【導(dǎo)讀】的通道號(hào),系統(tǒng)通過(guò)串口和上位機(jī)進(jìn)行通訊。介紹一種以MSP430單片機(jī)為核心的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計(jì),是一個(gè)具有完整功能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)由集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038. 系統(tǒng)采用單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通訊,單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)7路數(shù)。據(jù)的采集、處理和控制顯示,同時(shí)應(yīng)答上位機(jī)命令。上位機(jī)面向用戶,可以對(duì)系。統(tǒng)進(jìn)行控制,選擇數(shù)據(jù)采集的方式。度較高,低功耗等特點(diǎn),具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

　　

【正文】 的一種壓頻轉(zhuǎn)換電路，按照?qǐng)D 2設(shè)計(jì)電路， LM331 采用單電源供電，電源電壓 VCC，模擬信號(hào) Vix 的輸入范圍 VCC～ 0V，頻率范圍為 1～500KHZ，非線性低于 %。模擬信號(hào) Vix 經(jīng)積分器 LF356 積分處理后，在 INPUT端變成與輸入電壓 Vix成正比的穩(wěn)定電流輸入，通過(guò) LM331芯片進(jìn)行 V/F轉(zhuǎn)換后，變成與電 壓成正比的頻率信號(hào)， FOUT 端輸出的頻率信號(hào)送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù) /定時(shí)端口，計(jì)算機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)。從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于 LM331 的轉(zhuǎn)換線性度直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性，而通常引起 V/F轉(zhuǎn)換產(chǎn)生非線性誤差的原因是引腳 1 的輸出阻抗，它使輸出電流隨輸入電壓的變化而變化，因而影響轉(zhuǎn)換精度，為克服此缺點(diǎn)，高精度 V/F轉(zhuǎn)換器在 1腳和 7腳間加入了一個(gè)積分器，這個(gè)積分器是由常規(guī)運(yùn)放 LF356 和積分電容 C4 構(gòu)成的反積分器。加上積分電路后，由于電流源（ 1引腳）總是保持低電位，帶你呀不隨Vix 或 FOUT變化，因此有很高的線性度。 數(shù)字信號(hào)變換 圖 LM331實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換框架圖 圖 中，模擬信號(hào)經(jīng)壓 /頻轉(zhuǎn)換器 LM331，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù) /定時(shí)端口，有計(jì)算機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行接收、處理、存儲(chǔ)。由于壓 /頻轉(zhuǎn)換關(guān)系成線性，所以我們可以根據(jù)采集到頻率數(shù)據(jù)知道模擬信號(hào)的大小，從而實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。頻率計(jì)數(shù)器、定時(shí)器可以使用計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù) /定時(shí)端口， 通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)?；鶞?zhǔn)頻率，數(shù)據(jù)處理也是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存到內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。 信號(hào)調(diào)理模塊 的設(shè)計(jì) 1．工作過(guò)程 信號(hào)調(diào)理模塊包括信號(hào)放大整形電路和信號(hào)放大調(diào)理電路。圖 4 為采用 A／D824 設(shè)計(jì)的信號(hào)放大整形及調(diào)理電路。圖 4(a)中由 ICL8038 產(chǎn)生的正弦波信號(hào)先經(jīng)過(guò) 1 μF 電容高通濾波 ,再經(jīng) A／ D824 反向放大 2倍 ,然后經(jīng)比較器 ,輸出對(duì)應(yīng)頻率的方波信號(hào) ,作為 LM331 的輸入。 200 Hz～ 2 kHz 的方波信號(hào)經(jīng)過(guò) LM331 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 頻率電壓變換芯片后 ,產(chǎn)生的信號(hào) Vo 為 O． 22～ 2． 22 V,為符合 200 Hz～ 2 kHz對(duì)應(yīng)于 1～ 5 V,故需對(duì) Vo進(jìn)行調(diào)理 ,方案中的運(yùn)算電路如圖 4(b)所示。 2．電路圖 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 圖 電路圖 LM317 選擇 LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。 LM117/LM317 的輸出電壓范圍是 至 37V，負(fù)載電流最大為 。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率 也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。 