06一种基于MSP430的数据采集系统

一种基于MSP430的数据采集系统摘要MSP430是一类现场16位数据线FLASH存储器的单片机，该单片机以丰富的片上资源，高速和高精度而深受广大单片机爱好者的青睐。本文讨论了一种基于MSP430F149单片机数据采集系统的原理、组建方法和抗干扰技术，并介绍了系统中的最关键部分数据采集模块的设计过程。全文的重点是数据采集模块的硬件设计，完成了数据采集模块的几个组成部分，即模拟输入/输出、数字逻辑部分和通讯接口部分，并对几个部分中的诸如放大、模数转换、存储、传输等关键技术进行了研究。系统完成后，可采用验证性实验进行系统正确性验证。关键词MSP430F149；数据采集；模数转换DATAACQUISITIONSYSTEMBASEDONMSP430ABSTRACTMSP430ISAKINDOFSINGLECHIPCPUTHATISPRESENTED16BITBUSANDHASFLASHMEMORYTHECHIPHASRICHRESOURCES,HIGHSPEEDANDHIGHACCURACY,SOMANYCHIPLOVERSLIKEITTHETHESISDISCUSSEDTHEORYCONSTRUCTIVEMETHODANDANTIINTERFERENCETECHNOLOGYOFDATAACQUISITIONSYSTEMWHICHBASEDONMS430F149,ANDINTRODUCESTHERESEARCHANDREALIZATIONOFDATAACQUISITIONSYSTEM,WHICHINCLUDESHARDWAREDESIGNINGANDSOFTWAREPROGRAMMINGTHESPECIFICSUBJECTOFTHETHESISISHARDWAREDESIGNINGOFDATAACQUISITIONSYSTEMTHISTHESISDETAILSONTHEIMPLEMENTOFFOURCOMPONENTSOFTHEMODULE,WHICHAREANALOGINPUT/OUTPUT,DIGITALCIRCUITANDCOMMUNICATION,ANDDISCUSSESABOUTKEYTECHNOLOGIESSUCHASSIGNALCONDITION,AMPLIFIER,ANALOGTODIGITALCONVERTER,DATASTORE,DATATRANSMISSIONAFTERTHESYSTEMISFINISHED,TESTSSHOULDBEDONETOVERIFYTHESYSTEMANDRESULTSSHOULDBEANALYZEDKEYWORDSMSP430F149；DATAACQUISITION；ANALOGTODIGITALCONVERTER第1章绪论随着现代电子技术的飞速发展，电子产品的低功耗设计越来越受到人们地重视。低功耗设计包括低电压设计、低电流设计、相应的软硬件设计，充分利用现有资源，开发新资源等多层涵义与技术，它已成为各国、各公司竞相研究的一个重要领域。低功耗技术正在逐步形成低功耗电子学科。近年来芯片技术的发展非常迅速。模拟集成块简称模拟IC正在逐步向可编程、混合功能方向发展，并且工艺水平也直追数字芯片。模拟IC包含了纯模拟信号处理功能的电路和A/D混合信号处理功能的电路。其技术范围涉及数据转换器如A/D,D/A转换器等、线性和非线性放大器如运算放大器、射频放大器、对数放大器、电压比较器、模拟乘法器等、电子开关和多路转换器、稳压电源调节器如线性电压调节器、开关电源控制器等及其它模拟IC如驱动器、延迟线、传感器等。在工艺技术方面，由于数字化革命席卷全球，它所带来的影响是使IC走向更高的集成度、更低的功耗、更小的体积、更低的价格，将大大加速模拟与混合信号集成领域的发展进程，并使模拟与数字电路的制作紧密结合。数据采集系统的控制芯片也由原来的单片机发展到数字处理芯片DSP,嵌入式芯片等速度更高功能更强的芯片。在高速数据采集系统中，通常采用单片机或DSP数字信号处理器作为CPU，控制ADC模/数转换器、存储器和其他外围电路的工作。但分析基于单片机和DSP的数据采集系统，就会发现一些问题。1单片机的时钟频率较低，难以适应高速数据采集系统的要求。而DSP虽然可以实现较高速的数据采集，但是它的许多指令更适于实现算法而不适合逻辑控制，而且其外部接口的通用性较差2单片机和DSP的各种功能要靠软件的运行来实现。特别是单片机，它的程序执行的速度和效率较低，软件运行时间在整个采样时间中占很大的比例采用流水线结构的DSP，当程序频繁的执行跳转、中断等操作时会使它的程序执行速度降低很多。3单片机擅长于响应频繁的外部中断，尤其擅长于处理密集的乘加运算。而数据采集系统所要求的是高速进行的简单读写操作。如果采用高速DSP进行数据采集，对于DSP的运算能力而言，是一种浪费。而在高速数据采集方面，FPGA现场可编程门阵列有单片机和DSP无法比拟的优势。FPGA时钟频率高，内部时延小全部控制逻辑由硬件完成，速度快，效率高，适于大数据量的高速传输控制组成形式灵活，可以集成外围控制、译码和接口电路。缺点是难于实现一些复杂的算法。因此，单独的采用DSP或者FPGA作为数据采集系统的控制核心部分都不是最佳的选择，如果采用DSP与FPGA的组合，则可以互补二者的不足，使DSP的高速数据处理能力与FPGA的高速、复杂的组合逻辑和时序逻辑控制相结合，因此是最佳的选择。过去的电子产品随意使用220V、380V电源，很少考虑到功耗问题，而现在则不允许了。