【正文】 本文使用 RS232 接口，采用 SP3220（ ） 芯片實(shí)現(xiàn) RS232 電平與 TTL 電平之間的轉(zhuǎn)換。其靜態(tài)電流僅為 140uA。本系統(tǒng)設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路解決電路混用造成的問(wèn)題。下面逐一介紹。 其次， 89C51 單片機(jī)本身的電源電壓是 5 伏，有兩種低功耗方式：待機(jī)方式和掉電方式。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。 本文的設(shè)計(jì)正是以 MSP430 這一高性能單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)具有 低噪聲與高可靠性，電路簡(jiǎn)單，高性能化，低功耗、低電壓的開(kāi)發(fā)板，便于學(xué)校學(xué)生以及初學(xué)者對(duì)此單片機(jī)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，豐富實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。近年來(lái)，又成功研制了動(dòng)態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強(qiáng)、低功耗可靠性的TDE324C 型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 80 年代隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，開(kāi)始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。 評(píng)語(yǔ)： 評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）： _______分 XII 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )題目 答辯時(shí)間 年 月 日 ～ 時(shí) 答辯地點(diǎn) 一、答辯小組組成 答辯小組組長(zhǎng)： 成 員： 二、答辯記錄摘要 答辯小組 提問(wèn)（分條摘要列舉） 學(xué)生 回答情況評(píng)判 三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定 （百分制） ： _______分 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )最終成績(jī)?cè)u(píng)定 (依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )評(píng)分的相關(guān)規(guī)定 ) 等級(jí) (五級(jí)制 )： _______ 答辯小組組長(zhǎng) (簽名 ) ： 秘書(shū) (簽名 )： 年 月 日 院 (系 )答辯委員會(huì)主任 (簽名 )： 院 (系 )(蓋章 ) XIII 基于 MSP430F169 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 電子信息學(xué)院 指導(dǎo)老師： 電子信息學(xué)院 【摘要】 MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器 (TI)1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種 16位超低功耗的混合信號(hào)處理器 (Mixed Signa1 Processor)，為電池供電測(cè)量應(yīng)用提供了最終解決方案。 （三）鍵盤(pán)電路，顯示功能 IX 為了便于人員操作，使儀器系統(tǒng)有良好的人機(jī)交互界面，本系統(tǒng)對(duì) MSP430進(jìn)行了 LCD液晶顯示器及 44結(jié)構(gòu)矩陣式鍵盤(pán)擴(kuò)展設(shè)計(jì)。目前，可用于 MSP430系 列單片機(jī)開(kāi)發(fā)的硬件越來(lái)越多，與其配套的各類(lèi)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便地利用現(xiàn)有資源，開(kāi)發(fā)出用于不同目的的各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)。 V 三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 [1] 沈建華，楊艷琴編著 .MSP430系列 16位超低功耗單片機(jī)實(shí)踐與系統(tǒng)設(shè)計(jì) .利達(dá)爾策劃 [2] 沈建華，楊艷琴編著 . MSP430系列 16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用 .利達(dá)爾策劃 [3] 秦龍編著 . MSP430單片機(jī)長(zhǎng)用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講 . 電子工業(yè)出版社 [4] 魏小龍 . MSP430 系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 . 北京 :北京航空天大學(xué)出版社， 20xx. [5] 顏永軍 . Protel99 電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .北京 :國(guó)防上業(yè)出版社， 20xx. [6] 胡大可 . MSP430 系列單片機(jī) C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社， [7] 胡大可 . MSP430 系列 FLASH 型超低功耗 16 位單片機(jī) .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社， [8] 孫傳友主編 《感測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)》 電子工業(yè)出版社； [9] 譚浩強(qiáng)主編 《 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》 清華大學(xué)出版社； [10]. 《 PROTEL 入門(mén)與提高》 電子工業(yè)出版社； [11]. 華成英主編 《模擬電子技術(shù)基本教程 》 清華大學(xué)出版社； [12]. 康華光主編 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分（第 5 版）》 高等教育出版社； [13] .長(zhǎng)江大學(xué)維普網(wǎng)站 、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān) MSP430F169 的 16 位單片機(jī)方面的資料； [14].TI 公司（德州儀器）有關(guān) MSP430F169 方面的有關(guān)資料； [15].網(wǎng)絡(luò)上其他相關(guān)資料 四、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)： 我國(guó)開(kāi)始使用單片機(jī)是在 1982 年，短短五年時(shí)間里 發(fā)展極為迅速。 I 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書(shū) 學(xué)院（系） 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 /職稱 1. 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )題目： 《 基于 MSP430F169 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 2. 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）起止時(shí)間： 20xx 年 2 月 21 日～ 20xx 年 6 月 10 日 3. 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分） 參考書(shū)： 1）長(zhǎng)江大學(xué) 維普網(wǎng)站、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān) MSP430F169 的 16位單片機(jī)方面的資料； 2）德州儀器即 TI 公司有關(guān) MSP430F169 方面的有關(guān)資料； 3）《 MSP430 系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例》魏小龍著 北京航空航天大學(xué)出版社； 4） 網(wǎng)絡(luò)上有關(guān) MSP430 單片機(jī)設(shè)計(jì)方面的資料，比如 MSP430與 5V 器件的連接， MSP430 晶振布局要領(lǐng)等等； 5）《 PROTEL 入門(mén)與提高》電子工業(yè)出版社； 6）有關(guān)傳感器的應(yīng)用知識(shí)。