MCU基本技術原理及應用方案集錦

　　功能框圖

RF430CL330H 動態(tài) NFC 接口轉發(fā)器功能框圖

　　詳細資料：RF430CL330H 動態(tài) NFC 接口轉發(fā)器

　　3.TPS70933 具有反向電流保護的 150mA、30V 超低 IQ、寬輸入、低壓降穩(wěn)壓器

　 　TPS709xx 系列線性穩(wěn)壓器是設計用于功耗敏感類應用的超低靜態(tài)電流器件。 一個精密帶隙和誤差放大器在溫度范圍內(nèi)的精度為 2%。 只有 1µA 的靜態(tài)電流使得這些器件成為要求極小閑置狀態(tài)功率耗散的電池供電類常開系統(tǒng)的理想解決方案。 為了增加安全性，這些器件還具有熱關斷、電流限制和反向電流保護功能。通過將使能 （EN） 引腳下拉至低電平可將這些穩(wěn)壓器置于關斷模式。 這個模式的關斷電流低至 150nA（典型值）。

　　功能框圖

TPS70933功能框圖

　　詳細資料：TPS70933 具有反向電流保護的 150mA、30V 超低 IQ、寬輸入、低壓降穩(wěn)壓器

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　　引言

　　隨著人們生活水平的不斷提高，家庭防盜這一問題也變得尤為突出。傳統(tǒng)的機械 鎖因其結構簡單、安全性差等缺陷，已經(jīng)逐漸被淘汰，電磁鎖由于其保密性高、使用靈話、安全系數(shù)高，逐漸進入千家萬戶。如果在一個家居系統(tǒng)中有多個門，就需 要一套綜合的門控系統(tǒng)，這樣就可以監(jiān)控所有樓門的開關。

　　參考文獻設計的門控系統(tǒng)是以AT89S51單片機為控制核心，系統(tǒng)功耗較大，使 用成本較高，所以其應用具有一定的局限性。參考文獻設計的門控系統(tǒng)利用局域網(wǎng)進行組網(wǎng)控制，所以制作成本較高，而且應用范圍有限。針對以上缺點，本系統(tǒng)采用MSP430系列單片機CCA30F5135芯片為控制核心，其不但具有 MSP430系列單片機的低功耗性能，而且具有RF無線收發(fā)器的功能，RF無線功能可以實現(xiàn)對門進行無線控制，方便用戶使用，而且低功耗特性使得使用成本 較低，達到了目前應用的要求。

　　1 門控系統(tǒng)運行原理

　　本系統(tǒng)主要由兩部分 組成：一部分是中央控制中心，其主要作為管理中心，用戶可以監(jiān)控所有樓門的開關狀態(tài)；另一部分是門控模塊，其作用主要是控制門的開關，并且將門的開關信息 傳送給中央控制中心，包括鍵盤電路、顯示電路、報警電路和開鎖控制電路等。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

　 　本系統(tǒng)采用電子密碼鎖控制開關門，電子密碼鎖相對于射頻卡成本較低，而且可以隨時更改密碼，安全性較高。當需要開門時，首先從矩陣鍵盤輸入6位數(shù)密碼， 其初始密碼由程序設定，輸入完密碼后按開門鍵開鎖，如果想清除輸入可以按取消鍵，按鍵時均會有“短滴”聲提示。若輸入的密碼正確，密碼輸入正確指示燈 亮，LCD顯示“密碼正確”，并且輸出一個打開電磁鎖的信號；若密碼輸入錯誤，則密碼輸入錯誤指示燈亮，LCD顯示“密碼錯誤”。如果在6 s內(nèi)無任何操作，則清除所有輸入內(nèi)容。如果某個門控模塊有密碼輸入情況，門控模塊內(nèi)部的CC430F5135單片機會通過內(nèi)部集成的RF無線收發(fā)器，將有 人輸入密碼開門的信號傳輸給中央控制中心，這樣中央控制中心就能知道所有樓門的情況，中央控制中心通過一個LCD顯示所有的樓門開關情況。如果用戶想打開 或者關閉某個門，則只需要通過鍵盤找到門號并輸入相關指令。門控模塊和中央控制中心均以CC430F5135為控制核心，如果在40 s之后無任何操作，單片機就會進入到低功耗模式。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　門禁控制系統(tǒng)的硬件設計包括中央控制中心設計和門控模塊設計，下面就各個部分進行詳細介紹。

