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MSP430的手持式儀器核心模塊設(shè)計

作者: 時間:2009-05-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘 要 介紹了基于嵌入式系統(tǒng)的硬件及軟件的與實現(xiàn)。由嵌入式處理器F449和Flash AT45DB04lB構(gòu)成基本系統(tǒng);由16位A/DAD7705作為主要測量部件;用128×64像素LCD圖形顯示器和CH452鍵盤電路實現(xiàn)人機對話;用專用電源芯片4路低功耗、高可靠性電源,并為了通用功能函數(shù)。
關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) LCD圖形顯示器 AD7705 AT45DB041B

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/181413.htm


引 言
手持式儀器是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的重要領(lǐng)域,手持式儀器具有便于攜帶、操作方便、LCD顯示清晰等優(yōu)點。本文結(jié)合手持式電量測量儀開發(fā)項目,設(shè)計了以MSP430F449為的手持式儀器。系統(tǒng)采用16位A/DAD7705和128×64像素LCD圖形顯示器設(shè)計互動式圖形用戶界面,用于顯示測量結(jié)果數(shù)字和圖形。符合人體工程學(xué)的按鍵和易于操作的菜單,實現(xiàn)了儀器的4按鍵圖形菜單操作。設(shè)計了對測量數(shù)據(jù)進行分析處理并實時存儲的應(yīng)用軟件。儀器具有測量精度高、數(shù)據(jù)處理能力強、信息容量大、智能化、體積小、功耗低等特點,適合于電池供電的工作環(huán)境。


1 核心硬件設(shè)計
1.1 16位嵌入式處理器MSP430F449單片機
德州儀器公司的MSP430系列單片機是一種16位超低功耗微處理器,低供電電壓范圍為1.8~3.6 V,1 MHz時鐘運行時耗電電流在O.1~400 μA之間,并具有多種低功耗模式,關(guān)斷模式下耗電僅為0.1μA;從中斷請求到CPU喚醒只要6μs;具有豐富的片內(nèi)資源。本系統(tǒng)中選用的是MSP430F449單片機,該單片機具有5種節(jié)電模式(LPM0~LPM4),1 MHz下工作電流O.1~280μA,具有2個16位和1個8位定時器;具有1個12位A/D,2個串行通信接口,可通過軟件選擇UART/SPI模式;Flash存儲器多達60 KB,RAM多達2 KB。手持式儀器核心模塊基本組成的硬件電路框圖如圖l所示。

1.2 Flash數(shù)據(jù)存儲器
由于系統(tǒng)要存放大量的數(shù)據(jù),因此需要大容量的存儲芯片??蛇x用的存儲芯片主要有EEPROM、Flash、FRAM等類型。FRAM存儲器雖然擦寫次數(shù)無限制但其價格昂貴,EEPROM、Flash型存儲芯片雖有擦寫次數(shù)的限制但價格較低,其中Flash存儲容量更大。本文選用AT45DB041B串行Flash芯片作為數(shù)據(jù)存儲器。AT45DB041B與AT45DB04l、AT45DB041A完全兼容,但供電電壓更低,為2.5~3.6 V或者2.7~3.6 V,功耗更低,且封裝尺寸和引腳數(shù)更少。該存儲器主存儲頁容量為4 Mb,共分為2 048頁,每頁容量為264字節(jié),此外還具有2個264字節(jié)的緩存(BUFFERl、BUFFER2),在主存被編程時仍可接收數(shù)據(jù)。它采用SPI串口模式0~3可與任何單片機或微機進行通信,幾乎無需外接元器件。電路開發(fā)較為簡單,而且數(shù)據(jù)存儲量大,安全性較好。
1.3 16位A/D轉(zhuǎn)換器AD7705
模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇ADI公司的16位∑一△A/D轉(zhuǎn)換器AD7705。該器件提供雙三通道、低成本、高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。由于采用∑一△結(jié)構(gòu)并具有可編程增益放大器,應(yīng)用于低頻測量的模擬前端,可以直接接收來自傳感器的低電壓輸入信號,實現(xiàn)16位無丟失代碼并產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。當電源電壓為3.3 V,基準電壓為1.225V時,可處理O~10mV或O~1.225 V的單極性模擬輸入信號;雙極性模擬輸入信號范圍是±10 mV及±1.225V,無需外部儀表放大器,簡化了儀器硬件電路的設(shè)計。AD7705工作電壓為2.7~3.3 V,與系統(tǒng)CPUMSP430F449的3.3 V端口電壓兼容,可直接與MSP430F1449連接。AD7705的CMOS功耗極低,3 V電壓時最大功耗為1 mW。器件帶有節(jié)電模式,方便電池供電。AD7705能確保14位的準確度,分辨率達到小數(shù)點后4位,滿足系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)小數(shù)點后3位的準確性要求。在本儀器核心電路設(shè)計中,采用MSP430F449的并行口模擬SPI串行口時序,實現(xiàn)對AD7705的操作。在AD7705的PCB設(shè)計時,應(yīng)避免在器件下布置數(shù)字信號線,否則會導(dǎo)致片內(nèi)噪聲成倍增加。同時,應(yīng)注意模擬地與和數(shù)字地在一點接地。


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