基于MSP430的低功耗温度采集仪.PDF

www.M 微控设计网 中国MSP430单片机专业网站 www.M 控设计网 基于MSP430 的低功耗温度采集仪 兰兰 沈昱明 (上海理工大学光电学院 上海 200093) 摘要 详细介绍了基于美国TI 公司的新型超低功耗芯片MSP430F13X 的温度采集仪的工作原理及软硬 件设计方法，采用MSP430F13X 的软件模拟A/D 转换技术实现温度测量。该技术应用了MSP430F41X 内 置的精密比较器，通过软件编程来实现A/D 转换，其优势在于充分利用了MSP430 内部资 ，使得外 围元器件最少，功耗极低。特别地，A/D 转换精度可由用户根据具体需要通过软件设置，开发成本低。 系统设计思想对超低功耗、微型便携式的智能化检测仪表的研究和开发具有一定的参考价值。 关键词 MSP430 低功耗 A/D 转换 0 前言 在铂电阻测温的大多数应用中，温度采集部分的硬件电路设计通常采用精密电桥或者恒流 ，然后经A/D 转换器来实现模数转换。该方法除功耗大，需要外围A/D 等器件外，A/D 转换 精度依赖于精密电桥的结构及参数选择。无论那一种方法，都不能满足时下对便携式数字化仪 表的高精度和低功耗的双重要求。当测量精度要求较高时，复杂的调理电路和高位数的A/D 转 换器，都使得 处理器的外围元器件越来越多，从而使成本上升的同时，功耗也攀升不下。鉴 于此，我们采用基于MSP430 的转换精度可调的软件模拟A/D 转换技术，通过软件编程实现温度 测量，A/D 转换精度可由用户根据具体需要通过软件设置，解决了设计成本、功耗与测量精度 之间的矛盾。 随着微电子技术的不断创新，以及大规模集成电路工艺水平的不断提高，出现了更多，更 好的低功耗、高性价比的微处理器，从而使得嵌入式系统的设计方法不断推陈出新，向传统的 设计方法提出挑战。本文所介绍的温度采集仪采用美国TI 公司的超低功耗 16 位微控制器—— MSP430F135 作为系统级芯片，采用其软件模拟A/D 转换技术实现温度测量，使得整个系统设计 成本降低，降耗节能，而且测量精度 大大提高，满足当代便携式温度测量系统的设计要求。 1 硬件设计 1.1 系统芯片MSP430F135[1] MSP430F 系列是美国TI 公司是美国德州仪器公司生产的一种特低功耗的Flash 控制器， 有 “绿色 控制器(Green Mcu) 称号,其技术特征代表了单片机的发展方向。其存储器模块是目 前业界所有内部集成 Flash 存储器产品中能耗最低的一种，消耗功率仅为其它闪速微控制器 (Flash Mcu) 的五分之一。同其它 控制器相比，既缩小了线路板空间，又降低了系统成本。该 系列新型器件集成了业界领先的超低功率闪存、高性能模拟电路和一个 16 位精简指令集计算机 （RISC ）CPU ，指令周期可以达 125ns，且大部分指令可在一个指令周期内完成。工作电流极 小，CPU 处于工作模式LMP5 时，电流可低至0.1uA 。另外该芯片属低电 器件，仅需1.8-3.6v 电压供电，从而有效降低了系统功耗。它具有超低功耗的数控振荡器技术，可以实现频率调节 和无晶振运行。6uS 的快速启动时间可以延长待机时间并使启动更加迅速，降低了电池的功耗。 MSP430F412 片内资 丰富：带有3 个捕获/ 比较寄存器的16 位Timer A ， 4KB Flash Rom 和 256B 的信息Flash Ram 和 256B 的Ram，具有6 个输入输出带有施密特触发器的I/O 口（见图 1），共48 根I/O 口线。I/O 端口功能强大且十分灵活，所有的I/O 位均可单独配置，每一根口 线分别对应输入、输出、方向和功能选择等多个寄存器里的一位。 PxIN.x Page 1 of 4 Schmitt-trigger 基于模拟前端信号处理与控制技术的专业