基于MSP430G2231實(shí)現(xiàn)的多路數(shù)據(jù)采集器

1、MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板應(yīng)用實(shí)例作品基于MSP430G2231實(shí)現(xiàn)的多路數(shù)據(jù)采集器李萌美國德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)上海（有限）公司西安電子科技大學(xué)MSP430單片機(jī)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室2011年12月目 錄第一章 作品概述3 第一節(jié) 作品功能和單片機(jī)介紹3第二節(jié) 設(shè)計(jì)方案3第二章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4第一節(jié) MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板介紹4第二節(jié) 信號(hào)調(diào)理電路介紹5第三節(jié) 顯示部分電路7第四節(jié) 硬件裝配調(diào)試說明8第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)6 第一節(jié) 程序概述6第二節(jié) 子程序介紹9第三節(jié) 主程序介紹12 第四節(jié) 軟件注意事項(xiàng)13第四章 總結(jié)與思考13附錄 元器件清單第一章 作品概述第一

2、節(jié) 作品功能和單片機(jī)介紹運(yùn)用MSP430G2231型單片機(jī)對(duì)外部輸入的8路電流信號(hào)進(jìn)行順序采樣，并通過12864進(jìn)行顯示。本作品選用MSP430G2231單片機(jī)，該單片機(jī)超低功耗，具有5種節(jié)電模式，1us內(nèi)便可從待機(jī)模式喚醒，并具有一個(gè)強(qiáng)大的16位RISC CPU、16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器，有助于最大限度的發(fā)揮代碼效率。此單片機(jī)還具有豐富的時(shí)鐘源，包括LF、OSC和VLO。它可通過串行口系統(tǒng)編程，無需外部編程電壓，具有可編程的保密熔絲代碼保護(hù)，它具有Spy-Bi-Wire仿真邏輯接口。另外它還有10位IO口、8個(gè)比較器通道和16位的Timer_A定時(shí)器，帶2路捕獲和比較寄存器。此單片機(jī)的IO口

3、和Timer_A定時(shí)器都具有強(qiáng)大的中斷能力。第二節(jié) 設(shè)計(jì)方案Laungch PAD模擬信號(hào)調(diào)理128 64點(diǎn)陣液晶圖1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示：外部信號(hào)通過模擬信號(hào)調(diào)理電路將外界輸入的420mA電流轉(zhuǎn)換成01.5V的電壓信號(hào)用ADC10模塊進(jìn)行采集通過單片機(jī)的內(nèi)部運(yùn)算將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成需要顯示的電流信號(hào)。模擬信號(hào)調(diào)理版由采樣電阻，低通濾波以及射極跟隨器組成。采樣電阻將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，低通濾波減少存在于輸入端的共模干擾，射極跟隨器起到減小輸出阻抗以及保護(hù)后級(jí)電路的作用。模擬信號(hào)調(diào)理版將輸入的420mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0.31.5V的電壓信號(hào)通過單片機(jī)進(jìn)行采集。采集完成后送往

4、點(diǎn)陣液晶進(jìn)行顯示。該應(yīng)用充分發(fā)揮了MSP430G2231的IO資源：14（總管腳數(shù)）=2（電源和地）+2(JTAG)+2（串行點(diǎn)陣）+8（ADC輸入）。第二章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板介紹基于LaunchPad的MSP-EXP430G2低成本實(shí)驗(yàn)板是一款適用于TI最新MSP430G2xx系列產(chǎn)品的完整開發(fā)解決方案。其基于USB的集成型仿真器可提供為全系列MSP430G2xx器件開發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。LaunchPad具有集成的DIP目標(biāo)插座，可支持多達(dá)20個(gè)引腳，從而使MSP430ValueLine器件能夠簡(jiǎn)便地插入LaunchPad電路板中。此

5、外，還可提供板上Flash仿真工具，以直接連接至PC輕松進(jìn)行編程、調(diào)試和評(píng)估。LaunchPad實(shí)驗(yàn)板還能夠?qū)Z430-RF2500T目標(biāo)板、eZ430-Chronos手表模塊或eZ430-F2012T/F2013T目標(biāo)板進(jìn)行編程。此外，它還提供了從MSP430G2xx器件到主機(jī)PC或相連目標(biāo)板的9600波特UART串行連接。其實(shí)物圖如圖2.1所示。圖2.1 MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板實(shí)物圖MSP-EXP430G2采用IAR EmbeddedWorkbench集成開發(fā)環(huán)境(IDE)或CodeComposerStudio(CCS)編寫、下載和調(diào)試應(yīng)用。調(diào)試器是非侵入式的，這使

