应用电子毕业设计（论文） 基于MSP430单片机数据采集系统设计.doc

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1、西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 基于MSP430单片机数据采集系统设计 所属系部： 电子工程系指导教师： 职称： 讲师 学生姓名： 学号: 专业： 应用电子技术西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书题目： 基于MSP430单片机数据采集系统设计任务与要求： 本系统的采用C语言编写,实现功能包括：7路AD采样 LCD显示和串口收发,其中7路AD采样可由上位机控制采 样方式,即循环采样和固定通道采样,LCD显示采样值和对应的通道号,系统通过串口和上位机进行通讯。时间： 2010年 8月30日 至 2010 年 10 月23 日 共 8 周所属系部：

2、 电子工程系学生姓名： 学 号： 专业： 应用电子技术指导单位或教研室： 电子工程系指导教师： 职 称： 讲师西安航空职业技术学院制摘要介绍一种以 MSP430 单片机为核心的多路数据采集系统。在文中介绍了多路数据采集系统的设计及其实现方法;对设计中的几个主要技术问题进行了较为详细的论述, 并且具体阐述所用器件的工作原理、主要特点、硬件电路设计和软件设计, 是一个具有完整功能的数据采集系统。系统由集成函数发生器 ICL8038 现场模拟产生一正弦波信号并通过 LM331 实现频率到电压的变换 ,从而供给单片机进行数据采集。系统采用单片机与上位机进行通讯 ,单片机负责对 7 路数据的采集、处理和

3、控制显示 ,同时应答上位机命令。上位机面向用户 ,可以对系统进行控制 ,选择数据采集的方式。设计并实现了一种具有现场采集和显示并且采集方式可控制的多路数据采集器 ,该数据采集器具有硬件电路简单 ,采集精度较高 ,低功耗等特点 ,具有推广应用价值。关键词：MSP430单片机，数据采集系统，IC18038，LM331Abstract A muti channel data collecting system with MSP430 single chip as kernel is introduced. In this paper introduces the design and impleme

4、ntation methods of muti channel data acquisition systems，it also discusses a few problems of data acquisition system design in detail, and the operational principle, main features, the design of hardware circuit, the design of software program are expounded in detail, is a data-collecting system wit

5、h complete functions，A sine wave frequency signal which is generated by integrated circuit ICL8038 is transformed into a voltage signal ,and the signal is used to be collected by a single chip. The single chip can communicate with computer and answer the instruction from computer，and the single chip

6、 is mainly used to collect 7 channel data ,process the data and control the display. Consumer can control the system and select the mode of data collecting by computer. A muti channel data collecting device which can collect data and display in real time is designed and realized. The system has thes

7、e merits such as simple hardware, higher precision and lower power, so it has value of spread and application.Keywords: MSP430；Data Acquisition System；ICl8038； LM331 目 录1. 绪论11.1 课题的背景及其意义11.2 论文结构91.3 本设计要完成的任务92.基于MSP430单片机采集系统的方案设计102.1整体设计框图102.2大体工作过程103.硬件电路的设计113.1控制电路的设计113.1.1 MSP430单片机的选择1

8、13.1.2上位机的选择133.2外围电路的设计143.2.1正弦信号发生模块的设计143.2.2频率电压变换模块设计173.2.3 信号调理模块的设计193.2.4串口通信模块设计234.系统软件设计274.1软件开发环境274.2软件设计方案27结束语29参考文献30附录一，电路原理图31附录二，程序清单321. 绪论1.1 课题的背景及其意义一、便携式数据采集器的发展 信息时代的今天，人们再也离不开计算机的帮助。正如POS系统的建立就必须具备由计算机系统支持的POS终端机一样，库存(盘点)电子化的实现同样也离不开素有“掌上电脑”美称的便携式数据采集器。 自动识别技术是将数据自动识读、自动

9、输入计算机的一种方法或手段。它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。而条码技术的迅速崛起，作为一种革命性的高新技术为人们普遍接受，正是因为它通过数据采集器这一“利器”，提供了快速、准确地进行数据采集输入的有效手段，解决了由于计算机数据人工输入速度慢、错误率高等造成的“瓶颈”难题。 条码自动识别技术主要由条码扫描和译码两部分组成。扫描是利用光束扫读条码符号，将光信号转化为电信号，这部分功能由扫描器完成。译码是将扫描器获得的电信号按一定的规则翻译成相应的数据代码，然后输入计算机，这个过程由译码器完成。数据采集器通过硬件技术、软件技术。以及二者的有机结合，实现了条码扫描。译码、以及与

