MSP430F149單片機(jī)在目標(biāo)指示器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

針對(duì)目前我軍偵察分隊(duì)和射擊指揮分隊(duì)野外訓(xùn)練時(shí)，各種目標(biāo)設(shè)置、顯示費(fèi)時(shí)費(fèi)力、安全隱患大等諸多問(wèn)題，本文提出基于MSP430F149單片機(jī)設(shè)計(jì)目標(biāo)指示器，以滿足部隊(duì)野外訓(xùn)練時(shí)快速設(shè)置目標(biāo)，并能根據(jù)不同的戰(zhàn)術(shù)需要靈活顯示目標(biāo)和根據(jù)不同的射擊法則顯示炸點(diǎn)等，較好地解決部隊(duì)野外訓(xùn)練的急需。

目標(biāo)指示器的功能

根據(jù)需要，目標(biāo)指示器以燈光、煙火等方式顯示目標(biāo)或炸點(diǎn)。每個(gè)指示器可以模擬顯示如機(jī)槍火力點(diǎn)、坦克火力點(diǎn)、炮陣地等n類性質(zhì)的目標(biāo)，同時(shí)帶有m個(gè)炸點(diǎn)顯示器。目標(biāo)指示器主要完成GPS模塊的數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行燈光顯示和煙火顯示等任務(wù)。

目標(biāo)指示器硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)方案

目標(biāo)指示器的設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的，集燈光顯示、煙火顯示、目標(biāo)位置顯示等功能于一體的顯控裝置。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)包括：①要保證所設(shè)計(jì)的裝置能適應(yīng)環(huán)境的要求；②盡量降低單片機(jī)系統(tǒng)的功耗，使系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行；③所設(shè)計(jì)出的軟硬件必須能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，準(zhǔn)確地完成控制命令的執(zhí)行以及通訊等功能；④裝置必須具備可操作和可維護(hù)性；⑤在此基礎(chǔ)上還要考慮實(shí)現(xiàn)此裝置的經(jīng)濟(jì)成本。

目標(biāo)指示器主要用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)顯示功能，其顯示形式包括燈光、煙火或爆音，它由控制芯片、帶有自組網(wǎng)的無(wú)線模塊、GPS定位模塊、燈光顯示模塊、煙火顯示模塊及電源模塊等組成，如圖1所示。

圖1 目標(biāo)指示器硬件組成圖

目標(biāo)指示器的核心是一個(gè)MSP430F149微處理器，利用處理器自身帶有的豐富的外圍模塊以及少量的外部芯片實(shí)現(xiàn)各種功能，它通過(guò)無(wú)線傳輸模塊接收來(lái)自主控站發(fā)射的控制指令，經(jīng)過(guò)控制電路轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制信號(hào)。燈光顯示模塊由來(lái)自主控站的控制信號(hào)實(shí)施多種模式的燈光顯示方式（包括等時(shí)間間隔顯示、不同顏色燈光輪流顯示等），煙火顯示模塊則通過(guò)高低電平信號(hào)點(diǎn)燃或爆炸進(jìn)行顯示，GPS定位模塊則實(shí)時(shí)向主控站提供各個(gè)目標(biāo)的地理坐標(biāo)和高程。電源模塊則提供目標(biāo)指示器所需的電壓。

微處理器簡(jiǎn)介

目標(biāo)指示器硬件部分的控制核心使用TI公司的16位高性能的MSP430F149單片機(jī)，用來(lái)控制指示器各個(gè)部分的工作。MSP430F149是超低功耗Flash型16位單片機(jī)，特別適合于電池供電場(chǎng)合或手持設(shè)備，具有如下特點(diǎn)：

①功耗低：2.2V時(shí)鐘頻率1MHz時(shí)，活動(dòng)模式為200µA；關(guān)閉模式時(shí)僅為0.1µA，且具有5種節(jié)能工作方式；

②高效16位RISC-CPU：27條指令、8MHz時(shí)鐘頻率時(shí)，指令周期時(shí)間為125ns，絕大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期完成；32kHz時(shí)鐘頻率時(shí)，16位MSP430單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的8位單片機(jī)20MHz時(shí)鐘頻率時(shí)的執(zhí)行速度；

③低電壓供電、寬工作電壓范圍：1.8V～3.6V；

④靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)：兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘；

⑤低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信；

⑥具有串行在線編程能力；

⑦強(qiáng)大的中斷功能；

⑧喚醒時(shí)間短，從低功耗模式下喚醒僅需6µs；

⑨ESD保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)；

⑩運(yùn)行環(huán)境溫度范圍為-40℃～+85ºC，適用于工業(yè)環(huán)境。

目標(biāo)指示器電路設(shè)計(jì)

電源電路設(shè)計(jì)

（1）技術(shù)要求

• MSP430F149單片機(jī)電源電壓范圍：3.3V；

• GPS定位模塊的電源電壓范圍：1.8V；

• 發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)芯片MC1413電源電壓：12V；

• 無(wú)線數(shù)傳模塊的電源電壓范圍：9V。

（2）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①便于攜帶，供電方便。該指示器是為了滿足部隊(duì)在野戰(zhàn)條件下作戰(zhàn)和訓(xùn)練的使用，必須要能方便攜帶，因此采用單節(jié)鋰電池供電，電壓為12V。

②同時(shí)為主芯片和外圍器件供電。主芯片供電電壓為3.3V，GPS供電為1.8V，發(fā)射機(jī)供電為9V，因此電源電路應(yīng)能同時(shí)輸出3.3V和1.8V、9V電壓。

③滿足低功耗需要。指示器采用電池供電，在野戰(zhàn)條件下使用，必須要能夠滿足使用的時(shí)間要求，因此指示器的功耗就要很低。

（3）電路設(shè)計(jì)

根據(jù)指示器對(duì)電源的要求，MSP430F149單片機(jī)采用Alpha公司的AS1117-3.3三端穩(wěn)壓模塊，GPS采用AS1117-1.8三端穩(wěn)壓模塊。AS1117系列芯片是常用的電壓轉(zhuǎn)換芯片，其特點(diǎn)是：外形小巧，價(jià)格便宜；電流驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，AS1117的最大輸出電流為800mA，能夠滿足指示器要求。發(fā)射機(jī)采用7809三端穩(wěn)壓模塊，電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路圖