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正文內(nèi)容

基于msp430單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

2024-12-23 21:51 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 10 圖 38模擬量采集 由 圖 37 所示, 第 1路信號采集了數(shù)字量的溫度;第 2路信號采集了粉塵的濃度;第 3路信號采集了空氣濕度;第 4 路采集了空氣的流量;第 5路完成了數(shù)字量的溫度采集;第 6 路完成了對空氣粉塵濃度的采集;第 7路完成了對空氣濕度的采集;第 8路完成了對空氣流量的采集。 由圖 38 所示 ,采集電路通過一個電阻將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,為了提高采集的進(jìn)度,需要采用高精度的電阻,這里采用的是精 度為 1%的電阻。電路中采用二極管作為 ESD 保護(hù)電路,考慮到干擾問題,采用電容進(jìn)行濾波處理,增加采集電路的抗干擾問題 , 數(shù)字量采集電路部分設(shè)計與此類似。 串口通信電路部分設(shè)計 該系統(tǒng)實現(xiàn)串口模塊主要是與上位機進(jìn)行通信,單片機系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)送到上位機進(jìn)行處理,從而減輕單片機系統(tǒng)的處理負(fù)擔(dān)。由于單片機與上位機進(jìn)行通信時接口電平不同,因此需要進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換,這里采用 SP3220 芯片來完成接口電平的轉(zhuǎn)換。 SP3220 芯片與一般的 RS232 芯片在使用上基本相同 。 如圖 39所示 為 串口通信 的框圖 。 圖 39串口通信框圖 MSP430 單片機 SP3220 PC 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 11 芯片 選擇 SP3220 是一款低功耗的 RS232 驅(qū)動芯片,該芯片有以下特性: ( 1) 寬電壓供電,供電電壓為: — ; ( 2) 上傳速率可達(dá) 235Kbps; ( 3) 低功耗的電流為 1uA; ( 4) 增強性 ESD 規(guī)范 。 為了 便于硬件電路的設(shè)計, 下面圖 310給出該芯片的管腳圖 : 圖 310 SP3220芯片圖 由圖 310 可以看出,該芯片具有 16 個管腳,下面是具體的管腳功能 。 EN/:接收使能管腳 ; 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 驅(qū)動的輸出 ; T1IN:TTL/CMOS 的輸入 ; R1OUT:TTL/CMOS 的輸出 ; R1IN:RS232 的輸入 。 根據(jù) 系統(tǒng) 需求 選用了 SP3220 芯片的 SHDN/、 T1OUT、 T1IN、 R1OUT 和 R1IN五個 管腳。 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 12 串口通信 的電路圖 圖 311串口通信的電路圖 由圖 311 所示 ,通過一個 上拉電阻 R208 將 SHDN/管腳拉高,使該芯片一直處于工作狀態(tài),如果系統(tǒng)需要處于低功耗狀態(tài),也可以通過單片機來控制該管腳,工作的時候?qū)⒃摴苣_設(shè)置為低電平,需要處于低功耗的時候?qū)⒃摴苣_設(shè)置為高電平,這樣很容易實現(xiàn)控制。在管腳 C1+、 C C2+、 C V+和 V分別放置 的電容實現(xiàn)充電作用,滿足相應(yīng)的充電泵的要求。管腳 T1OUT、 TIN、 RIOUT 和RIN 分別是 232 轉(zhuǎn)換的輸入輸出腳,實現(xiàn)單 片機的 TTL電平與上位機的接口電平的轉(zhuǎn)換。考慮到減小電源的干擾,還需要在芯片的電源輸入腿加一個 的電容來實現(xiàn)濾波,以減小輸入端受到的干擾。 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 13 4 基于 MSP430 單片機采集系統(tǒng)軟件開發(fā) 該系統(tǒng) 采用的開發(fā)環(huán)境是 IAR Embedded ,Embedded Workbenchfor MSP430 是 IAR Systems 公司為 MSP430 微處理器開發(fā)的一個集成開發(fā)環(huán)境。 IAR Embedded Workbench 介紹 IAR Embedded Workbench 是一種用于開發(fā)應(yīng)用各種不同的目標(biāo)處理器的靈活的集成環(huán)境。它提供一個方便的窗口界面用于迅速的開發(fā)和調(diào)試。 