10、计算机之间的数据通信，把看似毫不相关的两种技术全部融合在一起，大大简化了数据输入的过程。 根据数据采集器的用途不同，大体上可将其分为两类：在线式数据采集器和便携式数据采集器。这里我们主要谈谈便携式数据采集器。使携式数据采集器是为适应一些现场数据采集和扫描笨重物体的条码符号而设计的，适合于脱机使用的场合。识读时，与在线式数据采集器相反，它是将扫描器带到物体的条码符号前扫描。因此，又称之为手持终端机、盘点机。它由电池供电，与计算机之间的通讯并不和扫描同时进行。它有自己的内部用存器，可以存一定量的数据，并可在适当的时候将这些数据传输给计算机。几乎所有的便携式数据采集器都有一定的编程能力。再配上应用程

11、序便可成为功能很强的专用设备，从而可以满足不同场合的应用需要。目前，在世界各国从事条码技术及其系列产品的开发研究、生产经营的厂家达几千家，产品的品种近万种，已经推出了能存储上万个条码信息的便携式数据采集器，并广泛应用于仓库管理、商品盘点以及各种野外作业上。 自70年代中期，便携式数据采集器就出现了。第一部便携式数据采集器利用磁带记录资料。用12瓦特的汽车电池供电。从那时起，便携式数据采集器受益于刺激计算机技术变化的电子技术的发展而不断向小型化、微型化、智能化方向发展。一些在今天的市场上出售的便携式数据采集器实际上就是全功能的计算机，有的便携式数据采集器小到可以放进衬衫口袋里。根据一家美国管理咨

12、询公司投资发展公司(VDC)的最新报告，1995年便携式数据采集器及服务在美国市场上的销售额是15亿美元，并预测在今后的五年 中这项业务将以每年11的速度增长。便携式数据采集器，其性能、配置以及数据通信等各项技术指标大幅度提高，以全新的姿态走向商场，并开始向更深、更广的领域发展。尤其是在商品库存(盘点)电子化的应用领域，国外已经取得了很好的成绩，并得到迅 速推广。那么，在我国实现商品库存(盘点)电子化的进程中，便携式数据采集器的应用状况又是如何呢？ 为了解便携式数据采集器在我国的应用现状，推动我国市场现代化的发展，提高商业管理电子化，特别是库存管理自动化的水平，由原内贸部主办的中国商报、中国物

13、品编码中心主办的条码与信息系统杂志与北方交通大学经济与工商管理学院联合，针对全国各省市主要商厦及连锁店、配送中心进行了一次规模较大的市场调查活动。 本次调查的目的是通过对商业技术人员对商品库存管理的认识和应用的调查，了解商品库存管理的现状；了解管理者对商品管理电子化的认识，对商品库存(盘点)的重要硬件设备一一便携式数据采集器的性能、价格要求及对软件开发、系统集成、技术支持等方面的要求。通过分析库存管理问题的技术因素、环境因素。主管因素等，提出解决问题的方法，指出发展趋势。通过这次活动，使我们掌握了第一手资料，了解了我国商场库存(盘点)的现状及主要产品软硬件与市场供需之间的具体情况，认识到商品库

14、存管理电子化是商业自动化系统的中枢部分，实现商品销售的全面控制管理，对提高我国商场及连锁店的经营管理水平和相关技术的快速发展起到了积极的促进作用，并对我国运输业、邮电、仓库管理、图书管理等行业有重要的参考价值。 通过这次调查活动所进行的数据分析，我们不难看出：随着条码技术的普遍推广，我国商场现代化发展迅速，商业管理电子化的水平得到极大提高，便携式数据采集器的市场已经形成，并有较大需求。但总体来说我国库存(盘点)电子化仍处在一个较低水平，同国外商业管理水平存在较大差距。在这次市场调查活动中，特别值得一提的是在为数不多的实现库存(盘点)电子化的商场中，他们的一个共同点就是都采用了便携式数据采集器来

