MSP430单片机在测试系统中的应用

1 引言

单片机(或微控制器)技术已渗透到生活的方方面面，广泛应用于家用电器、通信、测试等领域。因此该技术正积极影响着人们的生活。这里给出一种基于 MSP430单片机的测试系统设计。MSP430系列单片机是TI公司生产的超低功耗混合信号控制器，其灵活的时钟源选择可最大限度的延长电池寿命，内部集成有丰富的外围模块，该系列单片机不同型号针对不同应用领域。

2 系统方案设计

2．1 存储测试原理简介

存储测试技术是一种70年代开始的新的测试方法。存储测试是在对被测对象无影响或影响在允许范围的条件下，在被测体内放置微型数据采集与存储测试仪，现场实时完成信息的快速采集与记忆，事后回收记录仪，由计算机处理和再现测试信息的一种动态测试技术。

2．2 系统工作原理

图1是基于MSP430系列单片机的测试系统的原理框图。该测试系统具有可编程设置功能，触发信号启动单片机进入采样状态，以一定的采样频率采样A／D转换器数据，其采样频率由单片机内部的定时器确定，采样数据通过单片机内部12位A／D转换器完成模数转换，再存入存储器。当该测试系统回收时，可通过 RS232串口直接与计算机通信，将数据存入计算机，以便后续处理。系统设计时要充分考虑设计要求、所用器件性能、电磁兼容性、系统稳定性、可操作性、工作可靠性等因素。



3 系统硬件设计

系统硬件设计主要包括传感器，模拟适配电路，MSP430单片机采集、存储单元，以及接口单元等。来自于传感器的信号经模拟适配电路后进入单片机内部的 A／D转换器进行转换，然后将转换结果由单片机的I／O口存入存储器。采用串口异步 RS232通信接口读取数据。测试完成后，通过计算机完成数据的通信、显示、处理等功能。其中电源管理部分由单片机控制向存储器和模拟电路供电，这样可延长电池寿命。采用单片机片内的A／D转换器不仅降低系统设计的复杂性，还提高系统的可靠性，从而避免接口设计的复杂性，同时减小PCB板面积。

该系统与计算机采用RS232串口异步通信。系统采用MAX232器件实现单片机与计算机接口的转换，其中在其引脚C1+、C1-、C2+、C2-、V+ 和V-处分别连接1只0．1μF的电容实现充电，以满足相应的充电泵要求。引脚T1OUT、T1IN、R1OUT和R1IN分别是RS232转换发送和接收的输出与输入引脚，可实现单片机的TTL电平与上位机接口电平转换。为减小输入端干扰，还需在该器件的电源输入引脚处接1只0．1 μF的电容，实现滤波。MAX232采用0.3～6 V的供电电压；与计算机接口的引脚R1IN和T1OUT上的电平分别为±30 V和±15 V，与单片机接口的引脚T1IN和R1OUT上的电平分别为-0．3 V～(Vcc为-0.3 V)和0.3 V～(Vcc为+0．3 V)。单片机采用3.3 V供电，因此MAX232的供电电压Vcc采用3．3 V．如图2所示。



4 系统软件设计

软件设计也是测试系统设计的重要环节，软件设计的一般过程为：明确软件设计任务；按功能划分程序模块并绘出流程图；选择程序设计语言并编程；调试程序。

状态设计是根据被测对象的运动规律确定存储测试系统状态组织结构的过程。它是实现功能设计的关键，是硬件设计的依据，也是建立基型存储测试系统的有效手段。状态设计可以使设计思想清晰地贯穿于设计和调试的始终，可以不同程度的简化原本复杂的设计过程。

系统的状态转换：系统接通电源后，单片机处于知更状态，等待采样开始信号，此时系统处于超低功耗状态，消耗的电流仅约1μA。触发信号到来后，系统开始循环采样，采样完毕，存储器计满数据后，就停止采样进入低功耗的等待读数状态。在等待读数状态时，接读数端口，当单片机的I/O端口接收到计算机发送的上升沿后，就开始向计算机发送数据，即先从存储器中将数据读人单片机，然后再由单片机的串口发送给计算机，发送完毕后再次进入低功耗状态。图3是系统状态图。



5 测试结果

系统测试实验由信号发生器给出频率为1 Hz的正弦波，数据采集完毕后读数情况如图4所示。系统完全实现触发和采样过程。图4是通过实验得到的单通道测试波形图，得到的输出与所给的输入信号完全一致，充分说明此方案是可行的。



6 结束语

采用MSP430系列单片机设计测试系统，利用MSP430系列单片机内部提供的12 bit的A／D转换器进行数据采集，这种方式大大简化电路设计，并能使测量结果达到较高精度；而且由于MSP430系列单片机超低功耗的设计，使测试系统具有体积小，低功耗，抗干扰能力强，无引线等特点。