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本文介紹了一種用TI的新型單片機MSP430設計的數據采集系統，利用了MSP430超低功耗和高集成度的優點，該系統非常適合于電池供電和空間受限的工作環境以及便攜式應用場合。 1 MSP430單片機簡介 MSP430是TI公司近幾年推出的16位系列單片機，其最早是面向于驅動LED顯示的應用設計，由于極好的應用效果和很大的市場潛力，TI很快將其發展為通用單片機。現已有X1XX、X3XX、X4XX幾個系列，并且還在不斷的發展。MSP430作為一種新型的單片機，采用了TI公司最新的低功耗技術，使其在眾多的單片機中獨樹一幟。MSP430工作在1.8～3.6V電壓下，有正常工作模式（AM）和4種低功耗工作模式（LPM1、LPM2、LPM3、LPM4），在電源電壓為3V時，各種模式的工作電流分別為AM：340uA、LPM1：70uA、LPM2：17uA、LPM3：2uA、LPM4：0.1uA。單片機可以方便的在各種工作模式之間切換。MSP430的超低功耗使其在電池供電、便攜式設備的應用中表現出非常優良的特性。MSP430也具有非常高的集成度，單片集成了多通道12bit的A/D轉換、片內精密比較器、多個具有PWM功能的定時器、斜邊A/D轉換、片內USART、看門狗定時器、片內數控振蕩器（DCO）、大量的I/O端口以及大容量的片內存儲器，單片可以滿足絕大多數的應用需要。MSP430的這種高集成度使應用人員不必在接口、外接I/O及存儲器上花太多的精力，而可以方便的設計真正意義上的單片系統。MSP430的片內存儲器有ROM（C型）、OTP（P型）、EPROM（E型）、FlashMemory(F型)4種型號，采用馮.諾伊曼結構，因此，RAM、ROM和全部的外圍模塊都位于同一地址空間內。 2 數據采集系統硬件設計 本設計所需要的數據采集系統為油井測量設備的井下部分，其安裝在幾千米深的油管底部，通過前端的傳感器采集油井的溫度和壓力數據，編碼后由后端的換能器經聲信道發射到地面，完成對油井的監測。數據采集部分采用蓄電池供電，并要求在井下工作半年到一年的時間，因此，低功耗是整個系統的首要工作條件。另外，受油管可利用空間的限制，整個電路面積也要求盡量小。綜合上述兩點，采用MSP430單片機設計數據采集部分為很好的選擇。MSP430F149為x1xx系列中硬件集成度最高的產品，相對于其它的產品，它有了硬件乘法器、48個I/O端口、更多的定時器（10個）、更多的USART端口（2個）以及高達60KB的Flash、2KB的RAM，為MSP430系列中的首選產品。MSP430提供多種晶振方案，設計采用了兩種時鐘輸入，4MHz的高頻晶振配置為CPU主系統工作時鐘，32.768KHz的看門狗為外圍系統工作時鐘。輸入通道為兩路儀表放大器通路，輸出通道為兩路SPI驅動A/D轉換芯片，同時，I/O端口提供電平控制。雙面PCB板面積為6.5cm×4.5cm。如下為原理圖： 圖1 電路原理圖 3 軟件設計MSP430的內核CPU結構是按照精簡指令集和高透明指令的宗旨來設計的，使用的指令有硬件執行的內核指令和基于現有硬件結構的高效率的仿真指令。MSP430F149僅僅有27條內核指令，使用起來非常方便。如下為初始化及觸發I/O端口電平的程序示例： 軟件完成數據采樣以及編碼發射的功能，因為油管聲信道的復雜性，數據保持在較低的發射速率。如下為程序流程： 圖2 軟件流程圖 |