15、进行库存的电子化盘点。他们普遍认为数据采集系统的应用不仅节省时间、减少工作量。降低管理费用、有效改善库存结构，而且可以实现商场经营的不停业盘点。真正实现全年度、全天候营业。为商家树立起良好的声誉、形象，创造出各种有形的和无形的价值。 二、便携式数据采集器的发展趋势 1。我国现阶段存在的主要问题 便携式数据采集器是实现我国商品库存(盘点)电子化的有效途径和不可缺少的工具之一，它的应用将是我国实现商业管理电子化。现代化之路的必然趋势。但我国现阶段存在着这样两个主要问题。 第一、商家普遍对便携式数据采集器的认识不足 在市场调查中，我们发现无论大，中，小型商场，其经营管理者对便携式数据采集器应用的优越

16、性均认识不足。一些数据可以说明这个问题，据1996年中国物品编码中心对全国38家不同规模的扫描商店的调查，大型商店中(销售品种在7000种以上)55的商店使用条码扫描数据指导订货，80的商店将条码扫描数据用于库存管理，90的商店利用条码进行前台收款，90的商店用于实时汇总，65的商店用于非实时汇总；中型商店(销售品种在20007000种)使用条码用于前台管理的不到50，远远低于大型商店；小型商店采用条码技术的比例更小于25。为什么会出现这种不理想的情况呢？我们认为，原因主要是大型商场经营管理者的思想、观念比较保守，加之商场场地大，商品品种多，虽可能早期使用了一些设备，但一旦原有的设备老化，新产

17、品和设备的更新换代需要占用较多流动资金，正所谓“船大调头难”。而中、小型商场则普遍认为，自己的经营规模小，采用人工盘点，虽然存在诸如费时、费力，容易出错等不足之处，但影响不大，对自身的经营，发展而言已经足够了。加之我国在便携式数据采集器的应用方面的成功经验交流不足，缺乏事实和数据的报道，在一定程度上导致商家对于便携式数据采集器的使用认识不够，信心不足。有许多商家在市场调查过程中发出了这样的疑问：在我国目前的经济运行机制下，使用便携式数据采集器来实现商品库存(盘点)电子化必要吗？可行吗？ 我们假设其前提条件是商场本身已经建立了POS系统，初步实现了商场管理的电子化，即拥有了比较完善的条码应用系统

18、。所谓条码应用系统。包括数据源、条码阅读器、计算机及应用软件等。数据源标志着客观事物的符号集合，是反映客观事物原始状态的依，其正确性直接影响着系统处理的结果。因此，完整准确的数据源是正确决策的基础。在条码应用系统中，数据源是用条码来进行表示的，商品条码在我国的广泛应用解决了数据源这一问题，为条码应用系统的广泛使用奠定了基础。条码阅读器是条码应用系统的数据采集设备，它可以快速、准确的采集到条码表示的数据源，并将这一数据送给计算机处理。 随着计算机技术的发展，其运行速度、存储能力有了极大提高，而计算机的数据输入却成了影响计算机发挥潜力的一个重要障碍。便携式数据采集器很好的解决了计算机数据输入中的“

19、瓶颈”问题，大大提高了整个计算机应用系统的实用性，使计算机系统的普遍使用成为可能。计算机是条码应用系统中的数据存储与处理设备。由于计算机的存储量大，运行速度快，使许多繁杂的数据处理工作变得方便。迅速、准确，大幅度地减轻了劳动强度，提高了工作效率。尤其是计算机网络在商业的应用，使得整个商场的进、销、存等各项业务构成了一个强大、协调的体系，发挥着越来越重要的作用。应用软件是以系统软件为基础的，为解决各类实际问题而编制的各种程序。它一般是用高级语言编写的，把要处理的数据组织在各个数据文件中，由操作系统控制各个应用程序的执行，并自动的对数据文件进行各种操作，极大方便了操作人员。这样，一个比较典型的商业

20、条码应用系统已经建立起来了。 在我国目前的情况下，商场一般仍然延袭着几十年来一直采用的人工盘点方式，靠手工登记方式来进行登单处理。虽然大部分商场是一个月或几个月才进行一次盘点，但由于商品种类多、数量大。品种杂，使得商场员工的劳动强度变得很大，工作起来十分辛苦。并因需要调动全体员工而不得不暂停营业，影响了商场的正常运营。此外，手工登记时由于每人的字体各异，加之有的字迹潦草，很难辨认，还时有错登、漏登的问题发生，造成各种差错，给商场的库存(盘点)带来困难，使经营者不能及时、准确的了解库存情况，必然导致其不能就此作出正确的决定。在市场经济迅速发展的今天，竞争日益激烈，“商海行舟，不进则退”。商家稍有