6、用戶能夠借助可用的硬件斷點(diǎn)和單步操作全速運(yùn)行應(yīng)用，而不耗用任何其他硬件資源。MSP-EXP430G2LaunchPad特性: USB調(diào)試與編程接口無需驅(qū)動(dòng)即可安裝使用，且具備高達(dá)9600波特的UART串行通信速度 支持所有采用PDIP14或PDIP20封裝的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件 分別連接至綠光和紅光LED的兩個(gè)通用數(shù)字I/O 引腳可提供視覺反饋 兩個(gè)按鈕可實(shí)現(xiàn)用戶反饋和芯片復(fù)位 器件引腳可通過插座引出，既可以方便的用于調(diào)試，也可用來添加定制的擴(kuò)展板 高質(zhì)量的20引腳DIP插座，可輕松簡(jiǎn)便地插入目標(biāo)器件或?qū)⑵湟瞥诙?jié) 信號(hào)調(diào)理及電源供電電路介紹2.1：電源供電電路圖

7、2.2 電源供電原理如圖2.2所示，采用9V適配器供電，11175V可產(chǎn)生5V電壓。1117-3.3V可產(chǎn)生3V電壓。5V供液晶使用，3.3V供單片機(jī)以及信號(hào)調(diào)理電路使用。2.2：信號(hào)調(diào)理電路圖2.3 信號(hào)調(diào)理電路原理圖如圖2.3所示，420mA電流信號(hào)經(jīng)75歐姆采樣電阻轉(zhuǎn)換成0.3V1.5V電壓信號(hào)，經(jīng)過低通濾波器后進(jìn)入運(yùn)放，通過射極跟隨器連接到單片機(jī)IO口。在輸入運(yùn)放之前采用一階低通濾波來減小高頻的共模干擾，射極跟隨器起的作用是，保護(hù)后級(jí)電路和實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。2.3系統(tǒng)原理圖圖2.4 系統(tǒng)原理圖第三節(jié) 顯示部分電路本作品選用12864液晶顯示器進(jìn)行顯示，器件實(shí)物如圖2.3所示。圖3.1 12

8、864液晶顯示器實(shí)物圖12864液晶顯示器是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128×64, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn) ASCII 字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 8×4 行 16×16 點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也

9、略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。本作品選用12864液晶顯示器的串行接口方式，僅需2根IO口即可完成。電路如圖3.2所示圖3.2 12864液晶顯示器的串行接口電路連接圖第四節(jié) 硬件裝配圖電流采集板圖4.1 模擬信號(hào)調(diào)理板LaunchPad圖4.2 LaunchPad底板圖4.3 底板整體裝配圖圖4.4 整體裝配圖裝配方法：1.將模擬信號(hào)調(diào)理版上焊上插針（共16個(gè)連接底板）,以及兩排排座每排10個(gè)（連接LaunchPad），20孔的插座（連接LCD）（如圖4.1所示） 2在Launch上焊上兩排插針（如圖4.2所示）。 3.在萬用版上焊上8個(gè)2端子，插上16個(gè)插針并用排線接出，并打上固定孔（如圖

10、4.3所示）。 4.將信號(hào)調(diào)理版插在LaunchPad上。 5.將LCD插在信號(hào)調(diào)理版上 6.將點(diǎn)陣液晶用長(zhǎng)銅柱固定在萬用版上，接上59V的電源適配器即可（如圖4.4）第五節(jié) 模擬信號(hào)調(diào)理版PCB圖圖5.1 PCB板正面 圖5.2 PCB板反面第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 程序概述程序通過AD10模塊的采樣模式1：順序采樣方式輪詢的對(duì)八路電流輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣間隔通過主循環(huán)中的延時(shí)設(shè)置。通過IO口串行控制液晶，每次計(jì)算完成后，將結(jié)果送串行液晶予以顯示。 第二節(jié) 子程序介紹AD初始化程序：入口參數(shù)：無出口參數(shù)：無void AD_Init(void) ADC10CTL0 |= SREF_1+RE

11、FON+ADC10IE;/將AD10基準(zhǔn)設(shè)置為1.5V 開啟AD允許中斷 ADC10CTL0 |= ADC10SHT_3+MSC;/打開AD轉(zhuǎn)換，過采樣率設(shè)置為64個(gè)采樣周期 ADC10CTL1 |= ADC10SSEL_3+SHS_0;/選擇250K的采樣時(shí)鐘，用ADC10SC觸發(fā)采集 ADC10CTL1 |= CONSEQ_1+INCH_7;/連續(xù)采樣模式，從通道07 ADC10CTL0 |= ADC10ON; ADC10AE0 |= 0xFF; ADC10CTL0 |= ADC10SC+ENC;時(shí)鐘初始化程序：入口參數(shù)：無出口參數(shù)：無void clk_init(void)BCSCTL1

12、|= CALBC1_1MHZ;DCOCTL |= CALDCO_1MHZ;/上面兩句將內(nèi)部DCO校準(zhǔn)至1MHz/while(IFG1&OFIFG)/IFG1 &= OFIFG;/delay_ms(100);/BCSCTL2 |= SELM_0;/MCLK采用1M的內(nèi)部DCOBCSCTL2 |= DIVS_2;/SMCLK采用250K的時(shí)鐘 IO初始化程序：入口參數(shù)：無出口參數(shù)：無void io_init(void) P2SEL &= (BIT6+BIT7);/ 2231將其初始化為晶振輸入端，所以要關(guān)掉第二功能選擇 P2DIR |= BIT6+BIT7;/將其置為輸出方

