基于MSP430單片機(jī)的多功能、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、    基于MSP430單片機(jī)的多功能、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)        呂志剛1, 王 鵬1, 范曉 時(shí)間:2008年07月07日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:<"cblue" " target='_blank'>數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)<"cblue" &qu

2、ot; target='_blank'>短消息<"cblue" " target='_blank'>串口<"cblue" " target='_blank'>通信模塊<"cblue" " target='_blank'>A/D            ? 摘?要： 以<"

3、;innerlink" " title="MSP430">MSP430F149單片機(jī)為核心，開發(fā)出一套高精度、多功能、低功耗的<"cblue" " title="數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)">數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。同時(shí)，通過<"cblue" " title="短消息">短消息無線通信實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的無線數(shù)據(jù)傳輸功能，保證在無人職守環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。? 關(guān)鍵詞： MSP430單片機(jī)? GSM? ADS1224? AT45DB161B? 數(shù)據(jù)采集系

4、統(tǒng)在自動(dòng)控制領(lǐng)域和儀器儀表生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛。本文以MSP430F149單片機(jī)為核心，通過幾個(gè)功能模塊的擴(kuò)展，開發(fā)出一套高精度、多功能、低功耗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)通過GSM網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了短消息無線通信，保證了在一些無人值守的工作場合下的遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)監(jiān)控，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。? 1 CPU模塊? 本系統(tǒng)采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F149單片機(jī)，它有以下特點(diǎn)：超低功耗；處理能力強(qiáng)大，片內(nèi)寄存器眾多、尋址方式豐富、指令簡潔；片上外圍模塊豐富，集成了數(shù)十個(gè)I/O口、12位內(nèi)部<"cblue" " title="A/D">A/

5、D、硬件乘法器、看門狗電路等功能電路；開發(fā)方式方便高效，使用FLASH型程序存儲(chǔ)器和JTAG 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在線編程；適應(yīng)工業(yè)級(jí)運(yùn)行環(huán)境，工作溫度范圍-40+85。2 數(shù)據(jù)采集模塊? MSP430F149片內(nèi)集成了12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC12，具有高速（最大采樣速率可達(dá)200ksps）、通用的優(yōu)點(diǎn)，它可以對(duì)8個(gè)外部模擬信號(hào)之一或4個(gè)內(nèi)部電壓之一進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中，使用A0A2作為外部模擬信號(hào)的采集引腳。? 同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)高精度的測量，系統(tǒng)外擴(kuò)了一片4通道、24位的串行AD轉(zhuǎn)換器ADS1224。ADS1224是BurrBrown公司生產(chǎn)的逐次逼近式串行24位微功耗CMOS型高速A/D轉(zhuǎn)換

6、器，線性度可達(dá)0.015；采樣頻率為240sps；占用微處理器的端口較少；其差動(dòng)輸入信號(hào)范圍為500mVVcc（工作電壓）。? 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了4路開關(guān)量的采集，外部開關(guān)量信號(hào)經(jīng)過光電隔離后，從MSP430F149的P1.0P1.3引入系統(tǒng)。此時(shí)，結(jié)合軟件，將P1.0P1.3定義為外部事件的中斷輸入引腳。數(shù)據(jù)采集模塊示意圖如圖2所示。? 3 人機(jī)接口模塊3.1 4×4鍵盤? 本系統(tǒng)使用矩陣式的4×4鍵盤，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、工作方式選擇等功能。其中，解決了鍵盤消抖、復(fù)合鍵判別等基本功能。3.2 液晶LCD? 本系統(tǒng)使用CA240128E型點(diǎn)陣式LCD顯示器。該顯示器含內(nèi)建7602個(gè)

7、常用簡體字庫、國家標(biāo)準(zhǔn)GB碼字庫、內(nèi)建多組半寬字符（ASCII碼），方便編程；全屏幕點(diǎn)陣，點(diǎn)陣數(shù)為240（列）×128（行），可顯示15（列）×8（行）個(gè)（16×16點(diǎn)陣）漢字，也可完成圖形、字符的顯示。3.3 微型打印機(jī)? MSP430F149提供兩個(gè)<"cblue" " title="串口">串口，本系統(tǒng)采用SP-A系列微型針式串行接口打印機(jī)，可實(shí)現(xiàn)即時(shí)打印功能。該打印機(jī)不僅可以打印漢字和ASCII字符，而且可以打印數(shù)學(xué)符號(hào)、專用符號(hào)和各種圖形曲線符號(hào)。通過編程，還可以實(shí)現(xiàn)文字和不規(guī)則圖形的混合打印