21、一个判断失误，一个决策不利，就很有可能引起一系列的损失，导致“一招棋错，满盘皆输”。而如果商场采用便携式数据采集器，来实现商品的库存(盘点)电子化，管理者可以随时了解每个商品货架上的数量和仓库中的数量，定性分析出各种商品的库存和积压情况，并根据它来及时进货或减少进货，保持最优库存量，改善商品库存结构，从而有效的加速了商品资金的周转，减少了资金占用，实现了商品的全面控制和管理。因此，使用便携式数据采集器来实现商品库存(盘点)电子化是十分必要的。不仅如此，在商场使用便携式数据采集器也是可行性的。这是因为实行难度小。商家只需在原有的POS系统基础上购买便携式数据采集系统即可，而不需大动干戈。随着科学

22、技术的发展，便携式数据采集器的功能日益完善，一般系统均附带应用软件，以便于使用者可和原系统连接，不会使商场的作业和原系统的运行产生漏洞。可以说，便携式数据采集器的使用是对原系统在库存(盘点)方面的有益补充。设备安装方便，操作简单，适用性强。既不需增加场地，又不受时间、空间的限制，灵巧实用，便于实现库存(盘点)的实时化。设备投资不高，但取得效果显著，例如，提高工作效率，节省工作时间，减少人工作量，降低各种管理费用，及时改善库存结构等。最重要的是使用便携式数据采集器可以缩短盘点周期和每次盘点所用时间，真正实现不停业盘点。目前，国内、外有不少可以借鉴的成功实例，管理、技术的发展比较成熟。市面上的各类

23、便携式数据采集系统的应用软件实用性强，易操作，稳定性好，有效的提高了盘点数据的准确性、数据通信的可靠性，解决了人工盘点速度慢、易出错的问题。购买、维护方便。随着我国市场经济的发展，商业发展迅速，有关商场现代化的相关产业也如雨后春笋般迅速发展。特别是改革开放政策的实施，使得国外一些专业公司也纷纷踏足这块宝地，如Symbol公司、 Unitech公司和CASIO公司等，市场竞争比较激烈。这无疑为用户提供了购买、维护、升级、售后服务等诸多方便便携式数据采集器不断向小型化。智能化、多功能化发展。商家购买设备后，操作人员可以很快掌握使用，无需专门培养或聘请此方面的专业人士。随着条码技术的推广，商品采用条

24、码的比例将逐年递增，为商家提供了充足的数据源，以确保便携式数据采集系统的顺利使用。 由此可见，商场要实现现代化的管理，特别是库存(盘点)的现代化管理，采用便携式数据采集器不仅是可行的，而且是实现这一目标唯一的、有效的途径和手段。 第二、便携式数据采集器在我国的推广和应用发展过于缓慢 根据实际情况来看，便携式数据采集器技术在我国是有条件发展并逐步成熟起来的，而实际情况却不尽如人意。我国早在70年代未就已经开始应用了条码技术，并且现在条码的应用也形成了相当的规模，特别是在商业领域、通信领域、运输领域、仓储领域等，取得了长足的进步。但当国外的条码技术，特别是数据采集器的应用技术在近二十年突飞猛进的发

25、展时，国内生产厂家在此方面的发展却十分缓慢。当用户形成需求市场时，由于国内厂家的技术力量比较薄弱，造成前一时期市场为国外产品占领。虽然现在国产品牌开始崛起，但其推广和开发新产品的速度令人担忧。虽然生产厂家、销售商出现了不少，但商家真正完全采用便携式数据采集器来进行商品库存(盘点)的却少之又少。这一特殊情况很明显的说明我国在便携式数据采集器的推广。开发方面的力度都不够大。那么，作为厂家应当如何扭转这一不利形势呢？加强自身的管理，特别是加强质量管理，向管理要效益。质量就是企业的生命，只有便携式数据采集器技术本身得到发展，产品的性能得到提高，才能保证产品在市场竞争中立于不败之地。厂家应当清楚，产品的

