基于MSP430單片機的多路數據采集系統的設計
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數據采集是從一個(gè)或多個(gè)信號獲取對象信息的過(guò)程。隨著(zhù)微型計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數據采集監測已成為日益重要的檢測技術(shù)，廣泛應用于工農業(yè)等需要同時(shí)監控溫度、濕度和壓力等場(chǎng)合。數據采集是工業(yè)控制等系統中的重要環(huán)節，通常采用一些功能相對獨立的單片機系統來(lái)實(shí)現，作為測控系統不可缺少的部分，數據采集的性能特點(diǎn)直接影響到整個(gè)系統。本文設計的多路數據采集系統采用MSP430系列單片機作為MCU板的核心控制元件。MSP430系列單片機是由TI公司開(kāi)發(fā)的16位單片機，其突出特點(diǎn)是強調超低功耗，非常適合于各種功率要求低的場(chǎng)合。該系統采樣電路采用MSP430單片機內部12位的A／D，使系統具有硬件電路得以簡(jiǎn)單化，功耗低的特點(diǎn)。由于該系列較高的性能價(jià)格比，應用日趨廣泛。
2 系統的基本組成和工作原理
在本數據采集系統的設計中為了提高系統智能化、可靠性和實(shí)用性，采用單片MCU和上位機傳輸的方法，即MCU運行在數據采集系統的遠端，完成數據的采集、處理、發(fā)送和顯示，上位機則完成數據的接收、校驗及顯示，同時(shí)上位機可對遠端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，該單片機比80C51功能要強大許多，他內部不僅有8路12位A／D，而且還帶LCD的驅動(dòng)，節省了不少外圍電路。本系統現場(chǎng)模擬一正弦波信號以及其他6路分壓信號以供系統進(jìn)行多路采樣，采用ICL8038精密信號發(fā)生芯片產(chǎn)生一頻率可變的正弦波，然后由LM331芯片實(shí)現頻率到電壓的轉換，之間還需對信號進(jìn)行調理以符合系統要求。
3 系統硬件電路設計
系統硬件總體框圖如圖1所示。本系統由模擬板和MCU板2塊板組成，模擬板包括系統電源、正弦波信號發(fā)生模塊、頻率電壓轉化模塊、信號調理模塊和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。
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3．1 正弦信號發(fā)生模塊
正弦信號發(fā)生模塊主要采用集成函數發(fā)生器ICL8038，ICL8038函數發(fā)生器是采用肖特基勢壘二極管等先進(jìn)工藝制成的單片集成電路芯片，具有電源電壓范圍寬、穩定度好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波。ICL8038及外圍電路如圖2所示，由8腳輸入外部控制電壓，調節電位器P1即可使2腳輸出的正弦波信號頻率發(fā)生變化，實(shí)現外部壓控振蕩。10，11腳之間接0．01 μF的振蕩電容，4，5腳接電阻和電位器，調節正弦波失真度。
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3．2 頻率電壓變換模塊
頻率電壓變換模塊的設計采用集成芯片LM331，LM331采用新的溫度補償能隙基準電路，在整個(gè)工作溫度范圍內和低到5．O V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達100 dB；線(xiàn)性度好，最大非線(xiàn)性失真小于O．01％，工作頻率低到0．1 Hz時(shí)尚有較好的線(xiàn)性度；轉換精度高，數字分辨率可達12位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構成V／F或F／V等變換電路，并且容易保證轉換精度。本系統中的所設計的頻率電壓變換電路如圖3所示。
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調節P1使Rs為12．8 kΩ左右即可，則當fi=200 Hz時(shí)Vo=O．22 V；當fi=2 kHz時(shí)，Vo=2．22 V。
3．3 信號調理模塊
信號調理模塊包括信號放大整形電路和信號放大調理電路。圖4為采用A／D824設計的信號放大整形及調理電路。圖4(a)中由ICL8038產(chǎn)生的正弦波信號先經(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，輸出對應頻率的方波信號，作為L(cháng)M331的輸入。200 Hz～2 kHz的方波信號經(jīng)過(guò)LM331頻率電壓變換芯片后，產(chǎn)生的信號Vo為O．22～2．22 V，為符合200 Hz～2 kHz對應于1～5 V，故需對Vo進(jìn)行調理，方案中的運算電路如圖4(b)所示。
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3．4 系統電源模塊
系統采用
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