【正文】 ，因此，數(shù)據(jù)傳輸技術在測控系統(tǒng)中起著極為重要的作用，學習和掌握常用的數(shù)據(jù)傳輸技術有著相當重要的意義，本次設計的主要任務和目的就是通過該課題的設計熟悉和掌握一些常用的數(shù)據(jù)通信技術和設計方法，學會利用軟件與硬件相結合 的方法進行應用系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)現(xiàn)場信號與下位機之間以及下位機和上位機之間的信號或數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p向傳輸。其中，微處理器 MCU 選用的是美國 TI 公司出 品的新型 16 位RISC 結構的 MSP430 微處理器；二是下位機系統(tǒng)軟件部分的開發(fā)。文中主要包括兩 部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)硬件的選用及電路設計。結合 16 位的總線結構，大大增加了程序運行總體速度。隨著信息化帶動各行業(yè)進程的逐步深入，在工業(yè)測控領域，有廣泛的應用前景。 智能化的儀表儀器：單片機用于包括溫度、濕度、流量、流速、電壓、頻率、功率、厚度、角度、長度、硬度、元素測定等各類儀器儀表中，使儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，功能大大提高。 總之，單片機具有體積小、功能強、價格便宜等優(yōu)點，是微機應用產(chǎn)品化的最佳選擇。下位機采用 MSP430系列的單片機，它功耗低，外設豐富，易于接外部接口電路，用來監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)。設計中，硬件部分即系統(tǒng)電路的設計是利用電路CAD 工具軟件 Protel 設計完成的。主要包括數(shù)據(jù)采集處理程序，數(shù)據(jù)顯示程序，串口通信程序和主處理模塊。整個系統(tǒng)的原理框圖如圖 1所示： 第一章 引言 6 圖 1 系統(tǒng)原理圖 由圖 1可以看出，整個系統(tǒng)結構比較簡單，主要由數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、串口通信模塊、單片機模塊和微機（上位機）組成。稱之為混合信號處理器，主要是由于其針對實際應用要求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上，以提供單片解決方案。 MSP430 系列單片機有獨特的時鐘系統(tǒng)設計，包括兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（ FLL 和 FLL+）時鐘系統(tǒng)或數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。 另外， MSP430 系列單片機采用矢量中斷，支持十多個中斷源，并可以任意嵌套。在計算機體系機構中，是用 W/MIPS(瓦特 /百萬指令每秒 )來衡量處理器的功耗與性能的關系的，這種標稱方法是合理的。 MSP430單片機輸入端口的漏電流最大為 50nA，遠低于其他系列單片機（一般為 1~10μ A）。 強大的處理能力 MSP430系列單片機是 16位單片機，采用了目前最流行的、頗受學術界好評的精簡指令集（ RISC）結構，一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令（傳統(tǒng)的 MCS51 單片機要 12個時鐘周期），使 MSP430在 8MHz晶振工作時，指令速度可以達到 8MIPS，同樣在 8MIPS的指令速度，在運算能力上 16 位處理器比 8位處理器高遠 不止兩倍。視型號不同可能組合有以下模塊：看門狗（ WDT），模擬比較器 A，定時器 A（ Timer_A）， 定時器 B（ Timer_B），串口 0,1（ USART0、 1），硬件乘法器，液晶驅(qū)動器， 10/12/14 位 ADC， 12位 DAC， I2C總線，直接數(shù)據(jù)存?。?DMA），端口 1~6（ P1~P6），基本定時器（ Basic Timer）等。然后軟件可以設置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。 C，運行穩(wěn)定、可靠性高，所以設計的產(chǎn)品適用于各種民用和工業(yè)環(huán)境。這種方式只需要一臺 PC 機和一個 JTAG 調(diào)試器，而不需要專用仿真器和編程器。