【文章內(nèi)容簡介】 廠家要加大資金的投入，努力擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，向規(guī)模要效益。由于國內(nèi)生產(chǎn)廠家起步比較晚，規(guī)模小，資金少，底子薄，技術(shù)力量相對(duì)落后，因此，要想同 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 國外知名品牌一競高低，就 必需加大資金的投入，以形成生產(chǎn)規(guī)模，降低生產(chǎn)成本，走集約經(jīng)營之路。這樣我們就可以降低產(chǎn)品價(jià)格，增加競爭實(shí)力，逐步占領(lǐng)市場，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，如此往復(fù)，才能真正實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)營。 2．用戶選擇的基本原則 分析市場調(diào)查和產(chǎn)品評(píng)測的結(jié)果，我們不難發(fā)現(xiàn)：因?yàn)楸銛y式數(shù)據(jù)采集器的優(yōu)越性，使用和購買者將越來越多。在未來一定時(shí)期內(nèi)，正是便攜式數(shù)據(jù)采集器大規(guī)模發(fā)展的有利時(shí)期，其市場會(huì)不斷壯大。這樣就為用戶購買便攜式數(shù)據(jù)采集器提供了一個(gè)極好的機(jī)會(huì)。那么，用戶應(yīng)當(dāng)如何根據(jù)自己的情況來購買合適的便攜式數(shù)據(jù)采集器呢？這是一個(gè)綜合性 的問題，應(yīng)從多方面予以考慮。 (1)適用范圍 根據(jù)自身的不同情況，應(yīng)當(dāng)選擇不同的便攜式數(shù)據(jù)采集器。如應(yīng)用在比較大型的、立體式倉庫，由于有些商品的存放位置較高，離操作人員較遠(yuǎn)，我們就應(yīng)當(dāng)選擇掃描景深大，讀取距離遠(yuǎn)，且首讀率較高的采集器。而對(duì)于中小型倉庫，在此方面的要求不是很高，可選擇一些功能齊備。便于操作的采集器。對(duì)于用戶來說，便攜式數(shù)據(jù)采集器的選擇最重要的一點(diǎn)是 “ 夠用 ” ，而不要盲目購買價(jià)格貴、功能強(qiáng)的采集系統(tǒng)。 (2)譯碼范圍 譯碼范圍是選擇便攜式數(shù)據(jù)采集器的又一個(gè)重要指標(biāo)。一般情況下，采集器都可以識(shí)別幾種 或十幾種不同碼制，但種類有很大差別，因此，用戶在購買時(shí)要充分考慮到自己實(shí)際應(yīng)用中的編碼范圍，來選取合適的采集器。 接口要求 采集器的接口能力是評(píng)價(jià)其功能的一個(gè)重要指標(biāo)，也是選擇采集器時(shí)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。用戶在購買時(shí)要首先明確自己原系統(tǒng)的環(huán)境，再選擇適應(yīng)該環(huán)境和接口方式的采集器。 (3)對(duì)首讀率的要求 首讀率是數(shù)據(jù)采集器的一個(gè)綜合性指標(biāo)，它與條碼符號(hào)的印刷質(zhì)量、譯碼器的設(shè)計(jì)和掃描器的性能均有一定關(guān)系。首讀率越高，其價(jià)格也必然高。在商品的庫存(盤點(diǎn) )中，可采用便攜式數(shù)據(jù)采集器，由人工來控制條碼符號(hào)的重復(fù)掃描，對(duì)首讀率的要求并不嚴(yán)格，它只是工作效率的量度而已。因此，在選擇采集器時(shí)要根據(jù)自己的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)能力來購買 “ 物美價(jià)廉 ” 的采集器。 (4)價(jià)格 選擇便攜式數(shù)據(jù)采集器時(shí)，其價(jià)格也是應(yīng)關(guān)心的一個(gè)問題。采集器由于其功能不同，價(jià)格會(huì)產(chǎn)生很大差異。因此，在購買采集器時(shí)要注意產(chǎn)品的性能價(jià)格比，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求且價(jià)格較低者為選購對(duì)象。 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 面對(duì)國內(nèi)日益壯大的便攜式數(shù)據(jù)采集器市場和國外著名生產(chǎn)廠家的有力競爭，我們的企業(yè)要想扭轉(zhuǎn)目前的不利局面而有所作為的話，就必須在加強(qiáng)自身建設(shè)、提高產(chǎn)品技術(shù)含量的同時(shí) ，把握時(shí)代脈搏，看準(zhǔn)便攜式數(shù)據(jù)采集器的發(fā)展趨勢，大膽開發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)，從而走在時(shí)間的前列，迎頭趕上甚至超過國際先進(jìn)水平。