基于msp430单片机数据采集系统设计

基于msp430单片机数据采集系统设计内容摘要：

厂家要加大资金的投入，努力扩大生产规模，向规模要效益。 由于国内生产厂家起步比较晚，规模小，资金少，底子薄，技术力量相对落后，因此，要想同 基于 MSP430 单片机数据采集系统设计 6 国外知名品牌一竞高低，就 必需加大资金的投入，以形成生产规模，降低生产成本，走集约经营之路。 这样我们就可以降低产品价格，增加竞争实力，逐步占领市场，创造良好的经济效益，如此往复，才能真正实现规模经营。 2．用户选择的基本原则 分析市场调查和产品评测的结果，我们不难发现：因为便携式数据采集器的优越性，使用和购买者将越来越多。 在未来一定时期内，正是便携式数据采集器大规模发展的有利时期，其市场会不断壮大。 这样就为用户购买便携式数据采集器提供了一个极好的机会。 那么，用户应当如何根据自己的情况来购买合适的便携式数据采集器呢。 这是一个综合性 的问题，应从多方面予以考虑。 (1)适用范围 根据自身的不同情况，应当选择不同的便携式数据采集器。 如应用在比较大型的、立体式仓库，由于有些商品的存放位置较高，离操作人员较远，我们就应当选择扫描景深大，读取距离远，且首读率较高的采集器。 而对于中小型仓库，在此方面的要求不是很高，可选择一些功能齐备。 便于操作的采集器。 对于用户来说，便携式数据采集器的选择最重要的一点是 “ 够用 ” ，而不要盲目购买价格贵、功能强的采集系统。 (2)译码范围 译码范围是选择便携式数据采集器的又一个重要指标。 一般情况下，采集器都可以识别几种 或十几种不同码制，但种类有很大差别，因此，用户在购买时要充分考虑到自己实际应用中的编码范围，来选取合适的采集器。 接口要求 采集器的接口能力是评价其功能的一个重要指标，也是选择采集器时重点考虑的内容。 用户在购买时要首先明确自己原系统的环境，再选择适应该环境和接口方式的采集器。 (3)对首读率的要求 首读率是数据采集器的一个综合性指标，它与条码符号的印刷质量、译码器的设计和扫描器的性能均有一定关系。 首读率越高，其价格也必然高。 在商品的库存(盘点 )中，可采用便携式数据采集器，由人工来控制条码符号的重复扫描，对首读率的要求并不严格，它只是工作效率的量度而已。 因此，在选择采集器时要根据自己的实际情况和经济能力来购买 “ 物美价廉 ” 的采集器。 (4)价格 选择便携式数据采集器时，其价格也是应关心的一个问题。 采集器由于其功能不同，价格会产生很大差异。 因此，在购买采集器时要注意产品的性能价格比，以满足应用系统要求且价格较低者为选购对象。 基于 MSP430 单片机数据采集系统设计 7 面对国内日益壮大的便携式数据采集器市场和国外著名生产厂家的有力竞争，我们的企业要想扭转目前的不利局面而有所作为的话，就必须在加强自身建设、提高产品技术含量的同时 ，把握时代脉搏，看准便携式数据采集器的发展趋势，大胆开发新产品、新技术，从而走在时间的前列，迎头赶上甚至超过国际先进水平。 下面是我们根据本次产品评测的结果，对便携式数据采集器的发展趋势所做的初步分析和预测。 便携式数据采集器的主要性能指标包括外观、配置、屏幕、性能、兼容性。 电池供电时间、文档、价格等诸多方面。 要想了解它的发展主流，我们可以从这几方面人手，来进行描述。 便携式数据采集器的外观包括产品包装情况，中文标识情况、开启方式以及方便程度等。 其机体应当光滑，颜色搭配醒目，小巧方便，结构紧凑；大显示屏， 显示灯。 键盘、触发键的数量、大小、位置布局合理；电源开关明显，按键、触发键的响应时间短，操作方便，手感好。 便携式数据采集器的配置是表示其性能的关键参数。 随着电子元件技术的不断发展，便携式数据采集器的配置情况越来越高档，使得它具备了更强的扩展性、替换性和易用性，节省操作人员的工作时间，提高工作效率。 特别是 CPU、RAM、 ROM、扫描器。 显示屏等配件，在便携式数据采集器中的配置越来越高。 并由于其主频高，内存大，一般都配置了汉字字库，所以可全屏中文显示，满足了更多行业的需要。 