基于MSP430單片機的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計
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數(shù)據(jù)采集是從一個或多個信號獲取對象信息的過程。隨著微型計算機技術的飛速發(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，廣泛應用于工農業(yè)等需要同時監(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獨立的單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)，作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分，數(shù)據(jù)采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)。本文設計的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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公司開發(fā)的16位單片機，其突出特點是強調超低功耗，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單片機內部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。由于該系列較高的性能價格比，應用日趨廣泛。
2 系統(tǒng)的基本組成和工作原理
在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計中為了提高系統(tǒng)智能化、可靠性和實用性，采用單片MCU和上位機傳輸?shù)姆椒?，即MCU運行在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠端，完成數(shù)據(jù)的采集、處理、發(fā)送和顯示，上位機則完成數(shù)據(jù)的接收、校驗及顯示，同時上位機可對遠端MCU進行控制，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，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以及其他6路分壓信號以供系統(tǒng)進行多路采樣，采用ICL8038精密信號發(fā)生芯片產生一頻率可變的正弦波，然后由LM331芯片實現(xiàn)頻率到電壓的轉換，之間還需對信號進行調理以符合系統(tǒng)要求。
3 系統(tǒng)硬件電路設計
系統(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(shù)發(fā)生器ICL8038，ICL8038函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢壘二極管等先進工藝制成的單片集成電路芯片，具有電源電壓范圍寬、穩(wěn)定度好、精度高等優(yōu)點，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時產生方波、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(jié)電位器P1即可使2腳輸出的正弦波信號頻率發(fā)生變化，實現(xiàn)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(jié)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的動態(tài)范圍寬，可達100 dB；線性度好，最大非線性失真小于O．01％，工作頻率低到0．1 Hz時尚有較好的線性度；轉換精度高，數(shù)字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個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(tǒng)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(jié)P1使Rs為12．8 kΩ左右即可，則當fi=200 Hz時Vo=O．22 V；當fi=2 kHz時，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產生的正弦波信號先經過1 μF電容高通濾波，再經A／D824反向放大2倍，然后經比較器，輸出對應頻率的方波信號，作為LM331的輸入。200 Hz～2 kHz的方波信號經過LM331頻率電壓變換芯片后，產生的信號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(tǒng)電源模塊
系統(tǒng)采用
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