下面是我們根據(jù)本次產(chǎn)品評(píng)測的結(jié)果，對(duì)便攜式數(shù)據(jù)采集器的發(fā)展趨勢所做的初步分析和預(yù)測。 便攜式數(shù)據(jù)采集器的主要性能指標(biāo)包括外觀、配置、屏幕、性能、兼容性。電池供電時(shí)間、文檔、價(jià)格等諸多方面。要想了解它的發(fā)展主流，我們可以從這幾方面人手，來進(jìn)行描述。便攜式數(shù)據(jù)采集器的外觀包括產(chǎn)品包裝情況，中文標(biāo)識(shí)情況、開啟方式以及方便程度等。其機(jī)體應(yīng)當(dāng)光滑，顏色搭配醒目，小巧方便，結(jié)構(gòu)緊湊；大顯示屏， 顯示燈。鍵盤、觸發(fā)鍵的數(shù)量、大小、位置布局合理；電源開關(guān)明顯，按鍵、觸發(fā)鍵的響應(yīng)時(shí)間短，操作方便，手感好。 便攜式數(shù)據(jù)采集器的配置是表示其性能的關(guān)鍵參數(shù)。隨著電子元件技術(shù)的不斷發(fā)展，便攜式數(shù)據(jù)采集器的配置情況越來越高檔，使得它具備了更強(qiáng)的擴(kuò)展性、替換性和易用性，節(jié)省操作人員的工作時(shí)間，提高工作效率。特別是 CPU、RAM、 ROM、掃描器。顯示屏等配件，在便攜式數(shù)據(jù)采集器中的配置越來越高。并由于其主頻高，內(nèi)存大，一般都配置了漢字字庫，所以可全屏中文顯示，滿足了更多行業(yè)的需要。而無論中、英文字符，其顯示都將 是大屏幕、高清晰度的，并且亮度、背光鍵盤可調(diào)。 便攜式數(shù)據(jù)采集器的性能，是用戶購買，使用時(shí)選擇的關(guān)鍵。無論是數(shù)據(jù)的采集，還是數(shù)據(jù)的通信，全部依賴于采集器自身的品質(zhì)。因此，生產(chǎn)廠商在提高便攜式數(shù)據(jù)采集器的硬件配置的同時(shí)，也應(yīng)不斷加強(qiáng)軟件的開發(fā)與應(yīng)用，以方便用戶的實(shí)際操作。 便攜式數(shù)據(jù)采集器的絕大多數(shù)，目前可在資料存儲(chǔ)或?qū)崟r(shí)操作的形式下工作，其中一些可以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。但這兩種方式的操作都是與主機(jī)的單向傳輸，而不能實(shí)現(xiàn) 信息與主機(jī)的雙向交流。伴隨著射頻技術(shù)的發(fā)展，一種射頻信息交流式的便攜 式數(shù)據(jù)采集器就可以做到這一點(diǎn)。這是因?yàn)榕c射頻信息交流相聯(lián)的系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是信息與主機(jī)的交流是雙向的。這樣庫存 (盤點(diǎn) )都可以在主機(jī)指示下進(jìn)行。在國外，雖然普通的便攜式數(shù)據(jù)采集器的銷售占所有銷售量的 60％，但是射頻信息交流式的便攜式數(shù)據(jù)采集器，其銷售增長率卻是普通機(jī)型的三倍，這種增長反映了射頻信息交流在庫存控制方面的應(yīng)用的有效性和廣泛性。 在操作系統(tǒng)和程序語言方面，現(xiàn)在的趨向是朝著開放型的系統(tǒng)發(fā)展。低級(jí) 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 的為簡單的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也許會(huì)使用專門性的操作系統(tǒng)和程序語言。在許多情況下，這種所謂的專汀勝的系統(tǒng) 實(shí)際上是將標(biāo)準(zhǔn)的程序減去一些特殊的指令，再加上一些特殊的程序而已。 便攜式數(shù)據(jù)采集器的運(yùn)行速度將由現(xiàn)在的最簡單的資料收集和有限的操作發(fā)展到可運(yùn)行視窗軟件。而存儲(chǔ)能力的多少要根據(jù)操作系統(tǒng)和操作形式而定。以視窗軟件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)與射頻信息交流終端機(jī)連接使用要求很多的資料存儲(chǔ)能力，以方便其使用。在市場上出售的軟件工具允許一些與射頻信息交流器相聯(lián)的采集器在一個(gè)真實(shí)的客戶／服務(wù)器環(huán)境下工作，使其處理能力得到充分的發(fā)揮。大多數(shù)便攜式數(shù)據(jù)采集器裝有微型鍵盤或字母鍵盤，但是鍵盤輸入方法指示在有限的情況下使用，如輸入有關(guān) 的數(shù)量數(shù)據(jù)。到目前為止，最廣泛使用的資料輸入方法是條碼掃描識(shí)讀法。而一項(xiàng)成長最快的輸入方法是接觸式存儲(chǔ)識(shí)讀。接觸屏幕，筆式輸入、射頻識(shí)別、磁條卡、智能卡識(shí)讀器和語音識(shí)別器正成為常規(guī)的輸入技術(shù)。