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0340;选择在MSP430F169单片机应用中需要稳定的电压信号,因此必须提供电源电路,一般MSP430F169单片机的工作电压为1.8-3.6V,在这里本文采用3.3V工作电压.电源模块是系统硬件设计的重要组成部分,直接影响系统的精度和可靠性,输出质量高,稳压效果好,高效率和微功耗,可靠性强,微型化等是其设计原则.
本系统采用的是电源转换芯片TPS76330,德州仪器公司(TI)推出TPS76330芯片是150mA输出的低功耗,低压差线性稳压器.使用PMOS工艺,因此压差非常低,典型值为300mV/150mA.其静态电流仅为140uA.关断电流为1uA.其低压差和低功耗的特性,非常适合电池供电系统的应用.
TPS76330系列芯片采用小体积的SOT-23封装,工作温度范围-45℃～+125℃.TP376330的特性如下表3-1:
表3–1TPS76330的特性
150mA电流输出
电池供电系统
典型压差:300mV/150mA
手持设备
过温保护
低功耗计量仪表
过流保护
单片机应用等
关断时静态电流小于2uA
工作温度范围-45℃～+125℃
5管脚SOT-23封装
多种固定电压可选:5V,3.8V,3.3V,3.0V,2.8V,2.7V,2.5V,1.8V,1.6V和可调输出
3.3显示电路芯片的选择
本系统中直接采用LCD12864.
LCD12864-12(黄色背光)是一款具有4位/8位并行,2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级,二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块,其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字,和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单,方便的操作指令,可构成全文人机交互图形界面.可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显着特点.由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比,不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块.
引脚说明如下表3-2:
表3–2LCD12864引脚说明
管脚名称LEVEL功能1VSS0V电源地2VDD+5V电源正极3V0+5V对比度调节4RSH/L数据/命令选择5R/WH/L读/写选择6EH,H→L模块使能端7--14DB0--DB7H/L双向数据口15PSBH/LH:并行模式 L:串行模式16NC空脚17/RSTL自带复位,可悬空18NC空脚19LEDA+5VLED背光正极20LEDK
3.4D/A和A/D转换电路滤波放大电路的选择
在本系统中采用OPA333作为前置放大器,将采集的模拟信号进行放大,经过A/D转换,输出时该芯片又将模拟信号放大输出.如温度和音频信号.
OPA333是零漂移超低失调超低功耗放大器,功耗为最接近同类产品的1/10,工作电压1.8V-5.5V,可低到1.8V,失调电压2uV,漂移为0.02uV/度C,噪音为1.2uVpp,静态电流17uA,增益带宽350kHz,轨到轨输入/输出,微型SC70,SOT23封装,放大器可用在医疗设备,温度测试,测试设备,安全和消费类系统等等.
采用TI精准且高效能的混合讯号CMOS制程,它透过自动归零技术将偏移电压减至极小,而且几乎不会随着时间和温度变动.这颗组件的高阻抗输入提供超出供应电压100mV的共模范围,而Rail-to-Rail输出的讯号振幅则可达到供应电压的100mV范围内.这颗放大器可以使用单电源或双电源操作,电压范围从1.8V到5.5V.
OPA333拥有极高的共模拒斥比,又不像传统互补式输入级会出现交叉失真,因此可具备更强大的模拟数字转换器驱动能力,并且不会对转换器的差分线性特性造成影响.
3.5串口芯片的选择
串口接口单元是为了方便射频模块和PC的通信,通常可采用RS-232接口,USB接口,以太网接口等,其中RS-232接口是目前PC与通信工业中应用最广泛的一种串行接口.
本文使用RS-232接口,采用SP3220(3.3V)芯片实现RS-232电平与TTL电平之间的转换.SP3220芯片体积小且省电.或是选用MAX3221.
