MSP430F449在微型化低功耗数据采集模块中的应用

2012-06-04 来源：61ic

l引言

随着低功耗单片机技术的发展，各种应用场合对单片机系统有了更加严格的要求。MSP430系列单片机具有低工作电压、超低功耗、强大的处理能力、系统工作稳定，集成了大量的外围器件，具有丰富的片内外设和方便高效的开发环境等特点，在电池供电的微型化低功耗设备和仪器中有着广泛的应用。特别是MSP430系列单片机大部分都内嵌模数转换器模块，且转换精度在10位、12位及14位不等，所以MSP430系列在低功耗数据采集等需求中使用非常方便。

MSP4．30F449是MSP430系列产品中最高档的型号。主要特点：能够在1．8～3．6V的低电压下工作；在低功耗模式下，CPU可以被中断唤醒，响应时间小于6μs；12位A／D转换器带有内部参考源、采样、保持、自动扫描特性；FLASH存储器多达60kB；方便高效的开发环境等特点。

2设计方案

低功耗数据采集模块在微型化系统中主要完成数据采集及数据存储功能。现场使用要求其电流消耗尽可能小，以降低系统的功耗，延长电池的供电时间。本文设计了一种基于低功耗单片机MSP430F449的微型化数据采集模块，整个系统由MSP430F449、传感器、信号调理、串行通信等电路构成一采用±3V电池供电，如图1所示。

2．1信号调理电路

由于传感器的输入电荷信号非常小以及存在50Hz交流通过杂散电容耦合到输入端等原因，设计时选取比较大的反馈电容，增强了传感器的抗干扰能力。同时根据被测信号的幅度，设计一个放大电路，选用AD620芯片。他具有低噪音、低输入偏置电流和低功耗特性，用于精确的数据采集系统(如传感器接口)是比较理想的。极宽的电源工作范围：±2．3～±18V，符合电池供电要求。仅需一个外接电阻即可得到1～1000内的任意增益范围，即有G=49．4kΩ／RG+1。放大后的信号再经过抗混叠滤波。

由于上述几级电路都是在零偏置条件下工作，输出信号幅值有正有负，而进入ADC之前的信号必须是单端的，因此需要将双端的信号位移使之成为单端信号。信号位移电路如图2所示，因为电池在使用过程中不断消耗能量，而低压差稳压器TPS76318的应用能够使图2中M点稳压在1．8V(电池提供的电压不低于2．7V即可)，提高系统的精度。

经过调理后的信号直接连接到MSP430F449芯片的A／D输入端，实现A／D转换。

2．2数据采集与转换

MSP430F449内嵌模数转换器模块，且转换精度为12位，完成将模拟信号转换成12位数据并存入转换存储寄存器。主要特点：

(1)采样速度快，最高可达200KSPS

(2)12位转换精度，1位非线性微分误差，1位非线性积分误差；

(3)有多种时钟源可提供给ADCl2模块，且模块本身内置时钟发生器；

(4)配置有8路外部通道和4路内部通道；

(5)内置参考电源，且参考电压有6种可编程的组合；

(6)模数转换有4种模式，可以灵活地运用以节省软件量和时间。

外部的模拟信号经过放大、滤波和位移之后进入A0通道进行模数转换，如图3所示。转换模式为单通道多次转换模式。

系统在选定的通道A0上进行多次转换，直到用软件将其停止为止。每次转换完成，转换结果存放在相应的ADCl2MEM0中，由相应的中断标志位ADCl2IFG．0置位来标志转换结束。ADC内核完成将模拟信号转换成12位数据并存入转换存储寄存器，内核用到两个参考电平，即VR+和VR-，作为转换范围的上、下限和读数的满量程值和"0"值，参考电平由转换存储控制器定义，该设计定义为VR+=2．5V，VR-=0V。转换公式为：

NADC=4095×(VIN-VR-)／(VR+VR-)

采样流程如图4所示。