信息交流通常通過射頻或通過資料存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)站來實(shí)現(xiàn)。隨著個(gè)人電腦卡 (PCCARD)的多樣化發(fā)展，一些便攜式數(shù)據(jù)采集器將提供 MODEM 系列以通過電話線來傳送信息，甚至用射頻技術(shù)連接 NTERNET。便攜式數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用領(lǐng)域和功能不斷擴(kuò)大、提高，使其以嶄新的面貌呈現(xiàn)在廣大用戶面前。 數(shù)據(jù)采集是從一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取對(duì)象信息的 過程。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)測已成為日益重要的檢測技術(shù) ,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí)監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。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)。本文設(shè)計(jì)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用 MSP430 系列單片機(jī)作為 MCU板的核心控制元件。 MSP430 系列單片機(jī)是由TI公司開發(fā)的 16位單片機(jī) ,其突出特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)超低功耗 ,非常適合于各種功率要求低的場合。該系統(tǒng)采樣電路采用 MSP430 單片機(jī)內(nèi) 部 12 位的 A／ D,使系統(tǒng)具有硬件電路得以簡單化 ,功耗低的特點(diǎn)。由于該系列較高的性能價(jià)格比 ,應(yīng)用日趨廣泛。 在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中為了提高系統(tǒng)智能化、可靠性和實(shí)用性 ,采用單片 MCU 和上位機(jī)傳輸?shù)姆椒?,即 MCU 運(yùn)行在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)端 ,完成數(shù)據(jù)的采集、處理、發(fā)送和顯示 ,上位機(jī)則完成數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)及顯示 ,同時(shí)上位機(jī)可對(duì)遠(yuǎn)端 MCU 進(jìn)行控制 ,使其采集方式可選。 MCU 選用 TI 公司的低功耗 MSP430F437,該單片機(jī)比 80C51 功能要強(qiáng)大許多 ,他內(nèi)部不僅有 8 路 12位 A／ D,而且還帶 LCD的驅(qū)動(dòng) ,節(jié)省了不少外圍電路。本 系統(tǒng)現(xiàn)場模擬一正弦波信號(hào)以及其他 6 路分壓信號(hào)以供系統(tǒng)進(jìn)行多路采樣 ,采用 ICL8038 精密信號(hào)發(fā)生芯片產(chǎn)生一頻率可變的正弦波 ,然后由 LM331 芯片實(shí)現(xiàn)頻率到電壓的轉(zhuǎn)換 ,之間還需對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理以符合系統(tǒng)要求。 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 論文結(jié)構(gòu) 第一章 緒論，分 三 個(gè)小節(jié)，第一小節(jié)主要介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的目前的發(fā)展和存在的缺陷，以及以后的發(fā)展方向，同時(shí)介紹了本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)以及需要改進(jìn)的地方 ， 第二小節(jié)主要介紹了論文的結(jié)構(gòu)， 第三小節(jié)主要介紹本設(shè)計(jì)要完成的任務(wù) 。 第二章 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，分兩小節(jié)，第一小節(jié) 整體設(shè)計(jì)框圖，第二小節(jié)，敘述了大體的工作過程。 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)，分兩個(gè)小節(jié)，第一小節(jié)主要介紹了控制電路的設(shè)計(jì)包括主控機(jī) MSP430 的選擇及相關(guān)介紹以及上位機(jī)的選擇及介紹。