MSP430單片機(jī)在測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言
    單片機(jī)(或微控制器)技術(shù)已滲透到生活的方方面面，廣泛應(yīng)用于家用電器、通信、測試等領(lǐng)域。因此該技術(shù)正積極影響著人們的生活。這里給出一種基于MSP430單片機(jī)的測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)。MSP430系列單片機(jī)是TI公司生產(chǎn)的超低功耗混合信號控制器，其靈活的時(shí)鐘源選擇可最大限度的延長電池壽命，內(nèi)部集成有豐富的外圍模塊，該系列單片機(jī)不同型號針對不同應(yīng)用領(lǐng)域。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2．1 存儲測試原理簡介
    存儲測試技術(shù)是一種70年代開始的新的測試方法。存儲測試是在對被測對象無影響或影響在允許范圍的條件下，在被測體內(nèi)放置微型數(shù)據(jù)采集與存儲測試儀，現(xiàn)場實(shí)時(shí)完成信息的快速采集與記憶，事后回收記錄儀，由計(jì)算機(jī)處理和再現(xiàn)測試信息的一種動態(tài)測試技術(shù)。
2．2 系統(tǒng)工作原理
    圖1是基于MSP430系列單片機(jī)的測試系統(tǒng)的原理框圖。該測試系統(tǒng)具有可編程設(shè)置功能，觸發(fā)信號啟動單片機(jī)進(jìn)入采樣狀態(tài)，以一定的采樣頻率采樣A／D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，其采樣頻率由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器確定，采樣數(shù)據(jù)通過單片機(jī)內(nèi)部12位A／D轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，再存入存儲器。當(dāng)該測試系統(tǒng)回收時(shí)，可通過RS232串口直接與計(jì)算機(jī)通信，將數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，以便后續(xù)處理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮設(shè)計(jì)要求、所用器件性能、電磁兼容性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、可操作性、工作可靠性等因素。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括傳感器，模擬適配電路，MSP430單片機(jī)采集、存儲單元，以及接口單元等。來自于傳感器的信號經(jīng)模擬適配電路后進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換結(jié)果由單片機(jī)的I／O口存入存儲器。采用串口異步 RS232通信接口讀取數(shù)據(jù)。測試完成后，通過計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的通信、顯示、處理等功能。其中電源管理部分由單片機(jī)控制向存儲器和模擬電路供電，這樣可延長電池壽命。采用單片機(jī)片內(nèi)的A／D轉(zhuǎn)換器不僅降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，還提高系統(tǒng)的可靠性，從而避免接口設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)減小PCB板面積。
    該系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)采用RS232串口異步通信。系統(tǒng)采用MAX232器件實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)接口的轉(zhuǎn)換，其中在其引腳C1+、C1-、C2+、C2-、V+ 和V-處分別連接1只0．1μF的電容實(shí)現(xiàn)充電，以滿足相應(yīng)的充電泵要求。引腳T1OUT、T1IN、R1OUT和R1IN分別是RS232轉(zhuǎn)換發(fā)送和接收的輸出與輸入引腳，可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的TTL電平與上位機(jī)接口電平轉(zhuǎn)換。為減小輸入端干擾，還需在該器件的電源輸入引腳處接1只0．1 μF的電容，實(shí)現(xiàn)濾波。MAX232采用0.3～6 V的供電電壓；與計(jì)算機(jī)接口的引腳R1IN和T1OUT上的電平分別為±30 V和±15 V，與單片機(jī)接口的引腳T1IN和R1OUT上的電平分別為-0．3 V～(Vcc為-0.3 V)和0.3 V～(Vcc為+0．3 V)。單片機(jī)采用3.3 V供電，因此MAX232的供電電壓Vcc采用3．3 V．如圖2所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    軟件設(shè)計(jì)也是測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，軟件設(shè)計(jì)的一般過程為：明確軟件設(shè)計(jì)任務(wù)；按功能劃分程序模塊并繪出流程圖；選擇程序設(shè)計(jì)語言并編程；調(diào)試程序。
    狀態(tài)設(shè)計(jì)是根據(jù)被測對象的運(yùn)動規(guī)律確定存儲測試系統(tǒng)狀態(tài)組織結(jié)構(gòu)的過程。它是實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是建立基型存儲測試系統(tǒng)的有效手段。狀態(tài)設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)思想清晰地貫穿于設(shè)計(jì)和調(diào)試的始終，可以不同程度的簡化原本復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程。
    系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換：系統(tǒng)接通電源后，單片機(jī)處于知更狀態(tài)，等待采樣開始信號，此時(shí)系統(tǒng)處于超低功耗狀態(tài)，消耗的電流僅約1μA。觸發(fā)信號到來后，系統(tǒng)開始循環(huán)采樣，采樣完畢，存儲器計(jì)滿數(shù)據(jù)后，就停止采樣進(jìn)入低功耗的等待讀數(shù)狀態(tài)。在等待讀數(shù)狀態(tài)時(shí)，接讀數(shù)端口，當(dāng)單片機(jī)的I/O端口接收到計(jì)算機(jī)發(fā)送的上升沿后，就開始向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，即先從存儲器中將數(shù)據(jù)讀人單片機(jī)，然后再由單片機(jī)的串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)，發(fā)送完畢后再次進(jìn)入低功耗狀態(tài)。圖3是系統(tǒng)狀態(tài)圖。

5 測試結(jié)果
    系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)由信號發(fā)生器給出頻率為1 Hz的正弦波，數(shù)據(jù)采集完畢后讀數(shù)情況如圖4所示。系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)觸發(fā)和采樣過程。圖4是通過實(shí)驗(yàn)得到的單通道測試波形圖，得到的輸出與所給的輸入信號完全一致，充分說明此方案是可行的。

6 結(jié)束語
    采用MSP430系列單片機(jī)設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)，利用MSP430系列單片機(jī)內(nèi)部提供的12 bit的A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這種方式大大簡化電路設(shè)計(jì)，并能使測量結(jié)果達(dá)到較高精度；而且由于MSP430系列單片機(jī)超低功耗的設(shè)計(jì)，使測試系統(tǒng)具有體積小，低功耗，抗干擾能力強(qiáng)，無引線等特點(diǎn)。