现在是强调绿色环保的时代，越来越多使用电池式、手持式的产品问世，原有的“大而笨”的产品逐渐被现在“小而精”的产品代替。从近年一些世界性的仪器仪表展览会及各大公司争相推出“低功耗”、“微功耗”以至“零功耗”产品等现象上就可以看出，低功耗设计确实已成为电子产品设计的一个主潮流。低功耗设计的重要性直接体现在各种便携式电子产品的广泛应用上。移动通讯设备、便携式计算机和移动式多媒体设备成为现今增长率最高的产品，便携式产品具有巨大市场。这些产品的市场竞争力往往与其电池使用时间重大，甚至有些产品的低功耗特性直接成为其产品竞争力的代名词。本文在对MSP430F149单片机和数据采集系统相关知识的学习之后，了解了其基本发展概况，设计主要目标是利用MSP430F149单片机设计一个对油井下温度，压力信号进行数据采集及显示，并将数据与PC进行通信的过程。第2章MSP430系列单片机概述超低功耗16位RISC微处理器MSP430系列是TI公司近期刚推出的单片机新品种，它在超低功耗和高性能上都有非常优秀的表现，尤其适合于自动信号采集系统、液晶显示智能化仪器、电池供电的便携式设备、无人值守的连续工作系统等领域，由于其功能远远超过其他单片机的功能，因而被称为混合性单片机。21MSP430系列单片机的特点1低电压、低功耗MSP430系列单片机，在1836V电压、LMHZ的时钟条件下运行，耗电电流在01400之间在不同的工作模式而不同具有16个中断源，并且可以任意嵌套，使用灵活方便用中断请求将CPU唤醒只要6PS，可编制出高实时性的源代码可将CPU置于省电模式，以用中断方式唤醒程序。2强大的处理能力MSP430系列单片机，为16位RISC结构，具有丰富的寻址方式7种源操作数寻址，4种目的操作数寻址、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令大量的寄存器以及片内数据存储器都可以参加多种运算还有高效的查表处理方法有较高的处理速度，在8MHZ晶体驱动下，指令周期为125NS。3系统工作稳定上电复位，先由DCO振荡器启动CPU，保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的时间起振及稳定时间。然后可通过软件来设置系统的时钟频率。如果晶体振荡器在用作CPU时钟时发生故障，DCO会自动启动，保证系统正常运行如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。4丰富的片上外围模块MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设，一些外围模块的不同组合看门狗WDT、定时器ATIMERA、定时器BTIMERB,比较器、串口0USARTO、串口1USARTI、硬件乘法器、液晶驱动器、12位ADC,数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入输出端口、基本定时器BASICTIMER5方便高效的开发环境MSP430系列单片机均可由MSPEFET430P140FLASH仿真工具FET提供支持。该FET是一种完整的集成开发环境。包括源代码级调试器、仿真器、汇编/链接器、C编译器等。对于FLASH型则有更方便的开发调试环境，因为通过器件片内的JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH，可以采用先下载程序到FLASH内，进行程序调试。开发语言有汇编语言和C语言。此外，也可以通过JTAG标准接口指令，编制主控端下载程序，实现被测电路的运行控制和状态察看。本文也将介绍JTAG应用接口并给出模块设计。6适应工业运行环境MSP430系列单片机的运行环境温度为40850C，所设计的产品适合运行于工业环境下。7多种时钟模块MSP430单片机有三种时钟源可以选择提供给ACLK,SMCLK,MCLK。其中LFXTI提供给外围设备32768HZ的时钟，LFXT2可以提供高达8KHZ的时钟供单片机运行使用，DCO为单片机内部提供，并具有锁相环，为系统提供一个内部时钟源，当XTALT2没有提供时，系统依靠DCO运行，整个时钟配置可以通过DCOCTL,BCSCTLI,BCSCTL2和SR等控制寄存器中相应的位来选择，以满足用户对系统的要求。8型号种类多MSP430系列单片机型号种类繁多，可以满足不同系统的需求。众所周知，TI公司是全球数字信号处理器（DSP）的最大生产厂商，其TMS系列数字信号处理单片机几乎遍布了电子信息的各个行业，MSP430是在DSP的基础上发展来的，因而继承了DSP的一些优点，比如有的型号自带硬件乘法器、十六进制与十进制转换指令等，这使得它不仅功耗低而且速度快，可应用于要求高速的数据处理领域。MSP430系列单片机的另一重要特点是晶振系统，其晶振采用市场上最廉价的手表晶振（32768HZ），然而系统运行时高达3MHZ，这是因为其内部使用了数字控制振荡器DCO和锁频环技术，将32768HZ的频率倍频到23MHZ，用户通过程序可以选择低频或高频，这样可以根据实际需要选择合适的系统时钟频率，因此可更合理的利用系统电源，这点对于电池供电的电子产品来说是非常有意义的。MSP430系列单片机包括MSP430X1XX系列、MSP430X3XX系列、MSP430X4XX系列等产品。22MSP430系列单片机的低功耗模式1低功耗模式的设定MSP430的工作模式已先进的方式支持超低功耗的各种要求。