基于MSP430F169的多路電阻測量系統(tǒng)設(shè)計

摘要：針對實(shí)際測量工作中經(jīng)常遇到的多路電阻難以測量的問題，設(shè)計了一種新型的多路電阻測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用2個MSP430F169單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，提高了測量的精確度和穩(wěn)定性。從機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的測量、采集、計算與分析，主機(jī)負(fù)責(zé)儲存、控制、顯示以及和上位機(jī)的通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊具有低功耗、高精度、便攜式等特點(diǎn)，特別適用于工作現(xiàn)場測量。系統(tǒng)的設(shè)計也為雙處理器系統(tǒng)的研究打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：MSP430F169；I2C總線；多路電阻；測量系統(tǒng)

0 引言
在實(shí)際工作中，對于多路電阻進(jìn)行測量，一般采用直接測量法人工操作進(jìn)行，雖然這種方法很成熟，但所用的配套設(shè)備較多，測量數(shù)據(jù)手工紀(jì)錄、人工計算，操作繁瑣、效率較低，事后的數(shù)據(jù)處理及出具測量報告既費(fèi)時又費(fèi)力，易出現(xiàn)人為因素造成的錯判、漏判等，難以保證測量質(zhì)量，影響了科研、實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)任務(wù)的順利進(jìn)行。針對這些問題本文設(shè)計了一種基于MSP430單片機(jī)的電阻多路測量系統(tǒng)，系統(tǒng)采用2個MSP430F169單片機(jī)，利用該型號單片機(jī)自身集成的I2C通信模塊實(shí)現(xiàn)雙單片機(jī)系統(tǒng)。使用雙機(jī)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性，提高了測量的精度的和穩(wěn)定性。該多路電阻測量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、功耗低等特點(diǎn)，其測量范圍為10μΩ～3 kΩ、測量精度為0．2％?？捎糜诳茖W(xué)研究和工程運(yùn)用等領(lǐng)域，具有較強(qiáng)的實(shí)用價值。系統(tǒng)的設(shè)計思想和方法也是對雙單片機(jī)系統(tǒng)研究的有益的嘗試，為后續(xù)的研究打下基礎(chǔ)。

1 多路電阻測量系統(tǒng)簡介
1．1 MSP430單片機(jī)
MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器(TI)推出的一種16位超低功耗單片機(jī)。該系列單片機(jī)具有運(yùn)算能力強(qiáng)，片內(nèi)外設(shè)豐富，低電壓，超低功耗，速度快，效率高等特點(diǎn)。其電源電壓采用1．8～3．6 V低電壓，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅為0．1μA，活動模式耗電250μA／MIPS，I／O輸入端口的最大漏電流僅為50 nA，單片機(jī)系統(tǒng)有一種活動模式和5種低功耗模式，并且各種模式間可以自由切換。采用矢量中斷，支持十多個中斷源，并可任意嵌套，用中斷請求將CPU喚醒只需6μs。具備精簡指令集合和較高的處理速度，大量的片內(nèi)寄存器可以參加運(yùn)算。有豐富的I／O接口，支持JATG在線編程和調(diào)試。其中，MSP430F169單片機(jī)集了64 KB的FLASH ROM和2 KB的RAM，在多數(shù)應(yīng)用場合無需為處理器另外擴(kuò)展ROM，也無需擴(kuò)展RAM，片內(nèi)具有雙通道的串行數(shù)據(jù)接口(USART模塊)，可以實(shí)現(xiàn)UART，SPI和I2C三種通信模式。雙單片機(jī)之間采用USART0串行通信模塊實(shí)現(xiàn)I2C主從式通信，可以使系統(tǒng)通信簡單高效。
1．2 系統(tǒng)框圖
本系統(tǒng)為基于雙MSP430F169單片機(jī)多路電阻測量系統(tǒng)。使用2個MSP430F169單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，從機(jī)MSP430F169利用自帶的8路A／D通道實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的測量、采集并對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算與分析，主機(jī)MSP430F169負(fù)責(zé)儲存、控制、顯示以及和上位機(jī)的通信。利用MSP430F169單片機(jī)的固有的USART模塊，采用I2C總線進(jìn)行串行通信，實(shí)現(xiàn)處理器之間的命令控制和數(shù)據(jù)交換。電阻測量電路采用恒流源測量電阻，將待測電阻接入恒流源電路，對電阻兩端施加恒定電流，在電阻兩端形成穩(wěn)定的壓降。由于電阻兩端輸出的電壓值比較小，需要通過放大電路對電壓進(jìn)行放大。通過單片機(jī)自帶的A／D接口對待測電壓進(jìn)行采集，由歐姆定律算出相應(yīng)的阻值，再除以放大倍數(shù)，即可得到待測小電阻的阻值。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件電路的設(shè)計
系統(tǒng)硬件電路主要由從單片機(jī)恒流源電路和主單片機(jī)電路組成，主單片機(jī)電路部分主要實(shí)現(xiàn)控制、顯示、存儲、與上位機(jī)通信等功能，硬件電路比較簡單限于篇幅不再累述。從單片機(jī)恒流源電路主要由電流源電路、放大器電路和跟隨器電路組成。以下著重對系統(tǒng)的從單片機(jī)恒流源電路的設(shè)計進(jìn)行介紹。