現(xiàn)代顯示技術的基本特點是將各種非電置的信息，如聲、光、熱、力、數(shù)、氣氛等的信息源通過一定的傳感器、處理器進行感知和處理，傳輸給顯示裝置，再由顯示裝置進行處理、轉換，最后經(jīng)由顯示器件轉換為人類視覺可識別的信息。在顯示的過程中，TFT彩色液晶顯示模塊可以提供更大的信息量。而觸摸屏是一種使電子設備改頭換面的設備，它賦予電子設備以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。

　　總體設計

　　任何一種基于微控制器的系統(tǒng)設計都包含了硬件設計和軟件設計兩個大的方面。硬件設計主要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求選擇不同的器件和芯片完成電路的搭建：軟件設計是根據(jù)硬件的設計編寫驅動代碼和控制代碼來完成特定的功能。硬件設計與軟件設計結合起來才是一個完整的系統(tǒng)設計。

　　系統(tǒng)硬件框圖根據(jù)系統(tǒng)的設計要求(1)能顯示溫度、濕度和時間信息：(2)時間信息在外部斷電后可以保持；(3)能將溫度、濕度和時間等信息進行語音提示；(4)可以對時間進行設置。提出系統(tǒng)的硬件框圖如下圖所示。

　　系統(tǒng)軟件設計思想要完成這樣一個系統(tǒng)，一般都會使用到微控制器的中斷系統(tǒng)?；诖?，系統(tǒng)軟件的設計思想如下：(1)開機檢測系統(tǒng)狀態(tài)，完成相應的初始化（在初始化中打開中斷）；(2)進入正常工作狀態(tài)；(3)等待中斷觸發(fā)，在不同的中斷中完成不同的功能。

　　硬件設計

　　微控制器的選擇與最小系統(tǒng)設計在整個系統(tǒng)中，微控制器是一個很重要的核心器件，它主要完成傳感器信號的加工與處理、時間信號的加工與處理、顯示信號的加工與處理以及人機交互信息的加工與處理。這些信息量是非常大的。

　　目前市面上單片機的種類與型號是最豐富的，從系統(tǒng)需求和筆者的經(jīng)驗出發(fā)，選擇高速、高性能的MSP430系列單片機中的2系列單片機作為主控制器。

　　在2系列單片機中，性價比相對比較高的是MSP430F24X(1)、MSP430F241(×)中的64腳封裝的幾種型號。它們的管腳是完全兼容的，區(qū)別是片內資源的不同。

　　根據(jù)利爾達公司的LSD-FET430UIF這種型號的仿真頭的使用說明和MSP430單片機的特性和管腳定義繪制最小系統(tǒng)板原理圖如下圖所示。

　　該最小系統(tǒng)板主要是完成MSP430單片機管腳的引出，采用DC3簡易牛角插座；同時，對于UART串口使用了一片MAX3232芯片進行電平轉換，配合DB9插座，從而可以和PC機進行通信。之所以采用這種插座引出的方式，是為了實現(xiàn)模塊化，方便調試、檢測和進行替換。

　　溫度與濕度信息獲取模塊的設計溫度與濕度信息都是模擬量，因此必須使用相應的傳感器及相關器件組成一定的模塊將其轉變成單片機可以識別的數(shù)字量。目前市面上溫度和濕度傳感器的品種有很多，已經(jīng)出現(xiàn)了溫濕度一體化的傳感器，通過調研，筆者選定了瑞士盛世瑞恩公司的SHT數(shù)字溫濕度傳感器。SHT數(shù)字溫濕度傳感器最大的特點是：①全標定輸出，無需標定即可互換使用；②兩線制數(shù)字接口，無需額外電路。

　　實時時鐘模塊的設計實時時鐘信號的獲取有多種途徑，可以利用單片機自身的內部定時器或者中斷產(chǎn)生，也可以使用專用的時鐘芯片獲得。而無論使用哪一種方式，都必須考慮到斷電后時鐘繼續(xù)工作的問題。

　　這個時候，采用專用的時鐘芯片來解決這個問題是最簡便的方法，本設計中直接使用PCF8563來完成實時時鐘模塊的設計。

　　PCF8563是低功耗的CMOS實時時鐘／日歷芯片，它提供一個可編程時鐘輸出，一個中斷輸出和掉電檢測器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過12C總線接口串行傳遞。最大總線速度為400Kbits/s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，內嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。

　　語音提示模塊的設計目前市面上有多種類型的語音芯片。

　　對于用量不大的使用者來說，最常見的語音芯片主要分為兩大類：一類以Flash為存儲器，需要將語音信號進行錄入后才可以播放，以后也可以修改語音信號，以ISD系列芯片為代表；一類將語音信號固化在ROM中，通過輸入相應的控制和數(shù)據(jù)代碼只能進行放音操作。在本系統(tǒng)中，選擇使用第二類芯片。具體的型號是北京宇音天下科技有限公司采用自主核心技術開發(fā)的OSYN06188嵌入式中文語音合成芯片。

　　OSYN06188的特點是：通過UART接收待合成的文本，可直接通過PWM輸出方式驅動揚聲器，亦可外接單支三極管驅動揚聲器，即可實現(xiàn)文本到聲音（TTS）的轉換。支持國家標準GB2312所有漢字。

　　人機交互模塊的設計人機交互模塊是系統(tǒng)設計中非常重要的組成部分，主要包括了信息顯示終端與輸入終端這兩個部分。

　　在這樣一個系統(tǒng)中，信息顯示終端必然選擇平板顯示器件；在平板顯示器件中要么選擇數(shù)碼管/LED點陣，要么選擇液晶顯示模塊。輸入終端可以選擇獨立式鍵盤、矩陣式鍵盤；當選擇使用了液晶顯示模塊后還可以選擇觸摸屏作為輸入終端。

