【正文】 MAXIM、LT、NS等。電源模塊使用方便，但是價格昂貴。故有： 顯然 ，并且輸出電壓會隨著負載的變化而有一些波動。效率很低(一般低于70%)，功耗較大，通常要加散熱器。價格昂貴。完全能滿足大多數(shù)低功耗應用場合的要求，也能滿足本系統(tǒng)的功耗要求。電壓會隨負載而變化，存在著不可靠性，功耗大。設計較復雜，有電磁干擾，需要一定的設計能力。 圖64 四種電源電路設計方案的比較如表61所示。 國內(nèi)也有很多公司，如上海衡孚等。這些模塊可靠性和效率都很高，電磁輻射小，而且許多模塊可以實現(xiàn)電源隔離。如用線形穩(wěn)壓器，則穩(wěn)壓器功耗為：()5 = ，功耗太大，而且必須要加很大的散熱片。LDO的應用電路如下圖42：圖62 LDO的應用電路圖63為利用 ，圖中的電容要采用鉭電容。然后通過輸出端的電阻取樣反饋到芯片內(nèi)部的比較器中與基準電壓相比較來調(diào)整調(diào)整管的電壓輸出。低壓差線性電源器件是一種較常用的線性穩(wěn)壓電路。 但是傳統(tǒng)的線形穩(wěn)壓器，如78xx系列都要求輸入電壓要比輸出電壓高2V ~ 3V以上，否則不能正常工作。本系統(tǒng)就是采用的第三種方案。比較以上四種方案，前三種方案比較可見方案三更具有可靠性，能保證電平下降到最低復位電平一下和有充分的低電平時間，來有效的復位。此方案具有電路簡單，可靠性強的特點。現(xiàn)就復位電路羅列如下方案：方案一、由于MSP430具有上電復位功能，因此，上點后只需保持RST/NMI（設置為復位功能）為高電平即可，通常的做法可器件對加到輸入腳或輸出腳的電壓通常是有限的。本文使用RS232接口，采用SP3220（）芯片實現(xiàn)RS232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。OPA333是零漂移超低失調(diào)超低功耗放大器,功耗為最接近同類產(chǎn)品的1/10，失調(diào)電壓2uV，靜態(tài)電流17uA，增益帶寬350kHz，軌到軌輸入/輸出，微型SC70，SOT23封裝，放大器可用在醫(yī)療設備，溫度測試，測試設備，安全和消費類系統(tǒng)等等?？梢燥@示84行1616點陣的漢字. 。多種固定電壓可選：5V，工作溫度范圍－45℃～＋125℃其低壓差和低功耗的特性，非常適合電池供電系統(tǒng)的應用。本系統(tǒng)采用的是電源轉(zhuǎn)換芯片TPS76330，德州儀器公司（TI）推出TPS76330芯片是150mA輸出的低功耗、低壓差線性穩(wěn)壓器。MSP430單片機集中體現(xiàn)了現(xiàn)代單片機先進的低功耗設計理念，其時鐘系統(tǒng)提供了豐富的硬件組合形成。主控單元的軟件設計主要包括鍵盤掃描任務，液晶顯示模塊任務，D/A和A/D轉(zhuǎn)換模塊任務、UART通信模塊任務等。用戶可用高速晶體產(chǎn)生頻率較高的MCLK供給CPU 以滿足高速的數(shù)據(jù)運算的需要；也可以在不需要CPU 工作時關(guān)閉高速晶體；而對于實時時鐘可用低速晶體產(chǎn)生頻率較低的ACLK。本系統(tǒng)設置仿真電路JTAG接口用于實現(xiàn)ISP（在線編程），對FLASH等器件進行編程。模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D 本系統(tǒng)內(nèi)置一塊16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，在系統(tǒng)中可以直接使用。串行接口電路部分隨著計算機系統(tǒng)的應用和微機網(wǎng)絡的發(fā)展，通信功能越來越顯的重要。 硬件系統(tǒng)的設計 硬件系統(tǒng)設計框圖本課題的硬件系統(tǒng)設計框圖如下圖：MSP430F169D/A轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換鍵盤顯示電平轉(zhuǎn)換電路（）JTAG仿真器復位電路晶振（32768和8M）供電電路串口 圖41 16位單片機MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)框圖中各部分描述電源部分為整個系統(tǒng)模塊提供所需電源，和基于89C51單片機系列所設計的系統(tǒng)不一樣的是。通過其內(nèi)置的針對不同芯片的代碼優(yōu)化器，IAR Embedded Workbench 可以為 MSP430 微控制器生成極為高效和可靠的代碼。但是如何實現(xiàn)在線編程還是一個很大問題。 再者，89C51系列單片機由于其內(nèi)部總線是8位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都是8位，雖然經(jīng)過各種努力其內(nèi)部功能模塊有了顯著增加，但是受其結(jié)構(gòu)本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。正因為如此，MSP430系列單片機更適合應用于使用電池供電的儀器、儀表類產(chǎn)品中。而MSP430單片機是16位的單片機，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，只有簡潔的27條內(nèi)核指令，大量的指令則是模擬指令；眾多的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算。對于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可以電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。MSP430 系列單片機的這些片內(nèi)外設為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。