其引脚说明如下:
/EN:接受使能管脚
/SHDN:低功耗控制管脚
C1+,C1-:电压增倍的充电电容的正极和负极
C2+,C2-:倒置充电电容的正极和负极
V+,V-:由充电电容产生的5.5V的正极和负极
Vcc:电源管脚
GND:接地管脚
T1OUT:RS232的输入
T1IN:TTL/CMOS的输入
R1OUT:TTL/CMOS的输出
R1IN:RS232的输入
3.6电平转换电路
在硬件设计中要考虑3V逻辑系统和5V逻辑系统共存的问题,为了保证在混合系统中数据交换的可靠性,必须满足输入转换电平的要求,但又不能超过输入电压的限度.器件对加到输入脚或输出脚的电压通常是有限的.这些引脚由二极管或分离元件接到Vcc,为了避免元器件的损坏和数据的丢失,采用专用的电平转换器SN74LVC4245A芯片,它是一个8bit宽度的双向I/O电平转换器,BUS_B为3.3V数据,BUS_A为5V数据连接芯片,其中DIR决定数据方向.
4硬件电路图分析
4.1复位电路设计
系统复位电路的设计一定要使系统能够充分复位,在各种复杂情况下稳定可靠地工作,复位性能不好会影响系统的正常运行.MSP430单片机内部具有上电复位功能,在此系统中为了提高复位的可靠性,设计了外围复位电路,以确定系统能够准确无误的复位.现就复位电路罗列如下方案:
方案一,由于MSP430具有上电复位功能,因此,上点后只需保持RST/NMI(设置为复位功能)为高电平即可,通常的做法可在RST/NMI管脚上接100K欧的上拉电阻.
方案二,在(1)的基础上再接0.1uf的电容,电容的一端接地,可以使复位更加可靠.
方案三,在(2)的基础上,再在电阻上并接一个型号为IN4148的二极管,形成回路来进行放电,可以可靠的实现系统断电后立即上电.此方案具有电路简单,可靠性强的特点.能够有效的复位.
方案四,用一复位芯片进行复位.如自检测复位芯片(SP809).
比较以上四种方案,前三种方案比较可见方案三更具有可靠性,能保证电平下降到最低复位电平一下和有充分的低电平时间,来有效的复位.已经达到了复位要求.用复位芯片,虽然可靠性更高,但是造价高.第三种方案和第四种方案
比较,第三种方案的性价比更高.本系统就是采用的第三种方案.电路图如4-1
图4–1复位电路图
S1为手动复位开关,方便对系统的调试,C1可避免高次谐波对电路的干扰.
4.2电源电路的设计
MSP430系列的典型工作电压是3.3V,而目前一个系统中的主电源电压常常是5V.因此在一个混合系统中首先要解决5V到3.3V的电压转换问题.通常可
以采用以下几种办法:
【方案一】:采用低电压差线形稳压芯片(LDO) 线形稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片,基本上不要外围元件.但是传统的线形稳压器,如78xx系列都要求输入电压要比输出电压高2V~3V以上,否则不能正常工作,所以78xx系列已经不能够满足3.3V电源设计要求.面对低电压电源的需求,许多电源芯片公司推出了低压差线形稳压器LDO(LowDropoutRegulator).这种电源芯片的压差只有1.3V~0.2V,可以实现5V转3.3V/2.5V,3.3V转2.5V/1.8V等要求.生产LDO的公司很多,常见的有:ALPHA,LT(LinearTechnology),NS(Nationalsemiconductor),TI等.
低压差线性电源器件是一种较常用的线性稳压电路.在保证输出稳定电压情况下,输入电压与输出之间有着较小的电压差.所以它可以在较低电压输入的情下能够输出稳定的电压.他的工作原理主要跟串联型稳压电源类似,都是通过一个电压调整管和输出负载相串联.然后通过输出端的电阻取样反馈到芯片内部的比较器中与基准电压相比较来调整调整管的电压输出.在这个拓扑结构中,很大部分的功耗会发生在那个主要的电压调整管身上,这是产生芯片主要功耗的地方(其他电路相对较小很多).由于现在的半导
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