8、，基本能滿足儀器儀表的需要。4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊4.1 E2PROM存儲(chǔ)器? FM24CL64是ramtron公司生產(chǎn)的非易失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器，它采用I2C總線結(jié)構(gòu)與單片機(jī)進(jìn)行通信。具有8KB存儲(chǔ)空間，具有硬件寫保護(hù)功能，可進(jìn)行100 000次編程與擦寫。E2PROM存儲(chǔ)器的使用，在節(jié)省系統(tǒng)資源的情況下增加了存儲(chǔ)容量，使得數(shù)據(jù)可長期保存不丟失，適用于配置參數(shù)、有效數(shù)據(jù)的記錄與保存。4.2 FLASH存儲(chǔ)器? AT45DB161是ATMEL公司生產(chǎn)的串行接口的可編程閃速存儲(chǔ)器，它采用SPI 串行模式與MSP430F149單片機(jī)進(jìn)行通信，幾乎無需外接元器件。該芯片操作方便、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，安全性好，并且

9、具有封裝尺寸小、集成度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適用于數(shù)字語音存儲(chǔ)、圖像存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域。? 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊示意圖如圖3所示。? 5 <"cblue" " title="通信模塊">通信模塊5.1 通信模塊硬件接口? 本設(shè)計(jì)采用的GPRS功能模塊是SIMCOM公司的SIM100。SIM100是SIMCOM推出的GSM/GPRS 雙頻模塊，主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。SIM100 集成了完整的射頻電路和GSM 的基帶處理器，適合于開發(fā)一些GSM/GPRS 的無線應(yīng)用產(chǎn)品。5.2 SIM100 的系統(tǒng)功能特性? GPRS C

10、lass 10多時(shí)隙功能，Class B操作模式；支持GSM900/DCS1800雙頻；短消息業(yè)務(wù)；電路交換語音（EFR/FR/HR）；GSM07.07， GSM07.05和增強(qiáng)型AT命令集；發(fā)射功率：Class 4（2W）/（EGSM），Class 1（1W）/（1800MHz）；電源電壓范圍：3.3V4.6V直流；待機(jī)電流：4mA；外部SIM卡，外部天線；工作溫度：-35+75。SIM100的串行口，除了串口發(fā)送（TX）、串口接收（RX）之外， GPRS模塊還有一些硬件握手信號(hào)，如DTR、CTS、DCD等。模塊支持外部SIM卡，可以直接與3.0V SIM卡或1.8V SIM卡連接（本設(shè)計(jì)使

11、用的是3.0V的SIM卡）。模塊自動(dòng)監(jiān)測和適應(yīng)SIM卡類型。為了防止靜電損壞，在靠近SIM卡座各引腳的位置放置瞬變電壓抑制二極管（TVS管）。ESDA6V1W5是由4個(gè)單向的二極管組成的，它最高可實(shí)現(xiàn)25kV的靜電瞬變保護(hù)，而且它的芯片集成度高，體積小，適合本系統(tǒng)的需要。5.3 通信模塊程序設(shè)計(jì)? 系統(tǒng)軟件的核心部分是MSP430與GPRS無線模塊的通信，技術(shù)難點(diǎn)是AT命令的設(shè)置和使用。AT 命令是調(diào)制解調(diào)器的控制指令，無線信道的建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^它來完成的。MSP430以一定的協(xié)議對(duì)模塊發(fā)送AT指令,接收模塊執(zhí)行指令后的返回值，并執(zhí)行相應(yīng)校驗(yàn)。? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，主要分為系統(tǒng)初始化模塊、參數(shù)配置模塊、GPRS鏈路建立模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、斷開GPRS連接模塊幾部分。? 軟件功能的總設(shè)計(jì)流程如圖4所示。? 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以MSP430F149為核心，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的精確采集、實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)打印、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、人機(jī)交互等功能，并實(shí)現(xiàn)了短消息無線通信，保證了在一些無人值守的工作場合下的遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)監(jiān)控，具有良好的應(yīng)用前景。同時(shí)，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于“激光車轍測試儀”、“路面彎沉儀”等裝置的研制，運(yùn)行狀況良好。參考文獻(xiàn)1 ?胡大可MSP430系列FLASH型超低功耗16 位單片機(jī)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.2 ?焦純，楊國勝，霍旭陽基于MSP