用超低功耗MSP430單片機設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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(qū)動LED顯示的應(yīng)用設(shè)計，由于極好的應(yīng)用效果和很大的市場潛力，TI很快將其發(fā)展為通用單片機?，F(xiàn)已有X1XX、X3XX、X4XX幾個系列，并且還在不斷的發(fā)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(shù)，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(shè)備的應(yīng)用中表現(xiàn)出非常優(yōu)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(zhuǎn)換、片內(nèi)精密比較器、多個具有PWM功能的定時器、斜邊A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)USART、看門狗定時器、片內(nèi)數(shù)控振蕩器（DCO）、大量的I/O端口以及大容量的片內(nèi)存儲器，單片可以滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需要。MSP430的這種高集成度使應(yīng)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(shè)計真正意義上的單片系統(tǒng)。MSP430的片內(nèi)存儲器有ROM（C型）、OTP（P型）、EPROM（E型）、Flash Memory(F型)4種型號，采用馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)，因此，RAM、ROM和全部的外圍模塊都位于同一地址空間內(nèi)。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計所需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為油井測量設(shè)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(shù)據(jù)，編碼后由后端的換能器經(jīng)聲信道發(fā)射到地面，完成對油井的監(jiān)測。數(shù)據(jù)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(tǒng)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(shè)計數(shù)據(jù)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(chǎn)品，相對于其它的產(chǎn)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(chǎn)品。 MSP430提供多種晶振方案，設(shè)計采用了兩種時鐘輸入，4MHz的高頻晶振配置為CPU主系統(tǒng)工作時鐘，32.768KHz的看門狗為外圍系統(tǒng)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(qū)動A/D轉(zhuǎn)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(shè)計

MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡指令集和高透明指令的宗旨來設(shè)計的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的高效率的仿真指令。MSP430F149僅僅有27條內(nèi)核指令，使用起來非常方便。如下為初始化及觸發(fā)I/O端口電平的程序示例：

軟件完成數(shù)據(jù)采樣以及編碼發(fā)射的功能，因為油管聲信道的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)保持在較低的發(fā)射速率。如下為程序流程：

               圖2 軟件流程圖

參 考 文 獻

MSP430x1xx Family User's Guide. Texas Instruments.

MSP430系列超低功耗16位單片機原理與應(yīng)用. 胡大可. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社