其他系列單片機的開發(fā)一般需要專用的仿真器或編程器。在統(tǒng)一尋址空間內(nèi)，七種源地址模式和四種目的地址模式為用戶提供了無限制的立體空間尋址。以 16 位結構和接近 8MIPS的運算速度為依托，使得 MSP430 能夠輕松完成 32位或 48 位浮點運算。 系統(tǒng)硬件模塊設計 硬件部分即系統(tǒng)電路的設計是利用電路 CAD 工具軟件 Protel 設計完成的。 Protel 是當今 EDA 最新發(fā)展中專門基于 Windows XP 和Windows 2022 Pro 平臺的板級設計系統(tǒng)，能為用戶提供全線的板級設計手段。 MSP430 F1232 單片機的輸入電壓范圍為 ～ ，而前置信號處理電路的工作需要＋ 5V電壓。 圖 22 電源電路圖 ICL7660 是將正電壓轉(zhuǎn)換成負電壓的一款芯片，以供集成運放工作需要。 R— C復位電路的經(jīng)濟成本比較低，但可靠性不高，用復位芯片實現(xiàn)的電路具有較高的可靠性，同時也提高了系統(tǒng)的成本。 串口通信電路 圖 5 串口通信電路 由于單片機的輸入、輸出電平為 TTL電平，與 PC機 RS232標準串行接口的電氣規(guī)范不一致，因此要實現(xiàn)單片機與 PC 機之間的數(shù)據(jù)通信，必須進行電平轉(zhuǎn)換。 15kV ESD保護的雙電荷汞 。 在 FORCEON 為低且 FORCEOFF 為高時自動掉電功能起作用 。 當自動掉電被使能且在接收器輸入端加一個有效信號時器件被激活 。 V 之間并持續(xù)超過 30μ s， 則 INVALID 為低 (數(shù)據(jù)無效 )。 C/W 工作結點溫度 TJ 150176。 C 第一章 引言 14 *注： 強度超出所列的極限參數(shù)可能導致器件的永久性損壞 。圖 6為該系統(tǒng)的顯示電路。 單片機電路 單片機電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要完成與其他電路的接口，在系統(tǒng)中主要負責對現(xiàn)場溫度信號和轉(zhuǎn)速信號的采集，并將得到的數(shù)據(jù)進行處理顯示，或通過按鍵將數(shù)據(jù)通過無線數(shù) 據(jù)模塊傳輸?shù)缴衔粰C做進一步處理。另外，單片機的時鐘模塊由低速晶體振蕩器，同時外加電容構成。 第一章 引言 16 上位機程序 本軟件與下位機軟硬件及其它相關元器件共同組成了一個 雙級測控管理 系統(tǒng)。 程序的運行界面如下： 圖 8 串口通信程序界面 由于程序的界面安排比較緊湊，對接收數(shù)據(jù)的保存功能放在右鍵的彈出菜單中。 Workbench包含的實用工具有： ● 具有語法表現(xiàn)能力的文本編輯器； ● 編譯器； ● 匯編器； ● 連接器； ● 函 數(shù)庫管理器； ● 實現(xiàn)操作自動化的 Make工具； ● 內(nèi)嵌 C語言級和匯編級的調(diào)試器 CSPY。 3. C 編輯器特性 IAR的 C430編輯器提供了從語言的標準特性，并添加了許多 為利用 MSP430系列第一章 引言 18 的特性的擴展功能。 3) 代碼的產(chǎn)生 ▲可選擇的以代碼速度或空間大小為目標的代碼最佳化； ▲有多種輸出格式選項，有可重定位二進制、 ASM、 ASM+C、 XREF 等； ▲提供最容易理解的出錯消息和警告消息； ▲與 CSPY高級調(diào)試器兼容。具體說就是對于單操作數(shù)指令可以使用指令系統(tǒng)中的任意尋址方式。 下 位機程序設計模塊主要包括系統(tǒng)初始化，數(shù)據(jù)采集模塊，顯示模塊， 串口通信模塊，和主處理模塊。 // 設置使用采樣時鐘 ADC12MCTL0 = INCH_10 + SREF_1。 數(shù)據(jù)采集處理模塊 該模塊分為溫度采集處理部分 和轉(zhuǎn)速采集處理部分。轉(zhuǎn)化為攝氏溫度值的公式為： TempC = ADC10MEM/1024*423274。從檢測時間來看， M 法的檢測時間與轉(zhuǎn)速無關，而 T法的檢測時間隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小， M/T 法如能犧牲一點分辨率，則可以使檢測時間與 M 法幾乎相同。利用 TA 定時器定時察看脈沖數(shù)，從而計算出脈沖頻率，再根據(jù)頻率換算出轉(zhuǎn)速。