第二小節(jié)主要介紹了外圍電路的設(shè)計(jì)里面包括了 四個(gè)模塊的介紹主要有正弦信號(hào)發(fā)生模塊，頻率電壓變換模塊，信號(hào)調(diào)理模塊，串口通信模塊，以及各模塊的工作電路及芯片的選擇。 第四章 軟件電路的設(shè)計(jì)，分兩小節(jié)，第一小節(jié)主要介紹軟件的開發(fā)環(huán)境，第二小節(jié)設(shè)計(jì)思路。 本設(shè)計(jì)要完成的任務(wù) 本系統(tǒng)主要采用 MSP430 單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)功能 包括： 7路 A／ D采樣、 LCD 顯示和串口收發(fā) ,其中 7 路 A／ D 采樣可由上位機(jī)控制采樣方式 ,即循環(huán)采樣和固定通道采樣 ,LCD顯示采樣值和對(duì)應(yīng)的通道號(hào) ,系統(tǒng)通過串口和上位機(jī)進(jìn)行通訊 。 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 MSP430 單片機(jī)采集系統(tǒng)的方案設(shè) 計(jì) 通過傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳送到調(diào)理模塊主要經(jīng)過信號(hào)的放大、濾波以及A/D 轉(zhuǎn)換，再將信號(hào)傳送到后面的鍵盤及顯示電路。 MSP430 F437 D/A轉(zhuǎn)換 JTAG 仿真器 復(fù)位電路 串口 供電電路 A/D 轉(zhuǎn)換 鍵盤 顯示 電平轉(zhuǎn)換電路（ 3V5V） 晶振 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 統(tǒng)硬件總體框圖如圖 1 所示。本系統(tǒng)由模擬板和 MCU 板 2 塊板組成 ,模擬板包括系統(tǒng)電源、正弦波信號(hào)發(fā)生模塊、頻率電壓轉(zhuǎn)化模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和 7路A／ D 的接口 。MCU 板包括電源及 A／ D 接口、 MCU、 LCD 和串口收發(fā)模塊。 模擬板 串口收發(fā) MCU 板 MSP430 單片機(jī)的選擇 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和概述 ● 16 位 CPU 通過總線連接到存儲(chǔ)器和外圍模塊。 ● 直接嵌入仿真處理，具有 JTAG 接口。 ● 能夠降低功耗，降低噪聲對(duì)存儲(chǔ)器存取的影響。 ● 16 位數(shù)據(jù)寬度，數(shù)據(jù)處理更為有效。 ● CPU： MSP430 系列單片機(jī)的 CPU 和通用微處理器基本相同，只是在設(shè)計(jì)上采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 MSP430 的內(nèi)核 CPU 結(jié)構(gòu)是按照精簡指令集和高透明的宗旨而設(shè)計(jì)的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的仿真指令。這樣可以提高指令執(zhí)行速度和效率，增強(qiáng)了 MSP430 的實(shí)時(shí)處理能力。 正弦發(fā)生器 IC1083 信號(hào)放大及整形 F/V 變換LM331 信號(hào)放大及調(diào)理 其他 6 路電阻分壓信號(hào) LCD 顯示 MCU MSP430 上位機(jī)控制和顯示 電源 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 ● 存儲(chǔ)器 ：存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)以 及外圍模塊的運(yùn)行控制信息。有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器。對(duì)程序存儲(chǔ)器訪問總是以字形式取得代碼，而對(duì)數(shù)據(jù)可以用 或字節(jié)方式訪問。其中 MSP430各系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器有 ROM、 OTP、 EPROM和 FLASH 型。 ● 外圍模塊 ：經(jīng)過 MAB、 MDB、中斷服務(wù)及請(qǐng)求線與 CPU 相連。 MSP430 不同系列產(chǎn)品所包含外圍模塊的種類及數(shù)目可能不同。它們分別是以下一些外圍模塊的組合：時(shí)鐘模塊、看門狗、定時(shí)器 A、定時(shí)器 B、比較器 A、串口 0、 硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、端口、基本定時(shí)器、 DMA 控制器