這就對(duì)系統(tǒng)的功耗、采樣速度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸速度等提出了更高的要求。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(jī)，并不斷地輻射向內(nèi)地。 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(lái)驅(qū)動(dòng) 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。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問(wèn)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。 20 世紀(jì) 70 年代后期，隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計(jì)算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它起始于 20 世紀(jì)中期，在過(guò)去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會(huì)的發(fā)展主流方向。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，是研究瞬態(tài)物理過(guò)程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一，它將提高人們對(duì)各種瞬態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行研究的能力?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。 MSP430 單片機(jī)與 51 系列單片機(jī)的比較 首先， 89C51 單片機(jī)是 8 位單片機(jī)，其指令是采用的被稱為“ CISC”的復(fù)雜指基于 MSP430F169 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) （共 45 頁(yè)） 令集，共具有 111 條指令。通過(guò)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。 仿真電路部分 因本系統(tǒng)使用的 MSP430F169 單片機(jī)是 FLASH 型。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 。這顆放大器可以使用單電源或雙電源操作，電壓范圍從 到。 其引腳說(shuō)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(wèn)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(guò)輸入電壓的限度。 TPS76330系列芯片采用小體積的 SOT23封裝，工作溫度范圍 － 45℃ ～＋ 125℃ 。 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(kāi)發(fā)軟件較多，本文采用 IAR 公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 —— IAR Embedded workbench 嵌入式工作臺(tái)以及調(diào)試器 C SPY。 顯示、鍵盤(pán)模塊部分 鍵盤(pán)顯示是進(jìn)行人機(jī)交互的重要手段。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(lèi)產(chǎn)品中。 （ 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)。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]。 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(lái)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(wàn)次 /S；（ 3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。第二類(lèi)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(lèi)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多。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。串口電平轉(zhuǎn)換電路如下圖二所示。 主攻方向： 本課題設(shè)計(jì)主要在 MSP430單片機(jī)上，擴(kuò)展鍵盤(pán)顯示接口，晶振的布局，電壓轉(zhuǎn)換電路， A/D， D/A轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換電路以及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。與它相應(yīng)的專業(yè)雜志現(xiàn)在也有很多，比如由單片機(jī)界 的權(quán)威何立民主編的《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》雜志現(xiàn)以風(fēng)靡電子界，在 20xx 年 7 月，（ 91 獵頭網(wǎng)）在上海、廣州、北京等大城市所做的一次專業(yè)人才需求 VI 報(bào)告中，單片機(jī)人才的需求量位居第一。其他相應(yīng)條件指導(dǎo)教師可以協(xié)調(diào)來(lái)提供。 本系統(tǒng)采用的 MSP430 單片機(jī)設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)制成的 PCB 板可以運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備建設(shè)，方便開(kāi)發(fā)人員對(duì) MSP430 單片機(jī)的學(xué)習(xí)。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長(zhǎng)期使用也不會(huì)擔(dān)心精度達(dá)不到了。 器件對(duì)加到輸入腳或輸出腳的電壓通常是有限制的。 13—— 14 周：程序調(diào)試與修改。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀(jì) 50 年代， 1956 年美國(guó)首先研究了用在軍事上的測(cè)試系統(tǒng)，目標(biāo)是測(cè)試中不依靠相關(guān)的測(cè)試文件，由非成熟人員進(jìn)行操作，并且測(cè)試任務(wù)是由測(cè)試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，而雙單片機(jī)又具有精度較 高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開(kāi)發(fā)出能滿足實(shí)際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及 ,數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)已成為日益重要的檢測(cè)技術(shù) ,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí)監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場(chǎng)合。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在 165μA 左右， RAM 保持模式下的最低功耗只有 。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后燒寫(xiě)或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可以電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。對(duì)于 MSP430 系列而言，由于引入了 FLASH 型程序存儲(chǔ)器和 JTAG 技術(shù)，不僅使開(kāi)發(fā)工具變得簡(jiǎn)便，而且價(jià)格也相對(duì)低廉，并且還可以實(shí)現(xiàn)在線編程。 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。MSP430 單片機(jī)集中體現(xiàn)了現(xiàn)代單片機(jī)先進(jìn)的低功耗設(shè)計(jì)理念，其時(shí)鐘系統(tǒng)提供了豐富的硬件組合形成。 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(lèi)產(chǎn)品的 1/10，工作電壓 ，可低到 ，失調(diào)電壓 2uV，漂移為 ，噪音為 ，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(shè)備，溫度測(cè)試，測(cè)試設(shè)備，安全和消費(fèi)