顯示模塊相對比較簡單，只是簡單的將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上，在顯示數(shù)據(jù)時需要選通不同的數(shù)碼管，該模塊主要包括端口初始化和顯示兩個部分。主控程序?qū)⒀h(huán)調(diào)用顯示程序，顯示程序?qū)@示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送入 LED數(shù)碼管進行顯 示。 串 口通信的接收使用中斷方式，發(fā)送使用子程序調(diào)用方式。當發(fā)送按鍵按下時，程序調(diào)用發(fā)送子程序?qū)?shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖區(qū)，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 SRWF— 108自動將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機的無線接收模塊。 P2 口中斷子程序完成脈沖信號的采集記數(shù)工作，當轉(zhuǎn)速脈沖到達后，脈沖記數(shù)單元加一，然后清除 脈沖中斷標志，繼續(xù)下一個脈沖記數(shù)（注：對 p1,p2 口的中斷，當進入中斷后一定要設置 PXIFG=0。 主處理模塊 主處理模塊主要將各個模塊進行協(xié)調(diào)處理和實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的顯示、發(fā)送和接收第一章 引言 22 任務。從流程圖可以看出，主程序只負責從指定的緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)顯示和鍵盤掃描處理。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結合起來調(diào)試以進一步排除故障。其間經(jīng)常遇到的硬件故障有以下幾種： 1）邏輯錯誤 系統(tǒng)硬件 的邏輯錯誤是由于設計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的。 3）可靠性差 引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過大、器件負載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線 和布局的不合理等也會引起系統(tǒng)可靠性差。本系統(tǒng)程序采用模塊程序設計，調(diào)試時分逐個模塊進行，最后進行系統(tǒng)程序總調(diào)試。本程序?qū)τ诖谕ㄐ挪糠诌M行的調(diào)試，達到了預期的目的。鍵盤 /顯示部分調(diào)試 178。通過檢測，發(fā)現(xiàn)程序中存在的死循環(huán)錯誤、機器碼錯誤及轉(zhuǎn)移地址的錯誤，同時也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)中的硬件故障、軟件算法及硬件設計錯誤。若用戶系統(tǒng)是在開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控程序下運行時，還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。在聯(lián)機調(diào)試的過程中，通過上位機程序與下位機進行聯(lián)合調(diào)試，可以立即判斷出下位機的通信程序是否正確以及所存在的錯誤原因；再利用正確的下位機通信程序與實際的上位機進行通信，消除上位機通信程序中的錯誤。該系統(tǒng)使用 MSP430F1222 單片機與微型計算機相結合實現(xiàn)了對現(xiàn)場溫度和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控管理 ，不但能及時監(jiān)控現(xiàn)場，而且方便人們的觀測和數(shù)據(jù)管理，具有設計簡單，運行可靠等特點。從現(xiàn)有的已經(jīng)完成的大部分的功能來看，基本達到了當初設想的指標。首先是無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣冗€不能完全滿足要求，還達不到實際應用的要求。因此論文中對于實驗數(shù)據(jù)的精度和響應的分析有些不足。陳導師廣博的學識和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度將使我受益終生。 謹向所有給予關心和幫助的老師、同學表示