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TAGEmulator,MAX3221EAE(SP3220)serialchip,TPS763基于16位单片机MSP430F169的数据采集系统设计
1绪论
单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面,单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法.从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能用单片机通过软件方法来实现了.这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是传统控制技术的一次革命.
由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用,世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机.
随着微型计算机技术的飞速发展和普及,数据采集系统也迅速地得到应用.在生产过程中,应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集,监视和记录,以便提高产品质量,降低成本提供信息和手段.在科学研究中,应用数据采集系统可获得大量的动态信息,是研究瞬态物理过程的有力工具,也是获取科学奥秘的重要手段之一,它将提高人们对各种瞬态现象进行研究的能力.
在单片机家族的众多成员中,虽然MSP430系列单片机推出时间不是很长,但由于其卓越的性能,在短短几年时间里发展极为迅速,应用也日趋广泛.MSP430系列单片机以高可靠性和高性能价格比,迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场,成为国内单片机应用领域中的主流.
本文的设计正是以MSP430这一高性能单片机为核心,设计具有低噪声与高可靠性,电路简单,高性能化,低功耗,低电压的开发板,便于学校学生以及初学者对此单片机的学习和应用,丰富实验室的建设.
1.1单片机的研究现状和发展趋势
单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展,但对处理器的综合性能要求也越来越高.综观单片机的发展,以应用需求为目标,市场越来越细化,充分突出以"单片"解决问题,而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心,外扩各种接口构成各种应用系统.单片机系统作为嵌入式系统的一部分,主要集中在中,低端应用领域(嵌入式高端应用主要由DSP,ARM,MIPS等高性能处理器构成),在这些应用中,目前也出现了一些新的需求,主要体现在以下几个方面:
(1)以电池供电的应用越来越多,而且由于产品体积的限制,很多是用钮扣电池供电,要求系统功耗尽可能低,如手持式仪表,水表,玩具等.
(2)随着应用的复杂,对处理器的功能和性能要求不断提高.既要外设丰富,功能灵活,又要有一定的运算能力,能做一些实时算法,而不仅仅做一些简单的控制.
(3)产品更新速度快,开发时间短,希望开发工具简单,廉价,功能完善,特别是仿真工具要有延续性,能适应多种MCU,以免重复投资,增加开发费用.
(4)产品性能稳定,可靠性高,既能加密保护,又能方便升级.
预计其今后的发展趋势不外乎在以下几个方面:
①微控制器的CPU核仍以CISA为主,但向RISA演化,
②提升指令执行速度,
③集成大容量片上FLASH存储器,实现ISP,IAP,
近几年,位徽控制器竞相采用FLASH存储器,这已成趋势.因为它集成密度高,价格便宜,技术先进可以取代PROM,EPROM,OTP和EEPROM等.
④普遮使用混合信号(数字一模拟)相混合集成技术,
用CMOS工艺将数字和模拟电路集成于同一个片上的技术已经成熟,有力地削减了片外的附加器件,提高了性能和缩短了产品上市时间.如片上集成12位A/D,上电复位/掉电检测,捕捉/比较,锁相环,8*8硬件乘法器,以及USB,CAN总线接口等.
⑤增加可联网的外设接口,
⑥追求低电压,低功耗,低价位,LPG(少腿芯片),
降低工作电压无疑可以成平方地降低功耗.所以开始出现多电压供电的微控制器,CPU部分工作于1.5V至2.5V,而I/O口工作于3.3V到5V.为实现低功耗,应尽可能多地将片外器件集成于同一个片上,这样便于一同暂停,一同休眠或部分运行.
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势发展,将是进一步向着CMOS化,低功耗,小体积,大容量,高性能,低价格和外围电路内装化等几个方面发展.它们的CPU功能在增强,内部资源在增多,引角的多功能化,以及低电压低功耗.
1.2MSP430单片机的性能简介
在运算速度方面,MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下,实现125us的指令周期.16位的数据宽度,125us的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合,能实现数字信号处理的某些算法(如FFT等).MSP430系列单片机的中断源较多,并且可以任意嵌套,使用时灵活方便.当系统处于省电的备用状态时,用中断请求将它唤醒只需6us.
其主要特性如下: 1,超低功耗:MSP430系列单片机之所以有超低的功耗,是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处.首先,MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V电压.因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时,芯片的电流会在0.1-400uA之间.其次,独特的系统时钟系统的设计.在MSP430系列中有两种不同的系统时钟系统:基本时钟系统和锁频环(FLL和FLL+)时钟系统.有的使用一个晶体振荡器(32768Hz),有的使用两个晶体振荡器(一个为32768Hz,另一个为高频振荡器).由系统时钟系统产生CPU和各功能模块所需的时钟.并且这些时钟可以在指令的控制下,打开和关闭,从而实现对总体功耗的控制.由于系统运行时打开的功能模块不同,即采用不同的工作模式,芯片的功耗有着显着不同.在系统中共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM0-LPM4).在等待方式下,耗电为0.7uA,在节电方式下,最低可达0.1uA.系统工作稳定,上电复位后,首先由DCOCLK启动CPU,以保证程序从正确的位置开始执行,保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间.然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率.如果晶体振荡器在用作CPU时钟MCLK时发生故障,DCO会自动启动,以保证系统正常工作.如果程序跑飞,可用看门狗将其复位. 2,丰富的片上外围模块:MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设.它们分别是看门狗(WDT),模拟比较器A,定时器A(Timer_A),定时器B(Timer_B),串口0,1(USART0,USRAT1),硬件乘法器,液晶驱动器,10位/12位ADC,14位ADC(ADC14),12位DAC,I2C总线,直接数据存取(DMA),端口0(P0),端口1~6(P1~P6),基本定时器(BasicTimer)等的一些外围模块的不同组合.其中,看门狗可以使程序失控时迅速复位,模拟比较器进行模拟电压的比较,配合定时器,可以设计为A/D转换器,16位定时器(Timer_A和Timer_B)具有捕获/比较功能,大量的捕获/比较寄存器,可用于事件计数,时序发生,PWM等,有的器件更具有可实现异步,同步及多址访问的串行通信接口,可方便地实现多机通信等应用,具有较多的并行端口,最多达6*8条I/O口线,P1,P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入,12/14位硬件A/D转换器有较高的转换速率,最高可达200kbps,能满足大多数数据采集应用,能直接驱动液晶多达160段,实现两路的12位D/A转换,硬件I2C串行总线接口,实现存储器串行扩展,以及为了增加数据传输速度,而采用直接数据传输(DMA)模块.MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便. 3,方便高效的开发
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