这是通过各模块的智能管理和CPU的状态组合而得到的。一个中断事件可将系统从各种工作模式下唤醒，而RETI指令又可使运行返回到中断事件发生以前的工作模式。为MSP430系列单片机超低功耗应用而开发了六种不同功耗的工作模式，而有软件的不同组合得到，其中低功耗模式由寄存器SCG1，SCG0，OSCOFF，CPUOFF设定，如下表所示，注意低功耗模式中的CPUOFF置位（即CPU停止活动）不会使外围模块停止运行，外围模块的活动由他们各自的控制寄存器控制。表21MSP430低功耗模式设定低功耗模式SCALSCAOOSCOFFCPUOFFLPM00001LPM10101LPM21001LPM31101LPM4XX11活动模式AM各种活动的外围模块的组合，CPU活动。低功耗模式LPMOCPUOFF置位，CPU停止活动ACLK和MCLK信号活动，MCLK的锁频环控制活动。低功耗模式1LPM1CPUOFF置位，CPU停止活动ACLK和MCLK信号活动，MCLK的锁频环控制停止。低功耗模式2LPM2CPUOFF置位，CPU停止活动ACK信号活动，MCLK的锁频环控制停止。低功耗模式3LPM3CPUOFF值位，CPU停止活动。ACLK信号活动，MCLK的锁频环控制停止。DCO的DC发生器（到MCLK发生器）关闭。低功耗模式4LPM4CPUOFF置位，CPU停止活动。ACLK信号停止，晶振停止，MCLK的锁频环控制停止。DCO的DC发生器（到MCLK发生器）关闭。23MSP430F149单片机介绍MSP430X14X系列中的MSP430F149是TI最新推出的FLASH芯片，较其它MSP43。芯片FLASH容量更大达60KB，功能更加完善，该款芯片由以下部分组成1基础时钟模块，包括1个数控振荡器DCO和2个晶体振荡器。2看门狗定时器WATCHDOGTIMER，可用作通用定时器。3带有3个捕获/IL比较寄存器的16位定时器TIMERA。42个具有中断功能的8位并行端口PI与P2。5模拟比较器COMPARATORA。612位A/D转换器ADC12。7两个串行通信接口USART0USARTI。8存储空间60KB256BFLASH和2KBRAM。231MSP430F149单片机特性与功能MSP430F149单片机采用了模块式的设计思想，其主要特性与功能是1高效16位RISC内核、27条指令，仅3种指令格式、125纳秒指令周期时间2多达64KB寻址空间，包括ROM，RAM、闪存和外围模块3低功耗电压在1836伏低电压工作4超低消耗电流具有CPU关闭模式和OSC关闭模式，最低功耗模式下仅消耗18微安。RAM保存，实时时钟，MIPS工作所消耗的电流分别为01微安、08微安、250微安。5通过堆栈处理、中断子程序调用层次无限制，并且有中断优先级，嵌套中断处理功能。6外部中断引脚，I/O引脚具有中断能力。7片上MART用来发从接收各自中断。8硬件乘法器及专用的十六进制与十进制转换指令。9定时器中断可用于事件技术、时序发生、PWM等。10外围模块地址为存储器分配全部寄存器不占用RAM空间，均在模块内自带看门狗WATCHDOG及上电复位电路。118路12位及更高位A/D转换器，可作为横流源。1路脉宽调制输出。92段LCD驱动器及自动的驱动程序。12具有串行在线编程功能。13从低功耗模式下唤醒仅需6US。14用FLL和32768KHZ晶振获得稳定的时钟频率。15软件可在RAM中运行。程序可通过MART或测试引脚装入RAM并在实时条件下运行，可降低试验和调试的开销。16几经开发了C编译器，具有高级语言编程功能。17具有EPROM型及OTP型产品，程序加密后无法解密。18ESD保护，极强的抗干扰能力。MSP430F149单片机具有如此优越的功能，因而一问世便受到广大用户的欢迎。特别是对那些低功耗设计领域，人们再也不用为单片机的耗电而发愁了。MSP430F149的应用领域是极其广泛的，如智能传感器、智能仪器仪表、太空海洋探测器、智能三表（水表、电表、煤气表）；电机控制、电子体温计、家庭自动化、保险柜、汽车单元控制、智能玩具等。232MSP430F149单片机结构与性能参数下图为MSP430F149单片机内部结构。MSP430F149单片机有很多模块组成，初看起来好像与其他单片机结构没多大区别，其实区别非常大。在MSP430F149单片机中，系统中各个模块完全是独立的，定时器、I/O端口、A/D转换器、看门狗等都可以在主CPU休眠状态下独立运行。当需要主CPU工作时任何一个模块都可以通过中断唤醒CPU，已而使系统可以最低功耗运行。这一点是MSP430F149单片机最突出的优点，也是于其他单片机的最大区别。图21MSP430F149系统内部框图24MSP430开发环境介绍MSP430的开发软件较多，但常用的是IAR公司的集成开发环境IAREMBEDDEDWORKBENCH嵌入式工作台以及调试器CSPY。要高效地进行开发工作，必须对该编译器进行配置。编译器是软件设计和硬件系统之间的编码接口，它不仅对所编写代码的质量和运行效率起着重要的作用，而且在系统级上对CPU内部进行设置，是系统运行的基础。在IAREMBEDDEDWORKBENCH编译器设置中主要分为五个模块。对应在编译和调试过程中的软件配置。241GENERAL由于MSP430系列单片机有多个系列和型号，编译器必须根据不同的特点和内部结构来进行编译。该选项主要用来选定所使用的MSP430F149单片机其对应的选项是一VL330SERIALS242ICC430该模块主要针对C语言代码进行编译时的情况设置。