引言

    msp430系列單片機(jī)是由美國(guó)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(guó)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(shì)，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(cè)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(cè)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：?jiǎn)瓮ǖ绬未无D(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。

    圖1 數(shù)據(jù)采集功能框圖

    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(duì)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。

    圖2 msp430f149與pdiusbd12接口電路圖

    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(cè)試現(xiàn)場(chǎng)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 信號(hào)調(diào)理電路

    主放大器我們選用美國(guó)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(cè)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(duì)信號(hào)進(jìn)行直流偏置，在此采用簡(jiǎn)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。

    軟件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)程序、usb驅(qū)動(dòng)程序、pc機(jī)應(yīng)用程序。單片機(jī)部分的程序也稱為固件，它包括usb設(shè)備的連接、usb協(xié)議和中斷處理等。pdiusbd12可以按照usb1.1協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后與pc機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。msp430根據(jù)接受到的命令通過pdiusbd12與pc機(jī)的應(yīng)用程序進(jìn)行交互。

    msp430向pdiusbd12發(fā)送數(shù)據(jù)/命令部分程序如下：

    void outportb(unsigned char port, unsigned char val)

    {

    p1out&=0xbf; /使pdiusbd12的wr引腳為低電