而无论中、英文字符，其显示都将 是大屏幕、高清晰度的，并且亮度、背光键盘可调。 便携式数据采集器的性能，是用户购买，使用时选择的关键。 无论是数据的采集，还是数据的通信，全部依赖于采集器自身的品质。 因此，生产厂商在提高便携式数据采集器的硬件配置的同时，也应不断加强软件的开发与应用，以方便用户的实际操作。 便携式数据采集器的绝大多数，目前可在资料存储或实时操作的形式下工作，其中一些可以从一种形式转化成另一种形式。 但这两种方式的操作都是与主机的单向传输，而不能实现 信息与主机的双向交流。 伴随着射频技术的发展，一种射频信息交流式的便携 式数据采集器就可以做到这一点。 这是因为与射频信息交流相联的系统的一个重要特点是信息与主机的交流是双向的。 这样库存 (盘点 )都可以在主机指示下进行。 在国外，虽然普通的便携式数据采集器的销售占所有销售量的 60％，但是射频信息交流式的便携式数据采集器，其销售增长率却是普通机型的三倍，这种增长反映了射频信息交流在库存控制方面的应用的有效性和广泛性。 在操作系统和程序语言方面，现在的趋向是朝着开放型的系统发展。 低级 基于 MSP430 单片机数据采集系统设计 8 的为简单的应用而设计的系统也许会使用专门性的操作系统和程序语言。 在许多情况下，这种所谓的专汀胜的系统 实际上是将标准的程序减去一些特殊的指令，再加上一些特殊的程序而已。 便携式数据采集器的运行速度将由现在的最简单的资料收集和有限的操作发展到可运行视窗软件。 而存储能力的多少要根据操作系统和操作形式而定。 以视窗软件为基础的系统与射频信息交流终端机连接使用要求很多的资料存储能力，以方便其使用。 在市场上出售的软件工具允许一些与射频信息交流器相联的采集器在一个真实的客户／服务器环境下工作，使其处理能力得到充分的发挥。 大多数便携式数据采集器装有微型键盘或字母键盘，但是键盘输入方法指示在有限的情况下使用，如输入有关 的数量数据。 到目前为止，最广泛使用的资料输入方法是条码扫描识读法。 而一项成长最快的输入方法是接触式存储识读。 接触屏幕，笔式输入、射频识别、磁条卡、智能卡识读器和语音识别器正成为常规的输入技术。 信息交流通常通过射频或通过资料存储器的基础站来实现。 随着个人电脑卡 (PCCARD)的多样化发展，一些便携式数据采集器将提供 MODEM 系列以通过电话线来传送信息，甚至用射频技术连接 NTERNET。 便携式数据采集器的应用领域和功能不断扩大、提高，使其以崭新的面貌呈现在广大用户面前。 数据采集是从一个或多个信号获取对象信息的 过程。 随着微型计算机技术的飞速发展和普及 ,数据采集监测已成为日益重要的检测技术 ,广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。 数据采集是工业控制等系统中的重要环节 ,通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现 ,作为测控系统不可缺少的部分 ,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。 本文设计的多路数据采集系统采用 MSP430 系列单片机作为 MCU板的核心控制元件。 MSP430 系列单片机是由TI公司开发的 16位单片机 ,其突出特点是强调超低功耗 ,非常适合于各种功率要求低的场合。 该系统采样电路采用 MSP430 单片机内 部 12 位的 A／ D,使系统具有硬件电路得以简单化 ,功耗低的特点。 由于该系列较高的性能价格比 ,应用日趋广泛。 在本数据采集系统的设计中为了提高系统智能化、可靠性和实用性 ,采用单片 MCU 和上位机传输的方法 ,即 MCU 运行在数据采集系统的远端 ,完成数据的采集、处理、发送和显示 ,上位机则完成数据的接收、校验及显示 ,同时上位机可对远端 MCU 进行控制 ,使其采集方式可选。 MCU 选用 TI 公司的低功耗 MSP430F437,该单片机比 80C51 功能要强大许多 ,他内部不仅有 8 路 12位 A／ D,而且还带 LCD的驱动 ,节省了不少外围电路。 