LM117/LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM117/LM317 輸入端的連線超過(guò) 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。 LM117/LM317 能夠有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來(lái)調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過(guò) LM117/LM317 的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個(gè) 可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。 可調(diào)整輸出電壓低到 。保證 輸出電流。典型線性調(diào)整率%。典型負(fù)載調(diào)整率 %。 80dB 紋波抑制比。輸出短路保護(hù)。過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 LM117/LM317 至 37V 連續(xù)可調(diào)。 LM317 是應(yīng)用最為廣泛的電源集成電路之一，它不僅具有固定式三端穩(wěn)壓電路的最簡(jiǎn)單形式，又具備輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)。此外，還具有調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點(diǎn)。 其主要性能參數(shù) : 輸出電壓： DC； 輸出電流： ； 片內(nèi)部具有過(guò)熱、過(guò)流、短路保護(hù)電路； 最大輸入 輸出電壓差： 40V DC， 最小輸入 輸出電壓差： 3V DC； 使用環(huán)境溫度： 10+85℃ 。 幾種 LM317 管腳排列及封裝外形 圖 （不同封裝形式）的 LM317 的外形及引腳排列圖。 由于輸出端（ 2 腳）與調(diào)節(jié)輸入端（ 3 腳）之間的電壓保持在 ，調(diào)整接在輸出端與地之間的分壓電阻 R1和 R2 來(lái)改變 ADJ 端的電位，可以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目 的 .圖 2所示為輸出可調(diào)電路圖，原理如下： R1兩端的 恒定電壓產(chǎn)生的恒定電流流過(guò) R1 和 R2，在 R2上產(chǎn)生的電壓加到 ADJ 端。此時(shí)，輸出電壓 Vo取決于 R1 和 R2 的比值，當(dāng) R2 阻值增大時(shí)，輸出電壓升高，即： Vo=[(R1+R2)/R2] 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 LM117/LM317 可調(diào)穩(wěn)壓集成電路介紹及其典型應(yīng)用電路 ICL8038原理框圖 在圖 212中，引腳 8 為頻率調(diào)節(jié)電壓輸入端，電壓振蕩頻率與該電壓成正比；引腳 7 輸出頻率調(diào)節(jié)偏置電壓，數(shù)值時(shí)引腳 7 偏置電壓與電源 +Vcc 之差，它可作為引腳 8的輸入電壓；引腳 4 和引腳 5 外接電阻和電位器，進(jìn)行恒流源調(diào)節(jié)，用以改變輸出信號(hào)的占空比和頻率；引腳 10 外接充放電容，改變其容量則改變了充放電時(shí)間常數(shù)，也即改變了觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)間：引腳 13 和 14 為空腳（ NC）。 串口通信 模塊 設(shè)計(jì) 1．工作過(guò)程 本系統(tǒng)主要運(yùn)用了 MSP430 單片機(jī)的以下性能特點(diǎn)：低工作電壓、超低功耗、8通道 12 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)液晶能力可達(dá) 160段等 ,使硬件電路得以簡(jiǎn)單化。單片機(jī)及外圍電路如圖 5所示 ,即為系統(tǒng) MCU板的電路原理圖。由 5 V電源經(jīng) LM317產(chǎn)生 3． 3 V直流電壓給 MSP430 供電 ,單片機(jī)負(fù)責(zé)采集 7個(gè)通道的電壓數(shù)據(jù)并在LCD上顯示對(duì)應(yīng)電壓值 ,同時(shí)單片機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行串行通訊 ,通訊方式采用標(biāo)準(zhǔn)的RS 232 方式 ,也可采用 RS 485 差分方式接口以改善通訊速率和距離 ,但需在上位機(jī)前另加 485232 轉(zhuǎn)換芯片 ,稍顯復(fù)雜 ,因此采用 RS232 即可滿足系統(tǒng)要求 ,簡(jiǎn)單又實(shí)用。 通過(guò)上位機(jī)可對(duì)單片機(jī)的采樣模式進(jìn)行控制 ,即循環(huán)采集和固定通道采集 2種模式 ,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)端可控的數(shù)據(jù)采集。 2．電路圖 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 串口通信模塊電路圖 的選擇 的基礎(chǔ)知識(shí) RS232接口又稱之為 RS232口、串口、異步口或一個(gè) COM(通信 )口。 RS232是其最明確的名稱。 在計(jì)算機(jī)世界中，大量的接口是串口或異步口，但并不一定符合 RS232 標(biāo)準(zhǔn)，但我們也通常認(rèn)為它是 RS232 口。 嚴(yán)格地講 RS232 接口是 DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備 )和 DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備 )之間的一個(gè)接口， DTE 包括計(jì)算機(jī)、終端、串口打印機(jī)等設(shè)備。 