　　本系統(tǒng)選擇4.7TFT真彩色液晶顯示模塊做為顯示終端，與之配套的觸摸屏做為輸入終端來完成人機交互模塊的設計。

　　1.漢字顯示：標準漢字的點陣為15列16行，在沒有硬件漢字庫的情況下使用軟件對漢字進行取模操作，然后將顯示模數(shù)據(jù)送液晶顯示器件進行顯示。筆者選用的4.7液晶顯示模塊中自帶了集通數(shù)碼科技的GT21標準漢字字庫芯片。GT21芯片采用了SPI總線，使用相對簡單方便。

　　2.觸摸屏：觸摸屏是一種極富吸引力的全新交互設備，它極大的簡化了系統(tǒng)的使用，使各種類型的系統(tǒng)展現(xiàn)出更大的魅力。觸摸屏的三大主要種類是：電阻式觸摸屏、聲表面波式觸摸屏、電容式觸摸屏。其中電阻式觸摸屏自進入市場以來，就以穩(wěn)定的質量，可靠的品質及環(huán)境的高度適應性占據(jù)了廣大的市場，占有90%的市場量，已成為市場上的主流產(chǎn)品。本系統(tǒng)即選用電阻式觸摸屏。從工作原理來看，要完成電阻式觸摸屏的驅動與控制，必須具備以下兩個條件。(1)完成電極電壓的切換；(2)采集接觸點處的電壓值（即A/D）。

　　此時可以通過使用模擬開關與MSP430內部自帶的AD轉換器來實現(xiàn)電阻式觸摸屏的驅動與控制，但是這樣會增加系統(tǒng)硬件設計的難度以及軟件編寫的難度。因此選擇使用觸摸屏專用控制芯片AD7843是一種簡單、有效的解決方式。

　　3.基于觸摸屏的人機交互模塊的硬件設計：根據(jù)所選擇的器件，最終完成的硬件設計如下圖所示。

　　在圖中左側的接口也使用了DC3-10腳插座，與MSP430F2XX最小系統(tǒng)板是一一對應的。連接采用FC3-10芯的排線進行連接。

　　軟件設計

　　系統(tǒng)工作流程與大多數(shù)的微控制器一樣，MSP430系列單片機支持匯編與C語言的編程，另外MSP430系列單片機還支持C++語言的編程。由于C語言的優(yōu)異特性，筆者選用C語言進行編程。目前針對MSP430系列單片機的開發(fā)環(huán)境中，相對使用比較多的是IAREmbeddedWorkbench。

　　1MSP430系列單片機低功耗程序結構：由于MSP430系列單片機的在超低功耗的特殊性能，使得基于MSP430系列單片機的編程有自己獨到且方便的方面。本系統(tǒng)程序設計選擇如下圖所示結構。

　　低功耗的實現(xiàn)是由程序狀態(tài)寄存器(SR)中的控制位進行控制的。它實現(xiàn)了5種低功耗模式：LPMO、LPM1、LPM2、LPM3、LPM40任何一種低功耗模式都只能與活動模式進行切換，如下圖所示。

　　程序代碼編寫程序代碼要根據(jù)不同模塊、不同硬件連接方式進行編寫。

　　1Flash驅動：MSP430系列單片機的Flash分為程序Flash和信息Flash。程序Flash按512字節(jié)分段，信息Flash按64字節(jié)分段。MSP430系列單片機可以對自身的Flash進行讀寫操作，因此可以將系統(tǒng)設置、狀態(tài)信息保存在自身的Flash中，從而省去相應的外設。

　　值得注意的是，F(xiàn)lash的擦除是按段進行的。因此，要改變某一字節(jié)的Flash中的內容必須按照以下幾個步驟進行。(1)將相應段中的內容讀入到內存中保存起來；(2)修改相應字節(jié)的內容；(3)段擦除；(4)寫入修改后的信息。

　　2硬件乘法器驅動：硬件乘法器是一個外圍器件，它的運算過程與CPU無關，軟件通過訪問相關的寄存器就可以得到最終的運算結果。(1)操作數(shù)1寄存器(OPI)不能直接訪問，只能通過4個寄存器MPY、MPYS、MAC或MACS來間接訪問，這4個寄存器又代表了不同的乘法操作，分別為無符號乘法運算、有符號乘法運算、無符號乘加運算以及無符號乘加運算：(2)操作數(shù)2寄存器(OP2)可以直接訪問：(3)當數(shù)據(jù)寫入OP2寄存器時，立即開始相應的運算，運算結果放入RESHI、RESLO以及SUMEXT這3個寄存器中。

　　3USCI驅動：所謂的USCI指的就是UniversalSerialCommunICationInter-face，通用串行通信接口。MSP430系列單片機提供的USCI包括了硬件的UART、SPI和IIC。

　　這幾種接口有些口線是復用的，有些寄存器也是復用的，在驅動編寫中要根據(jù)當前不同的器件及其接口在這幾個寄存器UCAxCTLO(USCI_AxControlRegistero)、UCAxCTLl(USCI_AxControlRegis-terl)、UCBxCTLO(USCI_BxControlRegisterO)、UCBxCTLl(USCI_BxCon-trolRegisterl)（x=l或2）中進行USCI工作模式的選擇。

　　使用USCI驅動時，可以使用中斷方式也可以使用查詢方式進行操作。

　　以查詢方式為例，如果通過USCIBO發(fā)送一個字節(jié)，那么使用如下語句：

第二行代碼的作用就是等待發(fā)送操作完成。