　　2．1 中央控制中心設計

　 　中央控制中心和門控模塊都是以MSP430系列單片機CC430F5135為控制核心，其內(nèi)部集成的RF無線模塊節(jié)省了外部擴展的無線通信模塊，降低了 成本。CC430F5135是TI公司MSP430F5xx MCU與低功耗RF收發(fā)器相結合的產(chǎn)品，可實現(xiàn)極低的電流消耗，從而使采用電池供電的無線網(wǎng)絡應用無需維修即可工作長達10年以上；此外，微型封裝所包含 的高級功能性還可為創(chuàng)新型RF傳感器網(wǎng)絡提供核心動力，以向中央采集點報告數(shù)據(jù)。CC430F5135為16位超低功耗MCU，具有16 KB閃存、2 KB RAM、CC1101無線電收發(fā)器、AES-128和USCI，供電電壓為1．8～3．6 V，正常工作模式消耗電流為160 μA／MHz，低功耗模式3消耗電流為2．0μA。

　　2．1．1 CC430F5135的RF無線收發(fā)模塊外圍電路

　 　CC430F5135內(nèi)部集成了CC1101無線電收發(fā)器，本系統(tǒng)的RF頻率設為315 MHz，信道間隔為540 kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為250 kbps。在本系統(tǒng)設計中，發(fā)送功率最大可以達到-96 dBm，實際應用中還可以根據(jù)發(fā)射距離的遠近設置發(fā)送功率的大小，這樣可以使功耗達到最低。其電路如圖2所示。CC430F5135的供電電源為兩節(jié)5號 電池，其電壓為+3 V，外接晶振為26 MHz。RF_N和RF_P為RF無線電發(fā)射引腳，兩引腳外接天線，其功率可以達到-96 dBm，傳輸距離可以達到200m左右。

圖2 CC430F5135的RF無線收發(fā)模塊外圍電路

　　2．1．2 LCD顯示模塊

　 　考慮到設備低功耗的要求，所選的顯示模塊必須達到低功耗的目的。本系統(tǒng)采用了LCD12864作為顯示模塊，其供電電壓為4．5～5 V供電，工作電流為3 mA，低功耗、長壽命、高可靠性。模塊內(nèi)自帶2個液晶顯示驅動芯片，分別控制顯示屏的左區(qū)和右區(qū)，每個驅動芯片都帶有512字節(jié)的RAM，其與 CC430F5135的硬件連接圖如圖3所示。其中LCD12864采用+5V供電，+3V電壓經(jīng)升壓芯片轉換成+5 V后供給LCD12864。單片機的P1口作為控制LCD12864的控制口，P2口作為數(shù)據(jù)口與LCD12864進行通信。因為CC430F5135端 口輸出電壓為+3 V，而LCD12864的端口電壓為+5 V，兩者的端口不能直接相連，所以需要一個電壓轉換芯片來解決電壓不匹配的問題。本系統(tǒng)采用TI公司的雙電壓供電雙向驅動器SN74 ALVCA24_5來實現(xiàn)電平轉換，一邊是3 V，另一邊是5 V，這樣就較好地解決了3 V與5 V電平的轉換問題。

　　
圖3 CC430F5135與LCD12864接口電路

　　2．1．3 4×4矩陣鍵盤硬件電路

　 　4×4矩陣鍵盤硬件電路圖如圖4所示。本系統(tǒng)采用中斷方式來確定按鍵的輸入，因為CC430F5135內(nèi)部的P0口全部都可以當作外部中斷口，所以只要 其中的任一按鍵被按下，那么此時其中兩個端口的電平就會突變，這樣根據(jù)內(nèi)部預先設定好的程序，就可以知道哪個鍵被按下。鍵盤有數(shù)字鍵和功能鍵，數(shù)字鍵用于 密碼的輸入，功能鍵有取消鍵、確認鍵、左移鍵、右移鍵、開門鍵和關門鍵。其中的取消鍵是用于刪除輸入的密碼，確認鍵用丁確定輸入正確，開門鍵和關門鍵起開 關門的作用。當中火控制中心需要開關某個門時，就可以按左移鍵或者右移鍵來選擇要開關的門號，選擇成功后按開門鍵或者關門鍵就可以開關門。

　　
圖4 4×4矩陣鍵盤硬件電路

　　2．2 門控模塊設計

　 　門控模塊包括CC430F5135的RF無線收發(fā)模塊電路、LCD硬件電路、鍵盤硬件電路、繼電器驅動房門硬件電路和蜂鳴器指示燈硬件電路等。 CC430F5135的RF無線收發(fā)模塊電路，LCD硬件電路和鍵盤硬件電路與中央控制中心的設計基本相同，在這里就不再介紹。下面主要介紹蜂鳴器指示燈 硬件電路和繼電器驅動房門硬件電路。

　　2．2．1 蜂鳴器指示燈硬件電路

　　如圖5所 示，CC430F5135通過控制三極管的開通與關斷去控制蜂鳴器和指示燈的導通與關閉，從而達到指示的目的。CC430F5135單片機的 P3．0、P3．1和P3．2口通過控制輸出信號的高低電平來控制三極管8050的導通或截止，從而實現(xiàn)相應的功能。如果P3．0口為高電平，三極管導 通，則蜂鳴器發(fā)出響聲，如果P3．1和P3．2置高電平，則紅色指示燈或綠色指示燈會亮。其中紅色指示燈的作用是警告密碼輸入錯誤，綠色指示燈則表示密碼 輸入正確，并且門會打開。