其中比较重要的是在GENERAL中必须选择EXCLUDER4和EXCLUDER5两个选项1121，因为R4和R5是在中断处理中使用的寄存器，特别是其中的R4，它作为中断堆栈指针使用，在中断处理之外不能使用。在INCLUDE中根据具体情况指明所使用的H文件的路径。在LIST中要选定ASSEMBLYOUTPUT选项，这个选项可以使编译器在编译C语言时，不仅产生OBJ文件而且产生该C语言程序汇编代码。243XLINK该模块对程序联接器进行设置。比较重要的设置是在INCLUDE中选择在联接时的控制文件，如果是联接C程序改为MSP430F149CXCL，否则改为MSP430F149AXCLO此控制文件就是根据MSP430F149芯片的存储空间的基本结构对编译产生的代码进行划分。以下是它的一些解/USAGEXLINKYOUR_FILESFMSP430F149CCMSP430/定义CPU类型ZDATAUDATAO,DATA,ECSTR020009FF/定义变量存储区，任务堆栈ZDATACSTACK0200OAOO/定义堆栈位置和范围，包括系统堆栈和中断堆栈。ZCODEINFO10001OFF/定义系统的信息存储区ZCODECODE,CONST,CSTR,CDATAO,CCSTR1100FFDF/主存FLASH，定义代码存储区CODEINTVECFFEOFFFF/定义中断向量CL430KSMR43/定义所使用的编译库，支持乘法器。244CSPY该模块配置在线调试器。在CHIPDESCRIPTION中控制文件改为MSP430FL49DDF,在DRIVE中，可选择调试环境，设置为SIMULATOR时为仿真调试，设置为FLASHSIMULATOR时为在线调试。此外，在通用寄存器中，R12R15一般用来传递参数，在C语言中调用汇编函数时，可以通过R12R15读取传递的参数，在通信任务处理中将用到63节AR4RLL用来保存中间结果。在需要保存其它信息如堆栈信息时，可以通过编译选项UR45指定编译器不使用R4、R5，而由应用程序保存信息使用。第3章硬件电路设计31传感器设计311温度传感器AD590AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1KW时，输出电压VO随温度的变化为1MV/K。它的主要特性如下1、流过器件的电流（MA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即MA/K式中流过器件（AD590）的电流，单位为MA；T热力学温度，单位为K。2、AD590的测温范围为55150。3、AD590的电源电压范围为4V30V。本设计采用典型值5V,电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1MA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4、输出电阻为710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在55150范围内，非线性误差为03。其与放大器的连接如下图所示图31AD590连接图31226PCB压力传感器特点专利的导电密封弹性连接系统消除了传统的导线粘结和带状连接，增加了介质的测量兼容性。专利的SNAPTOGETHER结构导致了多样化的测量孔形式最低价格的带温度补偿,校整的小型封装压力传感器不同的引脚可选（1X4或2X2）可以测量负压和正压激光刻蚀电阻保证极好的器件一致性表31技术规格（100001VDC供电，25C）MIN典型值MAX单位电源1016VDC零点偏置15015MV零点漂移,250C,2550C20MV线性度，P2P1,最佳拟合直线02510满量程灵敏度漂,025C,2550C10满量程重复性2MSP430接收端收到字符后，回应响应字符。3完成同步后，PC以帧格式发送命令和数据。MSP430F49,19帧由帧头、数据、校验部组成。4在完成数据帧处理后，BOOTSTRAPLOADER返回确认信号。硬件电路需考虑以下问题1电平匹配。由于RS232电平表示逻辑电平的正负电压分别为3V15V,3V15V，所以需进行CMOS电平到RS232电平的转换，使用可控放大器可以在电平过低或过高时稳定电压于RS232逻辑电平。2FLASH编程电源。可以通过RS232接口引入电源，并使用LDO电压调节芯片稳压，FLASH编程时需较大瞬间工作电流，可以对地接大负载电容完成。3BOOTSTRAPLOADER输入。由于BSL工作时需先行激活，激活输入信号可以通过DTRRTS引脚引入。在MSP430F149中，TCK作为BSL激活输入的复用引脚可以通过触发器输出端接入。34LM38525V基准二极管LM38525V基准二极管是精密的微功耗25V稳压器，其工作相当于一个低温度系数的、动态电阻为02的25V齐纳二极管，其中的微调端ADJ可以使基准电压和温度系数得到微调。它的典型性能参数有低温度系数6MV9MV18MV；工作电流范围宽300UA10MA；动态电阻02；最大正向电流10MA；最大反向电流15MA。