【正文】 7—— 8 周：英文翻譯。 15—— 16 周：寫畢業(yè)論文。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。本系統(tǒng)設(shè)有仿真器接口即JTAG接口，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線編程。 XIV 【 Abstract 】 The MSP430 MCU is pushed toward market in 1996 of a kind of 16 ultralowpower mixed signal processor by the Texas Instrument(TI)， which provides the ultimate solution for batterypowered measurement applications. Using leadership in both mixedsignal and digital technologies, TI has created the MSP430 which enables system designers to simultaneously interface to analog signals, sensors and digital ponents while maintaining unmatched low power. The core part of this system is a MSP430 singlechip puter. It uses LCD12864 to plete function of display. TPS76330 is used as a powerconversion chip for MSP430 MCU to provide power ( V). It uses 4 4 matrix keyboard as interactive interface. In the analog signal acquisition and output module, this system uses the production of TI39。由于該種數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試任務(wù)，因而得到了初步的認(rèn)可。從 70 年代起，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類，一類是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一類是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，這一類在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為基于 MSP430F169 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到 了廣泛的應(yīng)用。這就使得以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 我國(guó)的數(shù)字地震觀測(cè)系統(tǒng)主要采用 TDE124C 型 TDE224C 型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 由美國(guó) PASCO 公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)的嶄新系統(tǒng)，它由 3 部分組成：（ 1）傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實(shí)時(shí)采集技術(shù)可實(shí)時(shí)采集物理實(shí)驗(yàn)中各物理量的數(shù)據(jù)；（ 2）計(jì)算機(jī)接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，采樣速率最高為 25 萬次 /S；（ 3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。 該課題研究的主要內(nèi)容 數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一 , 它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以及控制等 問 題。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié) ,通常采用一些功能相對(duì)獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) ,作為測(cè)控系統(tǒng)不可缺少的部分 ,數(shù)據(jù)采集的性能特點(diǎn)直接影響到整個(gè)系統(tǒng) 。 MSP430系列單片機(jī)以高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單 片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中 [4]。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、 40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。 （ 4） 片內(nèi)資源豐富 MSP430 系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。另外， MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強(qiáng)，運(yùn)行的速度快。正因?yàn)槿绱耍?MSP430 系列單片機(jī)更適合應(yīng)用于使用電池供電的儀器、儀表類產(chǎn)品中。 最后，就是在開發(fā)工具方面。 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 第三章 編程環(huán)境介紹 IAR 開發(fā)軟件 IAR Embedded Workbench 是一套高度精密且使用方便的嵌入式應(yīng)用編程開發(fā)工具。 模塊化和可擴(kuò)展的集成開發(fā)環(huán)境 （ 1） 用于構(gòu)建和調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序的無縫集成開發(fā)環(huán)境； （ 2） 強(qiáng)大的工程管理器，允許同一工作區(qū)管理多個(gè)工程 ； （ 3） 工程的層次化表示方法； （ 4） 可?？看翱诤透?dòng)窗口管理； （ 5） 智能型源文件瀏覽器； （ 6） 帶有代碼模板和支持多字節(jié)等豐富特色的編輯器； （ 7） 可以在全局層次、源文件組層次、或者單個(gè)的源文件層次上進(jìn)行配置； （ 8） 靈活的工程編譯，如批量編譯，前 /后編譯或在編譯過程中訪問外部工具的客戶定制編譯； （ 9） 集成了源代碼控制系統(tǒng)的接口； （ 10） 為多種芯片提供配套的現(xiàn)成的頭文件，芯片描述文件和鏈接器命令文件； （ 11） 為多種 MSPFET430 工具提供現(xiàn)成代碼和工程范例； 高度優(yōu)化的 C/C++編譯器 （ 1） 支持 C， EC++和擴(kuò)展 EC++，并且包含有模板，名字空間和標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)（ STL）等； （ 2） MISRA C 檢查器； （ 3） 支持所有 MSP430 和 MSP430X 架構(gòu)的芯片； （ 4） 針對(duì)特定目標(biāo)的嵌入式應(yīng)用程序的語(yǔ)言擴(kuò)展 用于數(shù)據(jù) /函數(shù)定義和存儲(chǔ)器及類型屬性 聲明的擴(kuò)展關(guān)鍵字使用 Pragma 指令控制編譯器行為，比如用來分配基于 MSP430F169 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 內(nèi)存在 C 源碼中可直接訪問的本征函數(shù)，從而執(zhí)行低級(jí)處理器操作，例如 MSP430省電模式； （ 5） 通過專用實(shí)時(shí)庫(kù)模塊支持硬件乘 法器外設(shè)模塊； （ 6） 位置無關(guān)代碼； （ 7） 32 位和 64 位標(biāo)準(zhǔn) IEEE 格式的浮點(diǎn)類型； （ 8） 對(duì)代碼的大小和執(zhí)行速度多級(jí)優(yōu)化，允許不同的轉(zhuǎn)換形式，例如函數(shù)內(nèi)聯(lián)和循環(huán)展開等等； （ 9） 高級(jí)的全局優(yōu)化和特定優(yōu)化相結(jié)合，可以生成最為緊湊和穩(wěn)定的代碼； 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 第四章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由兩部分組成，分別是硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分。 