DCE 通常只有調(diào)制解調(diào)器 (MODEM)和某些交換機(jī) COM口是 DCE。標(biāo)準(zhǔn)指出 DTE應(yīng)該擁有一個(gè)插頭 (針輸出 )， DCE擁有一個(gè)插座 (孔輸出 )。這經(jīng)常被制造商忽視 (如 :WYSE 終端就是孔輸出 DTE 串口 )但影響不大，只要搞清楚 DCE、 DTE就行了，然后按照標(biāo)準(zhǔn)接線圖接線就不會(huì)錯(cuò)了。 (DTE、 DCE 引腳定義相同 ) 2． RS232 的接口電路 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 圖 8RS232接口電路 3． RS232 接口引腳定義 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 RS232 接口是 1970 年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì) （ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。 它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（ DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè) 25個(gè)腳的 DB25 連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。 DB25 的串口一般只用到的管腳只有 2（ RXD）、 3（ TXD）、 7（ GND）這三個(gè)，隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在 DB25 針很少看到了，代替他的是 DB9 的接口， DB9 所用到的管腳比 DB25 有所變化，是 2（ TXD）、 3（ RXD） 、 5（ GND）這三個(gè)。因此現(xiàn)在都把 RS232接口叫做 DB9。 4． RS232C 接口定義 (9 芯 ) 針腳 定義 符號(hào) 1 載波檢測(cè) DCD 2 接收數(shù)據(jù) RXD 3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR 5 信號(hào)地 SG 6 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 DSR 7 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 8 清除發(fā)送 CTS 9 振鈴提示 RI 的特點(diǎn) （ 1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕c TTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與 TTL 電路連 接。 （ 2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為 20Kbps；因此在“南方的老樹(shù) 51CPLD 開(kāi)發(fā)板”中，綜合程序波特率只能采用 19200，也是這個(gè)原因。 （ 3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 基于 MSP430 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 IAR MSP430 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 Workbench 中文使用說(shuō)明 IAR 系統(tǒng)嵌入式Workbench 是一種用于開(kāi)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(gè)方便的窗口界面用于迅速的開(kāi) 發(fā)和調(diào)試嵌入式 Workbench 支持多種不同的目標(biāo)處理器用戶用不同的目標(biāo)處理器開(kāi)發(fā)的工程 Projects 可以在工程的基礎(chǔ)上逐個(gè)規(guī)定目標(biāo)工程關(guān)于支持目標(biāo)處理器的更多的信息請(qǐng)與當(dāng)?shù)氐?IAR 銷售商聯(lián)系工具包括快速編譯器高效的連接器庫(kù)語(yǔ)法高亮度文本編輯器自動(dòng)的 Make 工具以及一個(gè)可選的的 CSPY 調(diào)試器 1. 嵌入式 Workbench IAR 系統(tǒng)嵌入式Workbench 提供以下特點(diǎn) 通用性 可在 Windows95 Windows NT 或 下運(yùn)行分層的項(xiàng)目 Project 表示直觀的用戶界面利用了 Windows95 的優(yōu)點(diǎn)只在必須時(shí)使用 Make 實(shí)用重新編譯程序重新匯編程序和連接文件嵌入式 Workbench 工具和編輯器的全集成支持阻滯和跌蕩全面的超文本幫助 嵌入式 Workbench 編輯器 C 程序的句法用文本格式和顏色顯示有力的搜套和置換命令包括多個(gè)文件搜索從出錯(cuò)列表直接跳轉(zhuǎn)到相關(guān)文件圓括號(hào)匹配自動(dòng)縮進(jìn)indentation 每個(gè)窗口的多級(jí)取消和恢復(fù) undo and 編譯器和匯編器項(xiàng)目在 Windows95 或 Windows NT 的背景下建立允許同時(shí)編輯 可以全局地設(shè)置選項(xiàng)對(duì)多源文件或?qū)为?dú)的源文件 運(yùn)用于 MSP430 處理器的 IAR 系統(tǒng) C 編譯器提供 C 語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)特性再加上許多為利用 MSP430 專用工具而設(shè)計(jì)的擴(kuò)展功能編譯器與 MSP430 IAR 系統(tǒng)匯編器一