13、向 /P1OUT =0; P1SEL = 0xFF;/將IO選擇為AD輸入 /P1SEL|=BIT6; P1DIR = 0;液晶初始化：入口參數(shù)：無出口參數(shù)：無void lcd_init (void) wr_lcd (comm,0x30); /30-基本指令動(dòng)作 wr_lcd (comm,0x01); /清屏，地址指針指向00H delay_ms(100); wr_lcd (comm,0x06); /光標(biāo)的移動(dòng)方向 wr_lcd (comm,0x0c); /開顯示，關(guān)游標(biāo)串行液晶底層驅(qū)動(dòng)：入口參數(shù)：func：功能數(shù)據(jù) data：數(shù)據(jù)出口參數(shù)：無void wr_lcd(uchr func,uch

14、r data) uchr i,i1,i3,i2,CF; SID_H; for(i=0;i<5;i+) SCK_H; SCK_L; /5起始位 SID_L; SCK_H; SCK_L;/寫使能 if(func=1) SID_H; else SID_L; SCK_H; SCK_L;/功能位 SID_L; SCK_H; SCK_L;/寫0 for(i3=0;i3<2;i3+) for(i1=0;i1<4;i1+) CF=data&0x80; if(CF=0x80) SID_H; else SID_L; SCK_H; SCK_L; data=data<<1; fo

15、r(i2=0;i2<4;i2+) SID_L; SCK_H; SCK_L; 液晶顯示入口參數(shù)：無出口參數(shù)：無void chn_disp1 (uchr const *chn) uchr i,j; /wr_lcd (comm,0x30); wr_lcd (comm,0x80); for(j=0;j<4;j+) for (i=0;i<16;i+) wr_lcd (dat,chnj*16+i); void Write_Num(int addr,int val1,int val2) wr_lcd (comm,addr); if(val1!=0x2E) val1=val1+0x30; v

16、al2=val2+0x30; wr_lcd (dat,val1); wr_lcd (dat,val2);將采樣值轉(zhuǎn)換成電流值入口參數(shù)：無出口參數(shù)：無void Calculate(void) /_DINT(); int i; for(i=0;i<8;i+) Disp_Tabi=AD_Resulti*0.195503; /_EINT();第三節(jié) 主程序介紹首先關(guān)閉看門狗，將10個(gè)IO口配置成8路AD輸入，兩個(gè)IO輸出（控制液晶）。運(yùn)用DCO將校準(zhǔn)至1M的時(shí)鐘供系統(tǒng)使用。進(jìn)行LCD初始化，顯示液晶上的“常量數(shù)字”。并對(duì)AD10進(jìn)行初始化，1.5V基準(zhǔn)源，250K采樣時(shí)鐘，從通道7至0進(jìn)行輪詢順

17、序采樣。每當(dāng)有ADC10SC觸發(fā)式進(jìn)行采集。采集間隔通過主循環(huán)中的delay_ms()控制（這里設(shè)置的為50ms）。采樣值計(jì)算完成后送液晶顯示。void main() WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD; io_init(); clk_init(); lcd_init(); chn_disp1(tab); AD_Init(); _EINT(); while(1) delay_ms(50); ADC10CTL0 |= ENC+ADC10SC; Calculate(); /Write_Num(0x81,Disp_Tab0/100,(Disp_Tab0%100)/10); /Write_N

18、um(0x82,0x2E,(Disp_Tab0%100)%10); Write_Num(0x85,Disp_Tab1/100,(Disp_Tab1%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab1%100)%10); Write_Num(0x91,Disp_Tab2/100,(Disp_Tab2%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab2%100)%10); Write_Num(0x95,Disp_Tab3/100,(Disp_Tab3%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab3%100

19、)%10); Write_Num(0x89,Disp_Tab4/100,(Disp_Tab4%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab4%100)%10); Write_Num(0x8D,Disp_Tab5/100,(Disp_Tab5%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab5%100)%10); Write_Num(0x95,Disp_Tab6/100,(Disp_Tab6%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab6%100)%10); Write_Num(0x9D,Disp_

20、Tab7/100,(Disp_Tab7%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab7%100)%10); 第四節(jié) 調(diào)試注意事項(xiàng)1:開啟ENC之后任何的初始化語句都無效，也就是說想要成功的完成初始化必須要在關(guān)閉ENC的情況下完成。2：DCO可以較為精準(zhǔn)的時(shí)鐘頻率只要用兩句語句即可完成：BCSCTL1 |= CALBC1_1MHZ;DCOCTL |= CALDCO_1MHZ;/上面兩句將內(nèi)部DCO校準(zhǔn)至1MHz3：不要重復(fù)的進(jìn)行液晶的刷新，要加延時(shí)。4：設(shè)置ADC10的IO口時(shí)只需設(shè)置ADC10AE即可，別的不用管。5：對(duì)于ADC10來說，250K的采樣時(shí)鐘以及64的過采樣率能夠采集到最為穩(wěn)定的值。6：對(duì)于G2231有限的內(nèi)存來說，盡量多使用Static