顯示、鍵盤模塊部分 鍵盤顯示是進(jìn)行人機(jī)交互的重要手段。這里所說的通信是指單片機(jī)與外界的信息交換。當(dāng)然用戶也可以自行在外部擴(kuò)展更高精度的轉(zhuǎn)換芯片。 電平轉(zhuǎn)換電路 因本系統(tǒng)使用的單片機(jī)的供電電壓是 ，而很多模擬器件的供電電壓都是5V，所以就存在 到 5V 電路混用的情況。 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 軟件系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) MSP430 的開發(fā)軟件較多，本文采用 IAR 公司的集成開發(fā)環(huán)境 —— IAR Embedded workbench 嵌入式工作臺(tái)以及調(diào)試器 C SPY。 基于 MSP430F169 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 第五章 硬件器件的選擇 單片機(jī)的選擇 微處理器是整個(gè)電路的核心器件，其性能的優(yōu)劣直接影響和決定著系統(tǒng)的功能指標(biāo) 。它包括一個(gè)片內(nèi) DCO 和兩個(gè)晶體振蕩器，可以產(chǎn)生三種系統(tǒng)適用的時(shí)鐘信號(hào)，支持六種工作方式，有五種低功耗模式，可以通過軟件對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行不同設(shè)置來控制芯片，使它處于不同工作方式，從而使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最低的功耗并發(fā)揮最優(yōu)的性能。使用 PMOS 工藝，因此壓差非常低，典型值為 300mV/150mA。 TPS76330系列芯片采用小體積的 SOT23封裝，工作溫度范圍 － 45℃ ～＋ 125℃ 。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)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 采用 TI 精準(zhǔn)且高效能的混合訊號(hào) CMOS 制程，它透過自動(dòng)歸零技術(shù)將偏移電壓減至極小，而且?guī)缀醪粫?huì)隨著時(shí)間和溫度變動(dòng)。 串口芯片的選擇 串口 接口單元是為了方便射頻模塊和 PC 的通信，通?？刹捎?RS232 接口、USB 接口、以太網(wǎng)接口等，其中 RS232 接口是目前 PC 與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。 其引腳說明如下： /EN: 接受使能管腳 /SHDN: 低功耗控制管腳 C1+,C1: 電壓增倍的充電電容的正極和負(fù)極 C2+,C2: 倒置充電電容的正極和負(fù)極 V+,V: 由充電電容產(chǎn)生的 的正極和負(fù)極 Vcc： 電源管腳 GND: 接地管腳 T1OUT: RS232 的輸入 T1IN: TTL/CMOS 的輸入 R1OUT: TTL/CMOS 的輸出 R1IN: RS232 的輸入 電平轉(zhuǎn)換電路 在硬件設(shè)計(jì)中要考慮 3V 邏輯系統(tǒng)和 5V 邏輯系統(tǒng)共存的問題，為了保證在混合基于 MSP430F169 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)交換的可靠性，必須滿足輸入轉(zhuǎn)換電平的要求，但又不能超過輸入電壓的限度。 MSP430 單片機(jī)內(nèi)部具有上電復(fù)位功能，在此系統(tǒng)中為了提高復(fù)位的可靠性，設(shè)計(jì)了外圍復(fù)位電。 這些引腳由二極管或分離元件接到 Vcc，為了避免元器件的損壞和數(shù)據(jù)的丟失，采用專用的電平轉(zhuǎn)換器SN74LVC4245A 芯片，它是一個(gè) 8bit 寬度的雙向 I/O 電平轉(zhuǎn)換器， BUS_ B 為 數(shù)據(jù)， BUS_ A 為 5V 數(shù)據(jù)連接芯片，其中 DIR 決定數(shù)據(jù)方向。 SP3220 芯片體積小且省電。這顆放大器可以使用單電源或雙電源操作，電壓范圍從 到。如溫度和音頻信號(hào)。 LCD12864 是一款具有 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(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 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)成全文人機(jī)交互圖形界面。關(guān)斷電流為 1uA。電源模塊是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的重要組成部分，直接影響系統(tǒng)的精度和可靠性，輸出質(zhì)量高、穩(wěn)壓效果好、高效率和微功耗、可靠性強(qiáng)、微型化等是其設(shè)計(jì)原則 。 MSP430F169 具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，是一款性價(jià)比極高的單片機(jī)，利用它作系統(tǒng)的控制核心，不僅極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件電路，還大大提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。主程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行初始化，定義單片機(jī)時(shí)鐘和輸入輸出端口設(shè)置等工作。 晶振電路部分 晶振電路中提供了高速和低速兩個(gè)晶振電路，可給單片機(jī)內(nèi)部的不同模塊輸出 3 種不同頻率的時(shí)鐘。 仿真電路部分 因本系統(tǒng)使用的 MSP430F169 單片機(jī)是 FLASH 型。用的 MAX3221EAE 串口芯片，能很方便的與微機(jī)和外設(shè)等進(jìn)行串口通信。 復(fù)位電路部分 用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位電路給系統(tǒng)調(diào)試帶來方便。 硬件 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 本課題 的 硬件系統(tǒng) 設(shè)計(jì)框圖如下圖： 圖 41 16位單片機(jī) 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(gè)系統(tǒng)模塊提供所需電源，和基于 89C51 單片機(jī)系列所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不一樣 MSP430F169 D/A 轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換 鍵盤 顯示 電 平 轉(zhuǎn) 換 電 路（ 到 5V） JTAG 仿真器 復(fù)位電路 晶 振 （ 32768和 8M） 供電電路 串口 基于 MSP430F169 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 的是，本系統(tǒng)各個(gè)器件所需電壓為 。通過其內(nèi)置的針對(duì)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(shí)現(xiàn)在線編程還是一個(gè)很大問題。 MSP430 系列其基本架構(gòu)是 16 位的，同時(shí)在其內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線經(jīng)過轉(zhuǎn)換還存在 8 位的總線，在加上本身就是混合型的結(jié)構(gòu)，因而對(duì)它這樣的開放型的架構(gòu)來說，無論擴(kuò)展