基于MSP430和USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　引言

　　MSP430系列單片機(jī)是由美國TI公司生產(chǎn)的新一代16位單片機(jī)，它具有處理能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快、資源豐富、開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的性價(jià)比，最近幾年在國內(nèi)得到了很廣泛的應(yīng)用。通用串行總線（USB）是現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢，它具有高速、可熱插拔、易擴(kuò)展、接口通用、無需外接電源等優(yōu)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸方面得到和廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集在工業(yè)測試系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，其精確性和可靠性是至關(guān)重要的，MSP430和USB為此提供了理想的解決方案。本文以瀝青橋面防水層檢測儀為背景，闡述了基于MSP430和USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F149和PHILIPS公司的USB接口芯片PDIUSBD12。PDIUSBD12符合通用串行總線USB1.1規(guī)范，是一款高性能的USB接口器件，它集成了SIE、FIFO存儲(chǔ)器、收發(fā)器和電壓變換器。SIE完成USB協(xié)議層，并完成高速硬件連接，無需軟件干預(yù)。此模塊功能包括：同步模式識(shí)別、并串轉(zhuǎn)換、位填充、解填充、CRC校驗(yàn)/產(chǎn)生、地址識(shí)別和握手相應(yīng)/產(chǎn)生等。MSP430F149芯片片內(nèi)包括一個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器ADC12、采樣保持器和模擬多路器，ADC12與一般的ADC相比較，具有高速、通用的特點(diǎn)，適合于精密的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，能夠?qū)?個(gè)外部模擬通道和4個(gè)內(nèi)部電壓通道（包括內(nèi)部溫度傳感器反饋的電壓信號(hào)通道）進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC12還提供了高性能的采樣/保持電路，為用戶提供了更多的采樣觸發(fā)方式和轉(zhuǎn)換時(shí)鐘周期的選擇。ADC12提供了4種轉(zhuǎn)換模式：單通道單次轉(zhuǎn)換，系列通道單次轉(zhuǎn)換，單通道多次轉(zhuǎn)換，多通道多次轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集流功能框圖如圖1所示。

　　本系統(tǒng)中MSP430F149和PDIUSBD12的硬件接口電路圖如圖2所示。PDIUSBD12的8位并行數(shù)據(jù)接入MSP430的P5口，傳輸數(shù)據(jù)或者命令。MSP430的P17引腳接PDIUSBD12的A0，作為PDIUSBD12的命令或數(shù)據(jù)選擇線。當(dāng)A0=0，MSP430向 PDIUSBD12發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)A0=1時(shí)，向PDIUSBD12發(fā)送命令。它們之間的數(shù)據(jù)交換采取中斷查詢方式，通過查詢P14（P14接 PDIUSBD12的INT_N引腳）是否為低電平來確定是否接受到上位機(jī)的數(shù)據(jù)或命令，再結(jié)合D12_WR和D12_RD引腳實(shí)現(xiàn)MSP430與 PDIUSBD12的數(shù)據(jù)交換。PDIUSBD12的GL_N接LED來對其進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)USB設(shè)備接入PC機(jī)時(shí)，LED亮，當(dāng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，LED 將不斷閃爍。

　　MSP430的P6口為其ADC12模塊8個(gè)外部通道的輸入端，由于傳感器輸出的信號(hào)比較微弱，同時(shí)在瀝青橋面測試現(xiàn)場存在著很多車輛噪聲和工頻信號(hào)的干擾，傳感器采集到的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過一定的放大和低通濾波，才能被送到MSP430的ADC12模塊進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，信號(hào)調(diào)理電路如圖3所示。

　　
圖3

　　主放大器我們選用美國ADI公司的精密儀表放大器AD620。

　　圖3中運(yùn)放U2部分組成了一個(gè)二階壓控低通有源濾波器。傳感器信號(hào)通過調(diào)節(jié)放大之后被送到濾波器的輸入端，通過濾波后將干擾部分消除。其傳遞函數(shù)為：。其中為特征角頻率。

　　由于傳感器測量的是拉、壓力信號(hào)，即放大濾波后輸出的電壓信號(hào)為雙極性信號(hào)，范圍約為-10V~+10V，必須將它轉(zhuǎn)換為單極性信號(hào)，即對信號(hào)進(jìn)行直流偏置，在此采用簡單的電阻分壓方式，如圖3所示。所需要的+2.5V電壓基準(zhǔn)可以由MSP430F149提供。