本 系统现场模拟一正弦波信号以及其他 6 路分压信号以供系统进行多路采样 ,采用 ICL8038 精密信号发生芯片产生一频率可变的正弦波 ,然后由 LM331 芯片实现频率到电压的转换 ,之间还需对信号进行调理以符合系统要求。 基于 MSP430 单片机数据采集系统设计 9 论文结构 第一章 绪论，分 三 个小节，第一小节主要介绍了数据采集系统的目前的发展和存在的缺陷，以及以后的发展方向，同时介绍了本设计的优点以及需要改进的地方 ， 第二小节主要介绍了论文的结构， 第三小节主要介绍本设计要完成的任务。 第二章 基于 MSP430 单片机数据采集系统整体设计方案，分两小节，第一小节 整体设计框图，第二小节，叙述了大体的工作过程。 第三章 硬件电路的设计，分两个小节，第一小节主要介绍了控制电路的设计包括主控机 MSP430 的选择及相关介绍以及上位机的选择及介绍。 第二小节主要介绍了外围电路的设计里面包括了 四个模块的介绍主要有正弦信号发生模块，频率电压变换模块，信号调理模块，串口通信模块，以及各模块的工作电路及芯片的选择。 第四章 软件电路的设计，分两小节，第一小节主要介绍软件的开发环境，第二小节设计思路。 本设计要完成的任务 本系统主要采用 MSP430 单片机完成数据采集系统 ,实现功能 包括： 7路 A／ D采样、 LCD 显示和串口收发 ,其中 7 路 A／ D 采样可由上位机控制采样方式 ,即循环采样和固定通道采样 ,LCD显示采样值和对应的通道号 ,系统通过串口和上位机进行通讯。 基于 MSP430 单片机数据采集系统设计 10 MSP430 单片机采集系统的方案设 计 通过传感器将采集到的数据传送到调理模块主要经过信号的放大、滤波以及A/D 转换，再将信号传送到后面的键盘及显示电路。 MSP430 F437 D/A转换 JTAG 仿真器 复位电路 串口 供电电路 A/D 转换 键盘 显示 电平转换电路（ 3V5V） 晶振 基于 MSP430 单片机数据采集系统设计 11 统硬件总体框图如图 1 所示。 本系统由模拟板和 MCU 板 2 块板组成 ,模拟板包括系统电源、正弦波信号发生模块、频率电压转化模块、信号调理模块和 7路A／ D 的接口。 MCU 板包括电源及 A／ D 接口、 MCU、 LCD 和串口收发模块。 模拟板 串口收发 MCU 板 MSP430 单片机的选择 系列的内部结构和概述 ● 16 位 CPU 通过总线连接到存储器和外围模块。 ● 直接嵌入仿真处理，具有 JTAG 接口。 ● 能够降低功耗，降低噪声对存储器存取的影响。 ● 16 位数据宽度，数据处理更为有效。 ● CPU： MSP430 系列单片机的 CPU 和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。 MSP430 的内核 CPU 结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。 这样可以提高指令执行速度和效率，增强了 MSP430 的实时处理能力。 正弦发生器 IC1083 信号放大及整形 F/V 变换LM331 信号放大及调理 其他 6 路电阻分压信号 LCD 显示 MCU MSP430 上位机控制和显示 电源 基于 MSP430 单片机数据采集系统设计 12 ● 存储器 ：存储程序、数据以 及外围模块的运行控制信息。 有程序存储器和数据 存储器。 对程序存储器访问总是以字形式取得代码，而对数据可以用 或字节方式访问。 其中 MSP430各系列单片机的程序存储器有 ROM、 OTP、 EPROM和 FLASH 型。 ● 外围模块 ：经过 MAB、 MDB、中断服务及请求线与 CPU 相连。 MSP430 不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。 它们分别是以下一些外围模块的组合：时钟模块、看门狗、定时器 A、定时器 B、比较器 A、串口 0、 硬件乘法器、液晶驱动器、模数转换、数模转换、端口、基本定时器、 DMA 控制器。