其与单片机连接如图所示10脚VEREF图33LM385连接图35看门狗设计351MAX706看门狗硬件电路设计几乎所有的单片机都需要复位电路，对复位电路的基本要求是在单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱飞导致EEPROM中的数据被修改；另外，单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作，为了克服这一现象，除了充分利用单片机本身的看门狗定时器（有些单片机无看门狗定时器）外，还需外加个看门狗电路；除此以外，有些单片机系统还要求在掉电瞬间单片机能将重要数据保存下来，因掉电的发生往往是很随机的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生时能告知单片机。MAXIM公司推出的MAX706刚好能满足这些要求，MAX706有双列直插和贴片两种封装形式，引脚功能如下第1脚为手动复位输入，低电平有效；第2、3脚分别为电源和地；第4脚为电源故障输入；第5脚为电源故障输出；第6脚为看门狗输入，第7脚为复位输出，第8脚为看门狗输出。MAX706提供如下四种功能1上电、掉电以及降压情况下的复位输出。2独立的看门狗输出。如果在16S内看门狗输入端未被触发，看门狗输出将变为低电平。3125门限检测器，用于电源故障报警、低电池检测或5V以外的电源的监控。4低电平有效的人工复位输出。MAX706与MSP430F149单片机的连接如电路图所示，MAX706的第1脚与第8脚相连。第7脚接单片机的复位脚（MSP430F149的RST/MNI脚）；单片机工作主要靠内部时钟复位，外接MAX706是为了复位稳定，可靠。MAX706是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便。它所提供的复位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。352看门狗软件设计以往的“看门狗”电路复位指令（即“喂狗”）一般总是插入在主程序中，而且“喂狗”指令一般是脉冲式，可以连续用两条取反指令（如CPLP10）。这是因为一般情况下，程序跑飞或者陷入“死循环”时，中断功能可能不受影响，CPU仍能正常运行时一样响应和执行中断子程序。这时如果中断子程序中插有“喂狗”指令，则“看门狗”定时器始终处于正常无溢出状态，无法对已经混乱的微机系统重新启动以投入正常运转状态。在主程序中适当插入“喂狗”指令，大多数场合的单片机系统都能够比较可靠地工作。但是有一种特殊情况，即中断响应功能已经失效，而主程序仍然能够正常运行，这时“看门狗”电路对恢复单片机系统正常工作时无能为力的。例如当程序正在执行中断子程序时，系统突然受到强烈干扰，程序跑飞，而且PC指针刚好落在主程序的指令字节上，堆栈也不溢出，使主程序能够继续正常运行。这时“看门狗”的“喂狗”动作正常，而中断再也不法响应了。这时因为在MCS51的中断系统中有两个不可寻址的优先级状态触发器，分别指标两级中断响应状态。当CPU响应中断时，首先置位相应的优先级状态触发器（该触发器能指出CPU正在处理的中断优先级别），这时会屏蔽掉同级别的所有中断申请，直到执行RETI指令时，才由CPU硬件清零该优先级状态触发器，从而使以后的中断请求能被正常地响应3。如果响应中断后而不执行RETI指令，那么同级别中断申请就不会被响应了。当然，像上述这种情况是比较少见的。大多数情况下，程序跑飞后都会使PC指针越出有效程序区，造成“死机”。这时“看门狗”就起作用了。在大多数系统中，中断子程序执行的时间占总运行时间的百分比都非常小，而在执行中断程序时，PC指针跑飞越过RETI指令，而主程序又能正常运行的机会就更少。但是如果中断子程序处理数据比较复杂或带有一些函数运算的功能时，则出现这种系统失常的情况就有可能发生了。以前，在笔者设计的智能流量计中就曾经出现过这种现象键盘显示操作都正常，看起来不像“死机”，但是在设定参数时，数据位该内烁的不闪烁，总流量不会累计上去，显然是T0定时中断系统失效，而主程序仍然在运行，因为“喂狗”指令插在主程序中。那么，针对这种情形，有没有彻底解决的方法呢“喂狗”指令直接插在中断子程序中是不合适的，而单独插在主程序中又显然是不够的仔细推敲后，将“喂狗”指令分解开来，取反指令变成置位和清零两种指令（即SETBP10和CLRP10），将置位指令插在主程序中，而将清零指令插在T0中断子程序中，这样将两者联系起来，缺一不可，无论主程序运行失效，还是T0中断请求失效，都不能完成完整的“喂狗”指令，造成“看门狗”动作，从而确保了系统安全可靠地工作。具体做法如下ORG0000HLJMPSTARTORG000BHLJMPINTT0ORG0030HSTARTMOVSP，30HMAINNOPNOPSETBP10NOPNOPSETBEANOPSETBET0LJMPMAININTT0NOPNOPCLRP10NOPNOPRETI这样，在整个用户程序中只唯一的一对指令（SETBP10及CLRP10）能使“看门狗”定时器复位。也就是说不会有任何“非法”的指令能使“看门狗”定时器误复位，致使系统已经“死机”而“看门狗”失效。当然，对对没有中断的用户系统，只需将清零指令（CLRP10）也插在主程序中就可以了；对于有多种中断的用户系统，如果没有中断嵌套，则清零指令（CLRP10）可以插在任一中断子程序中，而在主程序中适当加入一些有关中断的冗余指令（如SETBET0等），以免因有关中断的特殊功能寄存器数据受到干扰时导致中断功能失效；对于有二级中断嵌套的用户系统，清零指令（CLRP10）可以插在中断数比较多的那一级中的任一中断子程序中，插有“喂狗”指令的那一级中断系统将会受到“看门狗”的保护，而另一级中断系统如果失效，“看门狗”是“无动于衷”的，这时只能尽量减少这种中断子程序的执行时间以减少受到干扰的可能性。