Embedded Workbench 支持多種不同的目標(biāo)處理器,使用項目模式組織應(yīng)用程序。 它有如下一些特點。 ( 1)通用性 a) 可以在 Windows 環(huán)境下運行; b) 分層的項目( Project)表示; c) 直觀的用戶界面; d) 工具與編輯器全集成; e) 全面的超文本幫助。 ( 2) 編輯器 a) 可以同時編輯匯編和 C 語言源文件; b) 編輯匯編和 C 語言程序的句法用文本格式和顏色區(qū)別顯示; c) 強有力的搜 索和置換命令,而且可以多個文件搜索; d) 從出錯列表直接跳轉(zhuǎn)到出錯的相關(guān)文件的相關(guān)語句; e) 可以設(shè)置在出錯語句前標(biāo)志; f) 圓括號匹配; g) 自動縮進(jìn),可以設(shè)置自動縮進(jìn)的空格; h) 每個窗口的多級取消與恢復(fù)。 IAR Embedded Workbench 開發(fā)步驟 第一次使用程序編寫調(diào)試一般需要經(jīng)過創(chuàng)建工作站、創(chuàng)建并保存工程、創(chuàng)建或加載源文件、保存工作站、設(shè)置工作環(huán)境(目標(biāo)芯片、調(diào)試方式、仿真器接口類型、工程編譯連接和調(diào)試七個步驟。 第一步:創(chuàng)建新工作站 打開 IAR Embedded Workbench。單擊: “開始”、“程序”、 IAR Systems、 IAR 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 14 Embedded Workbench For MSP430 V3,自動創(chuàng)建一個新的工作站,出現(xiàn)如 41所示的界面。 圖 41第一次進(jìn)入 Embedded Workbench 界面提示如下: Create new project in current workspace:在新工作站中創(chuàng)建新的工程。 Add existing project to current workspace:添加已經(jīng)存在的工程到當(dāng)前的工作站中。 Open existing workspace:打開已經(jīng)存在的工作站。 Example workspace: 打開示例工作站。 根據(jù)您的具體情況選擇上述 4個選項之一。 第二步:創(chuàng)建并保存工程 單擊選項中 Create new project in new workbench。出現(xiàn)圖 42 界面。 圖 42 創(chuàng)建新工程 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 15 選擇工程類型( Empty project、 asm、 C、 C++或 xternally built executable),若選擇的工程類型為 Empty project,單擊“ OK”按鈕,出現(xiàn)圖 43界面,選擇保存路徑,同時輸入工 程文件名(如 test),單擊保存,一個工程就建立完成了。 圖 43 保存新工程 第三步 :創(chuàng)建一個新工程文件 點擊菜單 ProjectCreat New Project...如圖 44所示 ,彈出對話框如圖 45所示 ,因為我們所使用的開發(fā)語言是 C,所以選擇 C結(jié)構(gòu)下的 main,點擊 “OK” 將彈出工程文件保存路勁的對話框如圖 46所示,選擇要保存的路徑,填上新建的工程名稱,點擊 “ 保存 ” 按鈕將彈出如圖 47所示的界面 ,在 動生成的 include“ ” Void main(void) { WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD。//Stop watchdog }。 修改后如圖 48所示 .然后點擊左上角的 save all菜單如圖 49所示,彈出保存工作區(qū)間 對話框如圖 410所示,在對話框中設(shè)置好工作區(qū)間的保存路勁及工作區(qū)間的名稱,點擊 “ 保存按鈕保存退出,返回圖 48所示的界面。 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 16 圖 44 新建工程 圖 45 選擇開發(fā)語言創(chuàng)建 main函數(shù) 圖 46 設(shè)置工程保存路徑及工程名稱 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 17 圖 47 新建的工程面板 圖 48 修改后的 圖 49 點擊 save all保存 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 18 圖 410 保存工作區(qū)間 第四步 :編輯代碼 ,根據(jù)需要往工程中加入自己的 C文件和 H文件件。 第五步 :設(shè)置編譯選項 。 代碼編輯好以后,在工作面板左邊,右鍵點擊工作區(qū)間里的工程名稱(我的工程名稱為 ),選擇 Options...