示模塊的使用和編程輸出。教師要在之前教學過程教授的知識基礎上詳細講解液晶顯示模塊的連接方法，并給出應用實例和參考程序，在此基礎上讓學生，設計液晶顯示電路和編寫液晶顯示程序，在程序中加入溫度判斷功能實現溫度報警，并顯示報警原因。

（4）電路設計與實現階段。這個過程學生讓學生離開實驗板，自行設計制作電路，實現MSP430單片機、DS18B20溫度傳感器，DS1302實時時鐘芯片、蜂鳴器、12864多功能液晶顯示模塊的位置設計與引腳連接，指導學生進行電容、電阻的選用和電路板的焊接等實訓內容，這個過程對學生的訓練較為全面，真正實現理論到實踐應用的轉變。這個過程不要求所有學生都能夠實現，可作為成績評定的另一依據。

5 總結

實訓內容較為復雜，使用到的元器件較多，是對學生綜合能力的訓練與檢驗，實訓時間應在一周左右為宜，實訓過程中學生盡量不要分組，要讓學生獨立完成實訓內容，要注重鍛煉學生分析問題解決問題的能力，提高學生的動手實踐能力，使學生真正有所收獲。