基于MSP430单片机的电子水平仪设计

基于MSP430单片机的电子水平仪设计(开题报告,论文12000字)
摘  要
传统的水平仪构造简易，只是简单地肉眼观察测量结果，误差大，测量准确度低，没有办法定量输出倾角值，且测量的结果不能与其他系统共享。本设计的电子水平仪采用液晶屏实时显示当前水平状态和倾斜角，观察方便，易于调节。同时采用串口将所测数据输出，有利于测量数据的存储和与其他系统的整合。这样的水平仪能够很好地嵌入到像照相机、望远镜、测绘仪、飞行器等设备中，使其他电子设备拥有水平调节功能，具有非常广泛的用途。
本设计以MSP430单片机为核心，在MSP430F5529开发板上，利用板子内置三轴加速度计，捕获三轴加速度计的运动方向。预先校准后，初始化X、Y、Z三轴的初始值，将X、Y、Z三轴的当前值减去初始值得到X、Y、Z三轴的偏移量。最后利用X、Y、Z三轴的偏移量，求得板子与竖直方向的倾斜角。将X、Y、Z三轴的偏移量与倾角的值进行字符转换，使其显示到液晶屏上。并通过串口，将X、Y、Z三轴的偏移量与倾角的实时测量值进行输出。通过观察三个偏移量的正负值，可有方向性地对板子进行前后左右调节，使倾角的值趋于0，从而使板子达到水平状态。
关键词：MSP430单片机  三轴加速度计  偏移量  倾斜角
Electronic level design based on MSP430 single chip microcomputer
Abstract
     Traditional spirit level construct simple, simply visualizing the measured result, error, measurement accuracy is low, there is no way to quantitative output angle values, and measuring results cannot be shared with other systems. Design electronic spirit level LCD displays in real time the current level and tilt angle, observation, easy to adjust. Using serial port data logging output, conducive to measurement data storage and integration with other systems. Such a spirit level to be properly embedded into devices such as cameras, binoculars, surveying instruments, aircraft, and other electronic equipment has a level adjustment function, has a very wide range of uses.
The MSP430 microcontroller design at the core, on the MSP430F5529 Board, Board a built-in three-axis accelerometer, three-axis accelerometer motion capture direction. Calibrated in advance, initialization initial values for x, y, z axis, x, y, z axis current value minus the initial worth of the x, y, z axis offsets. Using the x, y, z axis offsets, seek a Board and vertical tilt angle. X, Y,Z axis offset and angle values of characters, so that it appears on the LCD. And through the serial port, the x, y, z axis offsets and angle measurement value output in real time.  By observing the three offsets are negative, can be adjust direction around the Board, allow the angle value to 0, bringing the Board to level.
Key Words: MSP430 single chip microcomputer; Three-axis accelerometer; Offset; Angle

1.2  课题主要研究的内容和要求
1.2.1  课题主要研究的内容
我本次的毕业设计的题目是基于MSP430单片机的电子水平仪的设计，选择使用的开发板是MSP430F5529。首先需要熟悉MSP430单片机的的主要特性、功能结构以及开发流程。我的电子水平仪要用到的核心部分是开发板上的三轴加速度计传感器和LCD液晶显示屏。需要些了解三轴加速度计和LCD液晶屏的工作原理，对三轴加速度计和LCD的功能函数理解并能熟练掌握。通过单片机控制三轴加速度计，先能够通过设置将三轴加速度计进行校准，将设置好的X、Y、Z三轴的偏移量写入Flash中。初始化加速度计后，读取X、Y、Z三轴当前的值，再减去X、Y、Z三轴的初始化值，得到X、Y、Z三轴的偏移量值。并通过字符转换，将三个偏移量值能够以数字的形式在LCD上正确的显示出来。同时通过三个偏移量值求出板子与水平面的倾斜角，显示在LCD上。通过观察三个偏移量的正负值，可有方向性地对板子进行前后左右调节，使倾角的达到0，从而使板子达到水平状态。
另外，还要设置初始化串口，通过串口进行数据的发送，能将数据通过串口实时传送到其他设备上，能够与其他系统平台进行连接。
1.2.2  课题的要求
(1) 捕获三轴加速度计的运动方向，能够预先校准加速度计。
(2) 将开发板的水平状态在LCD上显示出来，并且能够有效调节，使之达到水平状态。
(3) 可以通过串口，将当前的测量结果进行实时输出，能够对测量结果进行存储，并且能实现和其他系统的连接。
1.3  课题的研究方法和手段
本次设计所用的是MSP430F5529开发板。首先，需要对MSP430单片机的低功耗模式、中断系统、单片机的结构、外部引脚、外设模块等进行熟悉与理解。对开发版的构造布局、主要的功能模块部分要理解掌握。
最主要的是要了解三轴加速度计的工作原理，理解加速度的值是如何进行数字输出的，三轴加速度计与单片机是如何进行通信的，同时也要了解液晶屏的工作原理，能够运用液晶屏对想要的数据进行输出。
本次设计的主要设计内容还是在软件设计方面，通过对MSP430F5529的理解掌握，编写代码实现功能，编译调试，下载到板子上，显示结果。本次代码编写使用的是CCSv5.1软件，使用C语言进行设计。所以，需要先对CCSv5.1这个软件进行熟练理解和使用。再进行相关函数的编写，最后整合代码，实现总体的功能。同时也要能够所需要用到的各个模块进行初始化设置，能够编写代码控制各个模块，最后再进行整合，实现所需要的功能。
 

目  录
摘  要    I
Abstract    II
第一章  绪论    1
1.1  课题的背景及其意义    1
1.2  课题主要研究的内容和要求    1
1.2.1  课题主要研究的内容    1
1.2.2  课题的要求    2
1.3  课题的研究方法和手段    2
第二章  MSP430单片机介绍    3
2.1  MSP430系列单片机的特点    3
2.2  MSP430F5529单片机结构和引脚介绍    4
2.2.1  MSP430F5529单片机的结构    4
2.2.2  MSP430F5529外部引脚    4
2.3  MSP430F5529单片机存储器    5
2.3.1  程序存储器    5
2.3.2  RAM存储器    5
2.3.3  信息存储器    6
2.3.4 引导存储器    6
第三章  硬件    7
3.1  MSP-EXP430F5529实验板概述    7
3.1.1  MSP430F5529开发板简介    7
3.1.2  MSP430F5529开发板的特点    7
3.1.3  硬件结构    8
3.2 主要模块电路    8
3.2.1  电源选择模块电路    8
3.2.2  Mini-USB接口模块电路    9
3.2.3  点阵液晶显示模块电路    10
3.2.4  三坐标轴加速度计模块电路    11
3.3  MSP430单片机时钟系统和低功耗结构    11
3.3.1  时钟系统    12
3.3.2  低功耗模式    12
第四章  软件设计    14
4.1 程序的设计思路    14
4.2 主程序设计    14
4.2.1 主程序的流程图和运用按键选择功能程序流程图：    15
4.2.2 主程序代码    15
4.3 加速度计校准程序    19
4.3.1 加速度计校准程序流程图    19
4.3.2程序代码说明    20
4.4 电子水平仪显示程序    21
4.4.1 电子水平仪显示程序流程图    22
4.4.2 程序代码    23
第五章  调试    29
5.1 编译调试    29
5.2 结果演示    29
第六章  总结与展望    31
6.1 总结    31
6.2 展望    31
参考文献    32