(如圖 411所示 ),彈出如圖 412所示的 Options選項卡,根據(jù)我們的器件設(shè)置相關(guān)的選項卡,完成后點擊 “OK” 退出。 圖 411 打開工程的 Options選項卡 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 19 圖 412 設(shè)置 Options選項卡 第五步 :編譯工程 點擊圖 413中紅圈內(nèi)的 “Compile” 和 “make” 對工程進(jìn)行編譯 。 注 :pile只能編譯單個文件, make將會對整個工程文件進(jìn)行編譯和鏈接最后生成可執(zhí)行文件(后綴為 .d43) 圖 413 編譯工程 第六步 :點擊圖 413中紅圈內(nèi)的 debug按鈕,可編譯生成的可執(zhí)行文件下載到430單片機內(nèi)部 flash中,可以在線使用 JTAG接口單步、多步調(diào)試或者設(shè)置斷點調(diào)試,也可以關(guān)掉調(diào)試窗口 , 復(fù)位單片機后讓其自動運行。至此,整個開發(fā)流程完畢。 發(fā)設(shè)計 本系統(tǒng) 采用模塊化的設(shè)計思 想 , 軟件 模塊 主要包括模擬量采集模塊、數(shù)字量采集模塊、串口通信模塊和主處理模塊。模擬量采集模塊主要是單片機通過 A/D通道采集來自傳感器的信號,將信號進(jìn)行處理。該模塊主要涉及到 A/D 轉(zhuǎn)換和定時器 A的操作,主要完成 8 通道模擬數(shù)據(jù)的采集,并且通過定時器 A來控制采集 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 20 的頻率,另外也設(shè)置一個標(biāo)志來通知主程序已經(jīng)獲得新的數(shù)據(jù),通過全局變量來實現(xiàn)與主處理程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。這部分程序采用中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn),在定時器 A 里先停止 A/D 轉(zhuǎn)換,讀取數(shù)據(jù)后啟動 A/D 轉(zhuǎn)換,然后再等待下一次中斷的到來。數(shù)字量 采集主要是單片機通過的一般 I/O 口與數(shù)字采集電路進(jìn)行連接,單片機通過一般 I/O 口來簡單的讀取數(shù)字采集量的狀態(tài),判斷是高電平還是低電平。數(shù)據(jù)采集的時間間隔通過定時器 B來完成,整個模塊采用的是中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)完成。串口模塊主要是與上位機的通信,從而將采集到的數(shù)據(jù)送到上位機進(jìn)行處理。當(dāng)接收到有數(shù)據(jù)時,設(shè)置一個標(biāo)志來通知主程序有數(shù)據(jù)到來,當(dāng)主程序有數(shù)據(jù)要發(fā)送的時候,設(shè)置一個中斷標(biāo)志進(jìn)入中斷發(fā)送數(shù)據(jù)。 主處理模塊首先完成初始化工作,初始化后進(jìn)入循環(huán)處理,在循環(huán)過程中主處理獲得采集的模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字量數(shù)據(jù),并將得到的數(shù) 據(jù)發(fā)送到上位機。下位機也接收來自上位機的的數(shù)據(jù)。整個程序基于中斷服務(wù)結(jié)構(gòu),為了實現(xiàn)中斷程序與主程序之間的數(shù)據(jù)交互,通過設(shè)置一些全局變量和全局的緩沖區(qū)來實現(xiàn),具體的流程圖如圖 414所示。 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 21 圖 414主流程圖 通過流程圖可以看出,主處理只負(fù)責(zé)簡單的標(biāo)志判斷和設(shè)置標(biāo)志,然后從指定的緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)放到相應(yīng)的緩沖區(qū),其他的處理由中斷來處理,因此主程序需要和中斷程序進(jìn)行交互。 軟件程序 整個軟件設(shè)計包括初始設(shè)置、中置服務(wù)程序和 主 處理程序,下面對各個部分程序分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。 初始化設(shè)置 初始化程序主要包括時鐘初始化, A/D 初始化、串口初始化。下面為 A/D初始化和定時器初始化的程序代碼。 void Init_ADC(void) { 基于 MSP430 的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計
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