在實時時鐘模式下， ，在RAM 保持模式下， 。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時鐘。因而可使其在1MHz 的時鐘條件下運行時，芯片的電流最低會在165μA左右，RAM 。（2）運算速度快　　MSP430 系列單片機能在25MHz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)40ns的指令周期。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。在單片機家族的眾多成員中，雖然 MSP430系列單片機推出時間不是很長，但由于其卓越的性能，在短短幾年時間里發(fā)展極為迅速，應用也日趨廣泛。隨著微型計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和普及,數(shù)據(jù)采集監(jiān)測已成為日益重要的檢測技術(shù),廣泛應用于工農(nóng)業(yè)等需要同時監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。本系統(tǒng)采用16位（A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達500K/S,同步時間為+/250ns，可以利用方式組成高達1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備24位A/D轉(zhuǎn)化位數(shù)，采樣率有50HZ、100HZ、200HZ。各種領域都用到了數(shù)據(jù)采集，在石油勘探、科學實驗、飛機飛行、地震數(shù)據(jù)采集領域已經(jīng)得到應用。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，而雙單片機又具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c同時進行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實際應用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。這類系統(tǒng)主要應用于實驗室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應用。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動檢測儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因而獲得了驚人的發(fā)展。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20世紀50年代，1956年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標是測試中不依靠相關(guān)的測試文件，由非成熟人員進行操作，并且測試任務是由測試設備高速自動控制完成的?！娟P(guān)鍵字】：MSP430單片機，OPA333，JTAG仿真器，MAX3221EAE（SP3220）串口芯片，TPS76330。本系統(tǒng)以MSP430單片機為核心，用點陣式液晶顯示芯片LCD12864完成液晶顯示功能，采用44矩陣鍵盤作為人機交互接口，在模擬信號采集和輸出模塊中運用TI公司生產(chǎn)的OPA333零漂移運算放大器，產(chǎn)品實現(xiàn)了高精度、微功耗以及微小型封裝的完美組合，對模擬信號進行前置濾波放大，減小無用信號的干擾，提高了穩(wěn)定性。評審意見：指導教師簽名： 評定成績（百分制）：_______分長江大學畢業(yè)設計（論文）評閱教師評語學生姓名專業(yè)班級畢業(yè)論文(設計)題目評閱教師職 稱評閱日期評閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設計)的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。 13——14周：程序調(diào)試與修改。 5——6周：查閱相關(guān)技術(shù)資料，熟悉單片機語言。而未采用MAX232（5V）。驅(qū)動器必須滿足接收器的輸入轉(zhuǎn)換電平,并要有足夠的容限保證不損壞電路元件。器件對加到輸入腳或輸出腳的電壓通常是有限制的。為解決這個問題，可在本系統(tǒng)中增加一個二極管，這樣斷電后存儲在復位電容中的電荷就可以通過二極管釋放，從而加速電容放電，二極管的型號可取IN4008。MSP430系列單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，成為在實時檢測VI和自動控制領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。 所以，學習單片機在我國是有著廣闊的前景。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔心精度達不到了。 計算機的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢 竟體積大。截止今日，單片機應用技術(shù)飛速發(fā)展，我們上因特網(wǎng)輸入一個“單片機”的搜 索，將會看到上萬個介紹單片機的網(wǎng)站，這還不包括國外的。然而，隨著半導體與微控制器技術(shù)的飛速發(fā)展，各種微電子器件性能不斷提升，功耗卻不斷降低。本系統(tǒng)采用的MSP430單片機設計的最小系統(tǒng)制成的PCB板可以運用到實驗室的設備建設，方便開發(fā)人員對MSP430單片機的學習。同時隨著科學技術(shù)的提高和成熟，在各個工程設計中對單片機也提出了更高的要求。