如果二级中断嵌套系统者受到“看门狗”的保护，就必需设计一个非常复杂的“看门狗”电路，其“喂狗”指令要由三部分来保证各个部分都能正常工作，需要说明的是，如果主程序运行一次的时间（包括可能被中断的时间）超过16秒，则要适当再插入一条SETBP10指令，而T0中断时间间隔是不能超过16秒的。另外，为了消除可能的“喂狗”误动作，建议对所应用的用户程序进行彻底仔细的检查，以防程序错乱时生成多余的SETBP10（指令码D290H）或者CLRP10（指令码C290H）指令。利用通用编程软件（如EDIT）的查找功能可搜索用户程序在LST文件中的“90”字符串，就能方便地找到所有可能的非法“SETBP10或CLRP10”指令，然后用NOP指令将其分离开来就可以了。如ROM地址指令码源程序0306C2MOVA，0C2H0308901000MOVDPTR，1000HB4D290CJNEA，0D2H，STEP10401B4D290CJNEA，0D2H，STEP1049400STEP1NOP可以修改为030674C2MOVA，0C2H030800NOP0309901000MOVDPTR，1000H0402B4D291CJNEA，0D2H，STEP1040500NOP049600STEP1NOP其它情况下可以灵活处理，以使其消除以上两种可以出错的组合即可。通过采取以上几种措施，对于没有二级中断嵌套的用户系统，能够绝对安全地受到监控而不会“死机”；对于有二级中断嵌套的用户系统，也可大大提高其可靠性。当然，一个单片机系统能够准确可靠地运行，除了不“死机”，还需保护数据免受干扰，这属于软件容错、数据冗余等范畴，这里不作介绍。36通信方式比较361RS232C通信计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS232C接口（又称EIARS232C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准“,该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。一般只使用39条引线。RS232C最常用的9条引线的信号内容见图所示。表34RS232C引脚示意图引脚序号信号名称符号流向功能2发送数据TXDDTEDCEDTE发送串行数据3接收数据RXDDTEDCEDTE接收串行数据4请求发送RTSDTEDCEDTE请求DCE将线路切换到发送方式5允许发送CTSDTEDCEDCE告诉DTE线路已接通可以发送数据6数据设备准备好DSRDTEDCEDCE准备好7信号地信号公共地8载波检测DCDDTEDCE表示DCE接收到远程载波20数据终端准备好DTRDTEDCEDTE准备好22振铃指示RIDTEDCE表示DCE与线路接通,出现振铃（1）接口的电气特性在RS232C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即逻辑“1“，515V；逻辑“0“515V。噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至3V的信号作为逻辑“0“，高到3V的信号作为逻辑“1“（2）接口的物理结构RS232C接口连接器一般使用型号为DB25的25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端一些设备与PC机连接的RS232C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即“发送数据“、“接收数据“和“信号地“。所以采用DB9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。（3）传输电缆长度由RS232C标准规定在码元畸变小于4的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99的用户是按码元畸变1020的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，美国DEC公司曾规定允许码元畸变为10而得出附表2的实验结果。其中1号电缆为屏蔽电缆，型号为DECPNO9107723内有三对双绞线，每对由22AWG组成，其外覆以屏蔽网。2号电缆为不带屏蔽的电缆。型号为DECPNO910585604是22AWG的四线电缆。图34MAX232的连接图362RS485通信RS485接口芯片已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。可用于RS485接口的芯片种类也越来越多。如何在种类繁多的接口芯片中找到最合适的芯片，是摆在每一个使用者面前的一个问题。RS485接口在不同的使用场合，对芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的选型和电路的设计上应考虑哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至还需要在软件上作相应调整，如此等等。