圖5 蜂鳴指示燈及繼電器驅動房門硬件電路

　　2．2．2 繼電器驅動房門硬件電路

　 　此電路功能是當輸入密碼正確并按開門鍵或者關門鍵后，可以自動使樓門開通或者關閉。本系統(tǒng)采用CC430F5135控制繼電器開通，進而控制旋轉電機工 作去控制門的動作。為了保證繼電器穩(wěn)定而可靠的工作，選用HJR-3FF-S系列繼電器。此繼電器負載端電壓可以加到250 V（AC）／30 V（DC），在環(huán)境溫度為-30～+60℃時可以工作1×105次以上。其額定工作電壓為+5 V，額定工作電流最大為70 mA，因為CC430F5135的I／O輸出為+3 V，所以不能直接驅動繼電器工作，需加一個三極管8050作為開關來控制繼電器的開關，繼電器通過接收CC430F5135的控制信息完成相應的控制動 作。

　　3 系統(tǒng)軟件設計

　　門禁控制系統(tǒng)的軟件設計包括中央控制中心的軟件設計和門控模塊的軟件設計。

　　3．1 中央控制中心軟件設計

　 　中央控制中心程序流程如圖6所示。在開機運行時，中央控制中心利用無線模塊給所有的門控模塊發(fā)送一條指令，要求所有門控模塊將此時其控制的門的開關狀態(tài) 報告給中央控制中心，這樣中央控制中心就會知道所有門的狀態(tài)。如果其中有一個門的狀態(tài)改變（開或關）時，這個門的門控模塊會利用內(nèi)部的RF無線收發(fā)模塊將 門的狀態(tài)信息發(fā)送給中央控制中心，這樣就能不斷地刷新中央控制中心的數(shù)據(jù)。如果用戶想控制一個門的開通或者關閉，則只需要按左移或者右移鍵選擇要打開或者 關閉的門號并按確定鍵，選擇開門或者關門功能，此時中央控制中心就會發(fā)出一條控制指令給相應的門控模塊，達到開關門的目的。

　　
圖6 中央控制中心程序流程

　　3．2 門控模塊程序設計

　 　門控模塊程序流程如圖7所示。在系統(tǒng)運行時，CC430F5135單片機會一直處于低功耗模式中，這樣可以達到降低功耗的目的。當有按鍵被按下或者發(fā)生 RF無線接收中斷時，單片機會從低功耗模式中被喚醒，開始判斷鍵盤輸入指令或者接收的控制指令。如果是鍵盤輸入指令，單片機會根據(jù)輸入的指令要求執(zhí)行相應 操作。如果輸入密碼正確并且按下開門鍵，單片機的P3．3口會置為高電平，繼電器閉合，門被打開，同時綠色指示燈亮；如果密碼輸入錯誤，單片機會發(fā)出長警 告音，并且紅色指示燈亮，警告密碼輸入錯誤。在這兩種情況發(fā)生時，單片機都會通過無線模塊將有人輸入密碼的信息傳送給中央控制中心。如果是RF無線接收中 斷發(fā)生，單片機會接收數(shù)據(jù)指令并判斷指令功能，執(zhí)行相應操作。

　　RF無線中斷子程序：

　　結語

　　本文設計了一種基于CC430F5135的門禁控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以實現(xiàn)無線門禁控制，制作成本和使用成本都較低，且達到了目前低功耗的要求。經(jīng)過測試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，有較好應用前景，適用于整個樓宇的控制。

　　在消費電子領域，便攜式電子產(chǎn)品由于體積小、質量輕的特點越來越受到消費者的喜愛，已成為人們生活中不可缺少的部分?；谶@個思路，我們設計了 一款便攜式心率計，它可以替代用脈搏聽診器等進行測量的傳統(tǒng)方法，使用非常方便。該產(chǎn)品主要包括三個部分：信號的采集、數(shù)據(jù)處理以及LED 顯示和報警電路。

　　系統(tǒng)總體設計

　　圖1 系統(tǒng)結構框圖

　 　如圖1 所示，從傳感器檢測到的脈搏信號轉化為電壓信號送入電壓跟隨器，起到緩沖的作用，使前級和后級隔離開來，避免相互干擾。輸出的信號經(jīng)前置放大后送入高通濾 波器，以濾除傳感器的熱電干擾，再經(jīng)過低通濾波器濾除環(huán)境中的高頻干擾。處理完的信號送入后級繼續(xù)放大以便得到干擾小且清晰的信號，此信號經(jīng)比較器和二極 管整流后直接送入單片機處理，以驅動顯示電路和報警電路。