26、性能应以满足市场需要为基础，而市场需要又有“长期”和“短期 ”之分，不同的选择，结果就会大相径庭。厂家要想不断发展，就要在长期占据现有市场的基础上，把不断开 拓新局面作为主要目标。同时苦练内功，加强自身建设，采用先进的管理方法，更新生产技术，提高产品的质量，向管理要效益。并应对目标市场进行细分，明确市场在将来一定时期内的需求，使所生产产品的性能能够适应不断变化着的市场的需求。厂家要加大资金的投入，努力扩大生产规模，向规模要效益。由于国内生产厂家起步比较晚，规模小，资金少，底子薄，技术力量相对落后，因此，要想同国外知名品牌一竞高低，就必需加大资金的投入，以形成生产规模，降低生产成本，走集约经营之

27、路。这样我们就可以降低产品价格，增加竞争实力，逐步占领市场，创造良好的经济效益，如此往复，才能真正实现规模经营。2用户选择的基本原则分析市场调查和产品评测的结果，我们不难发现：因为便携式数据采集器的优越性，使用和购买者将越来越多。在未来一定时期内，正是便携式数据采集器大规模发展的有利时期，其市场会不断壮大。这样就为用户购买便携式数据采集器提供了一个极好的机会。那么，用户应当如何根据自己的情况来购买合适的便携式数据采集器呢？这是一个综合性的问题，应从多方面予以考虑。(1)适用范围根据自身的不同情况，应当选择不同的便携式数据采集器。如应用在比较大型的、立体式仓库，由于有些商品的存放位置较高，离操作

28、人员较远，我们就应当选择扫描景深大，读取距离远，且首读率较高的采集器。而对于中小型仓库，在此方面的要求不是很高，可选择一些功能齐备。便于操作的采集器。对于用户来说，便携式数据采集器的选择最重要的一点是“够用”，而不要盲目购买价格贵、功能强的采集系统。(2)译码范围译码范围是选择便携式数据采集器的又一个重要指标。一般情况下，采集器都可以识别几种或十几种不同码制，但种类有很大差别，因此，用户在购买时要充分考虑到自己实际应用中的编码范围，来选取合适的采集器。接口要求采集器的接口能力是评价其功能的一个重要指标，也是选择采集器时重点考虑的内容。用户在购买时要首先明确自己原系统的环境，再选择适应该环境和接

29、口方式的采集器。(3)对首读率的要求首读率是数据采集器的一个综合性指标，它与条码符号的印刷质量、译码器的设计和扫描器的性能均有一定关系。首读率越高，其价格也必然高。在商品的库存(盘点)中，可采用便携式数据采集器，由人工来控制条码符号的重复扫描，对首读率的要求并不严格，它只是工作效率的量度而已。因此，在选择采集器时要根据自己的实际情况和经济能力来购买“物美价廉”的采集器。(4)价格选择便携式数据采集器时，其价格也是应关心的一个问题。采集器由于其功能不同，价格会产生很大差异。因此，在购买采集器时要注意产品的性能价格比，以满足应用系统要求且价格较低者为选购对象。 3.前景预测及分析 面对国内日益壮大

30、的便携式数据采集器市场和国外著名生产厂家的有力竞争，我们的企业要想扭转目前的不利局面而有所作为的话，就必须在加强自身建设、提高产品技术含量的同时，把握时代脉搏，看准便携式数据采集器的发展趋势，大胆开发新产品、新技术，从而走在时间的前列，迎头赶上甚至超过国际先进水平。下面是我们根据本次产品评测的结果，对便携式数据采集器的发展趋势所做的初步分析和预测。 便携式数据采集器的主要性能指标包括外观、配置、屏幕、性能、兼容性。电池供电时间、文档、价格等诸多方面。要想了解它的发展主流，我们可以从这几方面人手，来进行描述。便携式数据采集器的外观包括产品包装情况，中文标识情况、开启方式以及方便程度等。其机体应当

31、光滑，颜色搭配醒目，小巧方便，结构紧凑；大显示屏，显示灯。键盘、触发键的数量、大小、位置布局合理；电源开关明显，按键、触发键的响应时间短，操作方便，手感好。 便携式数据采集器的配置是表示其性能的关键参数。随着电子元件技术的不断发展，便携式数据采集器的配置情况越来越高档，使得它具备了更强的扩展性、替换性和易用性，节省操作人员的工作时间，提高工作效率。特别是CPU、RAM、ROM、扫描器。显示屏等配件，在便携式数据采集器中的配置越来越高。并由于其主频高，内存大，一般都配置了汉字字库，所以可全屏中文显示，满足了更多行业的需要。而无论中、英文字符，其显示都将是大屏幕、高清晰度的，并且亮度、背光键盘可调