RS485接口标准传输方式差分传输介质双绞线标准节点数32最远通信距离1200M共模电压最大、最小值12V；7V差分输入范围7V12V接收器输入灵敏度200MV接收器输入阻抗12K由于RS232C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点1接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。2传输速率较低，在异步传输时，波特率为20KBPS。3接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。4传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。针对RS232C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS485就是其中之一，它具有以下特点（1）RS485的电气特性逻辑“1“以两线间的电压差为（26）V表示；逻辑“0“以两线间的电压差为（26）V表示。接口信号电平比RS232C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。（2）RS485的数据最高传输速率为10MBPS（3）RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。（4）RS485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外RS232C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS485接口方便地建立起设备网络。（5）因RS485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。RS485接口连接器采用DB9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB9（针）。363通信方式选择由于本设计中传输只需通过MAX232与PC连接，完成电平转换，接到DB9插座上就可以了。它与MSP430单片机的通信连接如附录C硬件电路图所示。第4章软件设计41数据采集系统原理框图下图为数据采集系统的原理框图，其中温度，压力信号由外界环境，比如油井下检测出来，前置放大器初步放大，并在对各个干扰信号进行滤波后，信号送入MSP430F149的12位A/D采集口P63，P64，在A/D完成模/数转换的过程中，JTAG进行在线调试，外接MAX706看门狗电路可靠复位，当系统发生死机或程序跑飞，系统能迅速复位工作，继续工作，MSP430F149的输出通过P50P57用液晶显示，并通过MAX232与PC完成通信。图41系统原理框图42数据采集流程系统上电后，首先要进行初始化设置，包括系统复位方式、时钟源、电压基准、中断、UART、SPI、ADC的设置以及用交叉开关对端口进行配置，这些设置可通过设置相应特殊功能寄存器（SFR）来进行。本系统选择外部时钟源，频率32KHZ，并采用外部电压基准LM38525V。根据采样定理，为了不失真地采集信号，设计时将采样频率定为4HZ，即数据采样周期250。启动方式采用定时器2溢出和软件写ADBUSY位启动相结合的方式；转换采用查询方式，并通过读控制寄存器ADCOCON的ADBUSY位来判断一次A/D转换的完成与否；转换数据结果采用右对齐，12位数据结果字由数据字寄存器读入FLASH。数据采集程序流程如图所示。图42采集流程图43数据采集程序在系统中，P63，P64引入被测的模拟量，主程序在初始化之后进入休眠状态，由定时器定时唤醒CPU，进行模拟量的转换，以及其他的处理。处理完毕后再进入休眠状态。实际测量在3V供电时仅耗电30MA。还可以利用串行口进行数据的远传。程序如下ORGOFFHMOV300H，SPMOVWDTHOLDWDTPW,停止看门狗MOVTASSE10TACLR,定时器模式设置MOVCCIE,CCR0中断使能MOV10001,BISMCO,开始定时器EINT中断使能BIS1PM3,SRCPU进入低功耗TA0ISRCALLADC12INT在定时器中断服务程序中进行A/D转换RETI返回之后进入低功耗ORG0FFFEHDWRESET；起始地址ORG0FFF2H；中断向量地址DWTA0ISRADC12INT中断服务程序MOVSHPADC12SSEL2,定义采样时钟源，单通道MOVB00,选择参考电压源，输入通道号MOVREFONADC12ONNEC,开始转换TESTBITBIT0,测试结束标志JZTESTMOV结束保存到R4RET结论通过系统设计，基本上完成了油井下的温度，压力等数据进行数据过滤，转换和传输的过程，本文重点是数据采集的硬件设计，对几个部分放大，模数转换，传输，液晶显示做了着重研究。此外，还可对系统作进一步改进1过滤部分不仅要有硬件部分，还得配备软件滤波，使其输出对A/D转换能顺利执行。2MS430F149的输出可对PWM脉宽作调制，连RS485远程通信，对MSP439F149作充分利用。致谢本文的研究工作是在尊敬的导师杜德生教授的精心指导下完成的，从论文的选题、方案设计到论文的完成，杜老师都给了本人有益的启迪和悉心的指导。杜老师严谨的治学态度、谦逊的品德、渊博的知识、高尚的人品以及默默无闻、教书育人的奉献精神都使本人受益匪浅。导师的教诲将使本人铭记在心。衷心地感谢杜老师的热忱关心和帮助同样感谢李文国师哥所给予的大力帮助，对我论文的工作帮助很大。