二、研究的目的和意義近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入。本題《基于MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計》就是應用美國TI公司生產(chǎn)的MSP430F169單片機。這就對系統(tǒng)的功耗、采樣速度、數(shù)據(jù)存儲和傳輸速度等提出了更高的要求。1986 年在上海召開了全國首屆單片機開發(fā)與應用交流會，有的地區(qū)還成立了單片微型計算機應用 協(xié)會，那是全國形成的第一次高潮。它是把中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口 （I/O）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。在單片機產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品多數(shù)用到單片機，并不斷地輻射向內(nèi)地。單片機最小系統(tǒng)是在以MSP430單片機為基礎上擴展，使其能更方便地運用于各種系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高系統(tǒng)的性能技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。五、主要研究內(nèi)容需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路本系統(tǒng)的主要設計框圖如下圖一：MSP430F169D/A轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換鍵盤顯示電平轉(zhuǎn)換電路（）JTAG仿真器復位電路晶振（32768和8M）供電電路串口圖一、 16位單片機MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（一）具有上電復位功能 由于MSP430具有極低的功耗，如果系統(tǒng)斷電后立即上電，系統(tǒng)中電容所存儲的電荷來不及釋放，此時系統(tǒng)電壓不會下降到最低復位電壓，因而MSP430不會產(chǎn)生上電復位，同時RET/NMI管腳也沒有足夠的電平使MSP430復位，這樣系統(tǒng)斷電后VII立即上電，MSP430并沒有被復位。第三是必須滿足的輸入轉(zhuǎn)換門限電平問題。這些情況將引起數(shù)據(jù)丟失和元件損壞，另外用5V的器件來驅(qū)動3V的器件有很多不同情況,各種電路間的轉(zhuǎn)換電平也存在不同情況。（四）單片機與PC機的串口通信設計本系統(tǒng)采用了 MAX3221EAE()。七、工作的主要階段、進度與時間安排3——4周：寫開題報告，參加開題答辯。 11——12周：設計程序。學生的學習態(tài)度和組織紀律，學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設計)是否完成規(guī)定任務，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。作為混合信號和數(shù)字技術(shù)的領導者，TI創(chuàng)新生產(chǎn)的MSP430，使系統(tǒng)設計人員能夠在保持獨一無二的低功率的同時同步連接至模擬信號、數(shù)字組件和傳感器。本系統(tǒng)不僅可以用于實驗室的建設，方便電子愛好者對MSP430單片機的學習，還可以作為開發(fā)板，為電子技術(shù)人員提供一個很好的開發(fā)平臺，提高對電子儀器儀表的開發(fā)的可能性。s serial munication. The system uses Protel99SE to finish the design of the hardware circuit and uses IAR Embedded Workbench to design C language for all modules.This system not only can be used for the construction of the laboratory for Elovers to learn MSP430 MCU easily, but also can be used as development board which provide a good development platform for electronic technology staff. It enhances the possibility of the development of electronic instrumentation.【 Keywords 】MSP430 MCU, OPA333, JTAG Emulator, MAX3221EAE(SP3220) serial chip, TPS763緒論基于MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計第一章 緒論 研究背景及其目的意義近年來，數(shù)據(jù)采集及其應用受到了人們越來越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，它可以廣泛的應用于各種領域。20世紀70年代后期，隨著微型機的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計算機溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計算機組成。20世紀90年代至今，在國際上技術(shù)先進的國家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功