MSP430F149單片機簡介 - 基于MSP430的車體自動調(diào)平系統(tǒng)

　　單片機具有可靠性高、功耗低、擴展靈活、體積小、價格低和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表、專用設備智能化管理及過程控制等領域，有效地提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟效益。本設計選用TI公司的16位超低功耗混合型微處理器MSP430F149(見圖3)作為核心控制器，它的主要特點是：

　　(1)低電壓、超低功耗

　　該單片機的電源電壓采用1.8V~3.6V低電壓，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0.1μA，在2.2V、1MHz主頻的活動模式時工作電流為280μA，I/O輸入端口的漏電流最大僅50nA。

　　(2)強大的處理能力

　　該單片機為16位的精簡指令集(RISC)結構，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令;大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算，還有高效的查表處理方法及較高的處理速度，一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令，使單片機在8MHz晶振工作時，指令速度可達8MIPS。

　　(3)豐富的片上外圍模塊

　　該單片機集成了較豐富的片內(nèi)外設：模擬比較器A、定時器A、定時器B、串行通信接口USART0和USART1、硬件乘法器、12位ADC、端口1~6、看門狗等。

　　(4)系統(tǒng)工作穩(wěn)定

　　該單片機在上電復位后，首先由DCOCLK啟動CPU，保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，同時也保證了晶體振蕩器有足夠的起振和穩(wěn)定時間;之后通過軟件可設置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。在CPU運行中，如果MCLK發(fā)生故障，DCO會自動啟動，以確保系統(tǒng)正常工作。如果程序跑飛，可以用看門狗將其復位。

　　(5)方便高效的開發(fā)環(huán)境

　　MSP430F149片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲器，因此采用先通過JTAG接口下載程序到FLASH內(nèi)，再由JTAG接口控制程序運行、讀取片內(nèi)CPU狀態(tài)，以及存儲器內(nèi)容等信息供設計者調(diào)試。由于單片機可支持串行在線編程，使開發(fā)變得更加簡便，并且開發(fā)的仿真器價格低廉，不需要昂貴的編程器。

　　無線數(shù)傳電路的設計

　　數(shù)據(jù)處理與無線數(shù)傳電路設計主要包括主控制器電路、傾角傳感器接口電路、無線數(shù)傳模塊接口電路、電源電路等?；?a target="_blank">工作原理是：系統(tǒng)通上電后，主控制器控制傾角傳感器按固定間隔檢測火箭炮車體姿態(tài)，將接收到的檢測結果運算處理，計算每個千斤頂?shù)恼{(diào)整量，再通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送給操縱指示器。

　　(1)主控制器及接口電路設計

　　主控器采用MSP430F149單片機，串口1經(jīng)TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換接傾角傳感器，用于接收傳感器輸出數(shù)據(jù)，串口2 TTL電平接無線數(shù)傳模塊，發(fā)送車體縱橫向傾斜角度和調(diào)整角度至操縱指示器。主控制器及接口電路如圖3所示。

?

　　圖3 主控器及接口電路圖

　　(2)電源電路設計

　　電源采用12V/1000mAh的鋰電池，直接為傾角傳感器供電，再經(jīng)兩路DC-DC轉(zhuǎn)換，分別轉(zhuǎn)換至9V和3.3V，9V電源為無線數(shù)傳模塊供電，3.3V為主控制器及接口電路供電，充電電路采用LM317芯片，恒流方式充電。電源電路見圖4所示。

　　(3)無線數(shù)傳模塊的選用

　　在一些多測試點的系統(tǒng)中，伴隨傳感器而來的是大量數(shù)據(jù)線纜。眾多的線纜不僅帶來布線的復雜不便，而且存在著短路、短線隱患，成本高，易老化，還給系統(tǒng)的調(diào)試和維護增加了難度。另外，在一些特殊的應用場合，需要將傳感器放置在有危險的封閉環(huán)境中進行工作，試圖通過連線的方法得到傳感器的信號顯然是有一定難度的。而采用無線方式來實現(xiàn)信號的傳送，可以解決這一問題。相比有線傳輸，無線傳輸具有不占據(jù)空間、沒有布線要求、成本低、可靠性高、維護方便及傳輸中的干擾較少等優(yōu)點，這也在一定程度上提高了傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

?

　　圖4 電源電路圖

　　根據(jù)實際情況，本文采用ZT-TR43F無線數(shù)傳模塊，它是一款無線收發(fā)一體的低功耗通信模塊。該模塊的技術指標如下：①載波頻率為433MHz，工作頻率為428MHz~435MHz;②最大發(fā)射功率5mW，接收靈敏度﹣105dBm;③采用FSK調(diào)制，采用前向信道糾錯編碼，抗干擾能力強;④有八個工作信道可供選擇;⑤傳輸速率9.6kbps;⑥降低噪聲放大器LNA、功率放大器PA、壓空振蕩器VCO等大部分功能集成在芯片內(nèi)，外圍電路簡單易于開發(fā)。采用該無線數(shù)傳模塊，可以使車體調(diào)平裝置滿足某型火箭炮調(diào)平時的無線數(shù)傳要求：①適當?shù)耐ㄐ啪嚯x，一般以不超過30m為宜，通信功率過大使通信距離過遠，會造成炮與炮之間相互干擾;②較強的抗干擾能力，系統(tǒng)在較強的外界干擾中也能正常工作;③較低的功耗，該裝置野外應用，無固定供電電源，只能靠電池維持系統(tǒng)運行。

　　無線模塊ZT-TR43F與單片機接口提供了RS232/TTL/RS485三種接口方式，本系統(tǒng)采用TTL接口方式，方便與MSP430F149單片機的接口。其中MSP430單片機的RXD、TXD口分別與無線模塊的TXD、RXD口相接，地線與地線相接。

　　考慮到多門火箭炮同時調(diào)平時，有多個調(diào)平裝置同時工作，為防止之間相互干擾，采取不同的通信信道或不同編碼方式識別，每個裝置上帶有撥碼盤，通過撥碼盤設置各自的通信信道或識別碼。

　　調(diào)整角度的計算

　　主控制器接收到車體的縱橫向傾斜角度后，需要計算每個千斤頂相對調(diào)整的角度，角度計算的幾何關系見圖5。

?

　　圖5 角度計算關系圖

　　如圖5所示，車體水平傾斜角度可反映在橫向和縱向兩個方向，圖5中a和b分別為橫向和縱向傾斜角度，設α和β為傾角傳感器得出的橫向和縱向角度。若α大于0，則A端千斤頂打高，B端千斤頂打低。兩端千斤頂各位移約為α/2乘以AB端點間隔的一半的距離，然后調(diào)整千斤頂直到橫向水準氣泡居中。若β大于0，則A端和B端同時打低，若β小于0，則A端和B端同時打高。打高過程中調(diào)整千斤頂直到縱向水準氣泡居中。