在此一并向他表示感谢参考文献1TICOMPANYMSP430ASSEMBLYLANGUAGETOOLSUSERSGUIDETEXASINSTRUMENTS19952TICOMPANYMSP430FAMILYASSEMBLYPROGRAMMERSGUIDETEXASINSTRUMENTS19953TICOMPANYARCHITECTUREUSERSGUIDEANDMODULELIBRARYTEXASINSTRUMENTS19954IARC0MSP430FAMILYWINDOWSWORKBENCHUSERSGUIDETEXASINSTRUMENTS19995TICOMPANYMSP430FAMILYCCOMPILERPROGRAMMINGGUIDETEXASINSTRUMENTS19956TICOMPANYMSP430X14XMIXEDSIGNALMICROCONTROLLERSLAS272C20007TICOMPANYMSP430X1XXUSERSGUIDESLAU0496TEXASINSTRUMENTS20028TIC0INTERFACINGTHE3VMSP430TO5VCIRCUITSSLAA148TEXASINSTRUMENTS20029ANTONMUEHLHOFERMSP430FLASHSELFPROGRAMMINGTECHNIQUETEXASINSTRUMENTS200010STEFANSCHAUERMIXINGCANDASSEMBLERWITHTHEMSP430TEXASINSTRUMENTS200211SIEMENSC0TC35/37HARDWAREINTERFACEDESCRIPTION,VERSION310200112OPERATINGSYSTEMDESIGNANDIMPLEMENTATION,SECONDEDITION,ANDREWSTANENBAUM,ALBERTSWOODHULLPRENTICEHALL199713MARKBUCCINIIMPLEMENTATIONAUARTFUNCTIONWITHTIMERA3TEXASINSTRUMENTS200114何立民，单片机应用系统设计（系统配置与接口设计），北京航空航天大学出版社200115何立民，单片机高级教程（应用与设计），北京航空航天大学出版社200116何立民，单片机应用技术选编（10），北京航空航天大学出版社200417胡大可，MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机，北京航空航天大学出版社200118胡大可，MSP430系列单片机C语言程序设计与开发，北京航空航天大学出版社2001附录A英文资料THEINTRODUCTIONOFDATAACQUISITIONSYSTEM1THEMEANINGANDMISSIONOFDATAACQUISITION“THEDATAACQUISITIONISAPROCESSTOCONVERTTHETEMPERATURE,PRESSURE,DISCHARGE,ETCEMULATIONTOARITHMETICFIGURE,THENBEPROCEEDEDBYCOMPUTERSAVING,HANDLES,MANIFESTATIONORPRINTITISKNOWSASDATAACQUISITIONSYSTEMALONGWITHCOMPUTERTECHNOLOGYDEVELOPINGANDGENERAL,THEDATACOLLECTIONSYSTEMALSOGETTHEAPPLICATIONQUICKLYINPRODUCTIONPROCESS,APPLYINGTHISSYSTEMCANCOLLECT,KEEPWATCHONANDRECORDTHECRAFTPARAMETERTHATONTHEPRODUCTIONSPOT,FORINCREASINGPRODUCTQUALITY,DECLININGTHECOSTPROVIDINGINFORMATIONANDMEANSINSCIENCESTUDYING,APPLYINGDATAACQUISITIONSYSTEMCANACQUIREALOTOFDYNAMICINFORMATION,WHICHISTHEUSEFULTOOLOFRESEARCHINGMOMENTPHYSICSPROCESS,WHICHISALSOONEOFTHEIMPORTANTMEANINGTOACQUIRETHESCIENCEPROFOUNDMYSTERYALLINALL,INSPITEOFWHICHEVERAPPLYREALM,THEDATACONLLECTSANDHANDLESMOREONTIME,WORKEFFICIENCYMOREHIGH,THEECONOMICPERFORMANCETHATOBTAINMOREBIGTHEMISSIONOFDATAACQUISITIONSYSTEM,SAYINGINASPECIFICWAY,ISTOCOLLECTTHEMACHINEOUTPUTSIMITATESIGNAL,ANDTHENCONVERTTOTHEARITHMETICFIGURESIGNALTHATFUNCTIONIDENTIFY,HOWEVERSENDINGINTOTHECOMPUTER,BEPROCEEDEDBYCOMPUTERACCORDINGTOTHEDIFFERENTDEMANDATTHESAMETIME,PUTTHEDATATHATGOTMANIF