基于MSP430的多参数数据采集系统的设计（精）

单片机 , 外围电路包括 :显示 、 报警电路 , 前置放大 电路 、 通道切换 , 线性隔离放大器等信号处理电路 、 控制输出 、 主通讯及智能口通讯等接口电路和数据 存储电路 。

(1 中央处理器

考虑系统所接的外部模块多 , 需要的 I/O口多 , 故选择了 16位 MSP430F149单片机 , 其功耗极低 , 具有多种适合现场数据采集的功能强大的片 上外 围模块 。 同时 F149单片机采用了 QFP64的表贴封 装 , 引脚间距仅为 0.5mm , 极大地节省了电路板空 间 。 其外围核心电路主要有晶振电路 、 复位电路 、 下 载接口电路等 , 其外围电路图如图 1所示 。

图 1MSP430F149的外围电路

其 主 要 端 口 的 分 布 情 况 如 下 :P1口 (P1.0—

P1.7 为液晶模块 8位接口数据线 , P2.0— P2.3作为 开 关 量 的 输 入 口 , P2.4— P2.7作 为 数 字 量 输 入 口 , P3.0— P3.2为液晶模块读写 、 使能和内部寄存器选

择引脚 , P3.3口为报警控制引脚 , P4口为 8路控制 输出口 , P5.0、 P5.1为键盘的行线 , P5.2— P5.4口为 键盘的列线 , P5.5— P5.7为 SPI 口 , 与时钟 DS1320相连 , P6口为 8路模拟量输入口 , XTIN 为晶振 XT1输 入 端 , XOUT 为 晶 振 XT1输 出 端 , XT2IN 为 晶 振

XT2输入 , XT20UT 为晶振 XT2输出 。 (2 电源模块

电源模块主要负责向数 据采集系统 中的各个 模块提供电压稳定 、 使用可靠的电源 。 MSP430F149的工作电压范围是 +1.8~+3.6V , 而系统外围元器件 需要 +5V 供电 , 基于综合考虑 , 数据采集系统电路

板采用 +5V 电源供电 , 而且相对而言降压更容易实 现 , 所以需要设计 +5V 转换 +3.3V 的电路 。 综合考 虑常用性 、 稳定性和价格等因素 , 选择 AMS 1117-

3.3V 来实现电压转换 。 (3 输入电路模块

此 采 集 系 统 具 有 独 立 的 16路 传 感 器 信 号 输 入 , 该部分电路的最大特点是每一通道均能兼容频 率量 、 电流量 、 电压量和开关量信号制式 。 而且由于 信号隔离采用线性隔离放大器方式 , 采样速率和精 度比现有的压频转换后光电隔离方式有非 常大的 提高 。

开关量通常在单片机的输入端 , 如果直接在单 片机的输入端采集开关量信号时 , 一方面容易受到 干扰而引起误动作 , 另一方面开关量的信号电压与单 片机的管脚电压可能不相符 , 本系统在开关量电路和 单片机之间用光电耦合器 PC817-4进行了隔离 。

本采集系统选用的传感器输出 0.1~5.0V 的电 压信号 , 参考电压选择 ADC12内置的 2.5V 电压 , 所以在模拟量输入部分要加一个运放 LM324, 使单 片机引脚上的电压变化范围在 0~2.5V 。 选择单片 机的 P6口为 8路模拟量的输入端口 。

(4 控制输出电路模块

传感器采集数据并经过处理后 , 单片机发出控 制信号到执行机构进行调整 。 而执行机构的功率一 般都比较大 , 单片机为驱动这些设备 , 必须把低电 压 、 小电流信号转换成高电压 、 大电流信号 , 这同时 也带来了被控设备的干扰问题 , 为了驱动执 行设 备 , 必须提高接口的抗干扰能力 , 本系统采用光电 隔离方式驱动继电器输出 , 光耦选用 PC817-4。

(5 显示模块

显示电路部分由数码管和液晶屏组成 , 液晶显 示部分选用 1602液晶屏 , 主要用来显示数据采集 系统的工作状态 、 所采集的模拟量数据 、 系统时间 以及键盘

输入的数据等 。 该液晶屏与键盘以及工作 人员形成一个反馈系统 。 数码管则显示开关量输入 输出 、 电源通断等状态 。

(6 通信模块

该采集系统设有 2个通讯接口 , 一个为主通讯 口 , 支持 DPSK 、 RS-485协议 , 与中 心站通讯 ; 另一 个为智能口 , 支持 RS485协议 , 用于外挂智能设备 通讯 。 主要通讯口支持最大 10km 的传输距离 , 通 讯速率为 2400bps ; 智能口最大传输距离为 5km , 通讯支持最大 4800bps 。 2种通讯均为主从式半双 工轮询模式 。

RS -485通 信 中 使 用 MAX485作 为 收 发 器 , GND CM1 GND 3.3V CC 0.1UF CM20.1UF 3.3V CC XIN Y1XOUT

32768HZ 64636261605458575655535251595049O U T 3O U T 2O U T 1R S T T C K T M S T D 1T D 0P S 7P S 6P S 5

X T 2I N X T 2O U T GND CLK4 XT2OUT

56PF Y2 8MHZ XT2IN CLK34856PF

474645444342414039383736353433J430

KEY5KEY4KEY3KEY2KEY1P4.7P4.6P4.5P4.4P4.3P4.2P4.1P4.0RXD1TXD1RXD0

L C D 517181920212223242526272829303132L C D 6L C D 7K 1K 2K 3K 4D I N 1D I N 2D I N 3D I N 4L C D 8L C D 9L C D 10R N G T X D

0OUT4OUT5OUT6OUT7OUT8XIN XOUT LCD0LCD1LCD2LCD3LCD4

12345678910111213141516 MSP430 DV CC

P6.3/A3P6.4/A4P6.5/A5P6.6/A6P6.7/A7VREF+XIN XOUT VeREF+ VREF/VeREF-P1.0/TACLKP1.1/TA0P1.2/TA1P1.3/TA2P1.4/A3 MSP430F149MCLK

VCLK1SOMI1P5.1SIM01P5.0/SET1P4.7/TBCLKP4.6/TB6P4.5/TB5P4.4/TB4P4.3/TB3P4.2/TB2P4.1/TB1P4.0/TB0RXD1TXD1RXD0

A V C C D V S S A V S S