引 言
手持式仪器是嵌入式系统应用开发的重要领域,手持式仪器具有便于携带、操作方便、LCD显示清晰等优点。本文结合手持式电量测量仪开发项目,设计了以MSP430F449为核心的手持式仪器。系统采用16位A/D转换器AD7705和128×64像素LCD图形显示器设计互动式图形用户界面,用于显示测量结果数字和图形。符合人体工程学的按键和易于操作的菜单,实现了仪器的4按键图形菜单操作。设计了对测量数据进行分析处理并实时存储的应用软件。仪器具有测量精度高、数据处理能力强、信息容量大、智能化、体积小、功耗低等特点,适合于电池供电的工作环境。
1 核心模块硬件设计
1.1 16位嵌入式处理器MSP430F449单片机
德州仪器公司的MSP430系列单片机是一种16位超低功耗微处理器,低供电电压范围为1.8~3.6 V,1 MHz时钟运行时耗电电流在O.1~400 μA之间,并具有多种低功耗模式,关断模式下耗电仅为0.1μA;从中断请求到CPU唤醒只要6μs;具有丰富的片内资源。本系统中选用的是MSP430F449单片机,该单片机具有5种节电模式(LPM0~LPM4),1 MHz下工作电流O.1~280μA,具有2个16位和1个8位定时器;具有1个12位A/D转换器,2个串行通信接口,可通过软件选择UART/SPI模式;Flash存储器多达60 KB,RAM多达2 KB。手持式仪器核心模块基本组成的硬件电路框图如图l所示。
②设置寄存器。可读/写的8位寄存器,用于设置工作模式、增益、极性、缓冲器控制和滤波器同步。
③时钟寄存器。可读/写的8位寄存器,用于设置有关AD7705运行频率参数和A/D转换输出更新速率。
④数据寄存器。16位只读寄存器,存放AD7705最新的转换结果。
⑤测试寄存器、零标度校准寄存器、满标度校准寄存器等。用于测试和存放校准数据,可用来分析噪声和转换误差。部分核心函数如下:
2.4 核心模块电源设计
电源设计是手持式仪器系统设计的难点,本课题权衡低功耗、低成本、稳定可靠等诸多因素。由电源芯片LMlll7—3.3提供MSP430F449微处理器的集成I/O和Flash、A/D、128×64像素LCD等外设的工作电源;LMlll7—5超低压降线性稳压电源芯片实现电池电压到5 V的转换,并由HZD05—12D12模块为前端传感器提供±12 V电源。其中HZD05—12D12为双路输出,均衡负载直流 直流双输出模块,输入电压范围9~18 V,输出电压±12 V,额定输出电流±O.21 A。系统电源电路如图5所示。
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