基于MSP430F169的多路電阻測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)實(shí)際測(cè)量工作中經(jīng)常遇到的多路電阻難以測(cè)量的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新型的多路電阻測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用2個(gè)MSP430F169單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，提高了測(cè)量的精確度和穩(wěn)定性。從機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的測(cè)量、采集、計(jì)算與分析，主機(jī)負(fù)責(zé)儲(chǔ)存、控制、顯示以及和上位機(jī)的通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊具有低功耗、高精度、便攜式等特點(diǎn)，特別適用于工作現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也為雙處理器系統(tǒng)的研究打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：MSP430F169；I2C總線；多路電阻；測(cè)量系統(tǒng)

0 引言
在實(shí)際工作中，對(duì)于多路電阻進(jìn)行測(cè)量，一般采用直接測(cè)量法人工操作進(jìn)行，雖然這種方法很成熟，但所用的配套設(shè)備較多，測(cè)量數(shù)據(jù)手工紀(jì)錄、人工計(jì)算，操作繁瑣、效率較低，事后的數(shù)據(jù)處理及出具測(cè)量報(bào)告既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，易出現(xiàn)人為因素造成的錯(cuò)判、漏判等，難以保證測(cè)量質(zhì)量，影響了科研、實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)任務(wù)的順利進(jìn)行。針對(duì)這些問(wèn)題本文設(shè)計(jì)了一種基于MSP430單片機(jī)的電阻多路測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)采用2個(gè)MSP430F169單片機(jī)，利用該型號(hào)單片機(jī)自身集成的I2C通信模塊實(shí)現(xiàn)雙單片機(jī)系統(tǒng)。使用雙機(jī)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性，提高了測(cè)量的精度的和穩(wěn)定性。該多路電阻測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、功耗低等特點(diǎn)，其測(cè)量范圍為10μΩ～3 kΩ、測(cè)量精度為0．2％?？捎糜诳茖W(xué)研究和工程運(yùn)用等領(lǐng)域，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法也是對(duì)雙單片機(jī)系統(tǒng)研究的有益的嘗試，為后續(xù)的研究打下基礎(chǔ)。

1 多路電阻測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1．1 MSP430單片機(jī)
MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(TI)推出的一種16位超低功耗單片機(jī)。該系列單片機(jī)具有運(yùn)算能力強(qiáng)，片內(nèi)外設(shè)豐富，低電壓，超低功耗，速度快，效率高等特點(diǎn)。其電源電壓采用1．8～3．6 V低電壓，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅為0．1μA，活動(dòng)模式耗電250μA／MIPS，I／O輸入端口的最大漏電流僅為50 nA，單片機(jī)系統(tǒng)有一種活動(dòng)模式和5種低功耗模式，并且各種模式間可以自由切換。采用矢量中斷，支持十多個(gè)中斷源，并可任意嵌套，用中斷請(qǐng)求將CPU喚醒只需6μs。具備精簡(jiǎn)指令集合和較高的處理速度，大量的片內(nèi)寄存器可以參加運(yùn)算。有豐富的I／O接口，支持JATG在線編程和調(diào)試。其中，MSP430F169單片機(jī)集了64 KB的FLASH ROM和2 KB的RAM，在多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合無(wú)需為處理器另外擴(kuò)展ROM，也無(wú)需擴(kuò)展RAM，片內(nèi)具有雙通道的串行數(shù)據(jù)接口(USART模塊)，可以實(shí)現(xiàn)UART，SPI和I2C三種通信模式。雙單片機(jī)之間采用USART0串行通信模塊實(shí)現(xiàn)I2C主從式通信，可以使系統(tǒng)通信簡(jiǎn)單高效。
1．2 系統(tǒng)框圖
本系統(tǒng)為基于雙MSP430F169單片機(jī)多路電阻測(cè)量系統(tǒng)。使用2個(gè)MSP430F169單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，從機(jī)MSP430F169利用自帶的8路A／D通道實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的測(cè)量、采集并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析，主機(jī)MSP430F169負(fù)責(zé)儲(chǔ)存、控制、顯示以及和上位機(jī)的通信。利用MSP430F169單片機(jī)的固有的USART模塊，采用I2C總線進(jìn)行串行通信，實(shí)現(xiàn)處理器之間的命令控制和數(shù)據(jù)交換。電阻測(cè)量電路采用恒流源測(cè)量電阻，將待測(cè)電阻接入恒流源電路，對(duì)電阻兩端施加恒定電流，在電阻兩端形成穩(wěn)定的壓降。由于電阻兩端輸出的電壓值比較小，需要通過(guò)放大電路對(duì)電壓進(jìn)行放大。通過(guò)單片機(jī)自帶的A／D接口對(duì)待測(cè)電壓進(jìn)行采集，由歐姆定律算出相應(yīng)的阻值，再除以放大倍數(shù)，即可得到待測(cè)小電阻的阻值。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件電路主要由從單片機(jī)恒流源電路和主單片機(jī)電路組成，主單片機(jī)電路部分主要實(shí)現(xiàn)控制、顯示、存儲(chǔ)、與上位機(jī)通信等功能，硬件電路比較簡(jiǎn)單限于篇幅不再累述。從單片機(jī)恒流源電路主要由電流源電路、放大器電路和跟隨器電路組成。以下著重對(duì)系統(tǒng)的從單片機(jī)恒流源電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。