32、。 便携式数据采集器的性能，是用户购买，使用时选择的关键。无论是数据的采集，还是数据的通信，全部依赖于采集器自身的品质。因此，生产厂商在提高便携式数据采集器的硬件配置的同时，也应不断加强软件的开发与应用，以方便用户的实际操作。 便携式数据采集器的绝大多数，目前可在资料存储或实时操作的形式下工作，其中一些可以从一种形式转化成另一种形式。但这两种方式的操作都是与主机的单向传输，而不能实现 信息与主机的双向交流。伴随着射频技术的发展，一种射频信息交流式的便携式数据采集器就可以做到这一点。这是因为与射频信息交流相联的系统的一个重要特点是信息与主机的交流是双向的。这样库存(盘点)都可以在主机指示下进行。

33、在国外，虽然普通的便携式数据采集器的销售占所有销售量的60，但是射频信息交流式的便携式数据采集器，其销售增长率却是普通机型的三倍，这种增长反映了射频信息交流在库存控制方面的应用的有效性和广泛性。 在操作系统和程序语言方面，现在的趋向是朝着开放型的系统发展。低级的为简单的应用而设计的系统也许会使用专门性的操作系统和程序语言。在许多情况下，这种所谓的专汀胜的系统实际上是将标准的程序减去一些特殊的指令，再加上一些特殊的程序而已。 便携式数据采集器的运行速度将由现在的最简单的资料收集和有限的操作发展到可运行视窗软件。而存储能力的多少要根据操作系统和操作形式而定。以视窗软件为基础的系统与射频信息交流终端

34、机连接使用要求很多的资料存储能力，以方便其使用。在市场上出售的软件工具允许一些与射频信息交流器相联的采集器在一个真实的客户服务器环境下工作，使其处理能力得到充分的发挥。大多数便携式数据采集器装有微型键盘或字母键盘，但是键盘输入方法指示在有限的情况下使用，如输入有关的数量数据。到目前为止，最广泛使用的资料输入方法是条码扫描识读法。而一项成长最快的输入方法是接触式存储识读。接触屏幕，笔式输入、射频识别、磁条卡、智能卡识读器和语音识别器正成为常规的输入技术。信息交流通常通过射频或通过资料存储器的基础站来实现。随着个人电脑卡(PCCARD)的多样化发展，一些便携式数据采集器将提供MODEM系列以通过电

35、话线来传送信息，甚至用射频技术连接NTERNET。便携式数据采集器的应用领域和功能不断扩大、提高，使其以崭新的面貌呈现在广大用户面前。数据采集是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及,数据采集监测已成为日益重要的检测技术,广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节,通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现,作为测控系统不可缺少的部分,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。本文设计的多路数据采集系统采用MSP430系列单片机作为MCU板的核心控制元件。MSP430系列单片机是由TI公司开发的16位单片机,其突出特点

36、是强调超低功耗,非常适合于各种功率要求低的场合。该系统采样电路采用MSP430单片机内部12位的AD,使系统具有硬件电路得以简单化,功耗低的特点。由于该系列较高的性能价格比,应用日趋广泛。在本数据采集系统的设计中为了提高系统智能化、可靠性和实用性,采用单片MCU和上位机传输的方法,即MCU运行在数据采集系统的远端,完成数据的采集、处理、发送和显示,上位机则完成数据的接收、校验及显示,同时上位机可对远端MCU进行控制,使其采集方式可选。MCU选用TI公司的低功耗MSP430F437,该单片机比80C51功能要强大许多,他内部不仅有8路12位AD,而且还带LCD的驱动,节省了不少外围电路。本系统现

37、场模拟一正弦波信号以及其他6路分压信号以供系统进行多路采样,采用ICL8038精密信号发生芯片产生一频率可变的正弦波,然后由LM331芯片实现频率到电压的转换,之间还需对信号进行调理以符合系统要求。1.2 论文结构第一章 绪论，分三个小节，第一小节主要介绍了数据采集系统的目前的发展和存在的缺陷，以及以后的发展方向，同时介绍了本设计的优点以及需要改进的地方，第二小节主要介绍了论文的结构，第三小节主要介绍本设计要完成的任务。第二章 基于MSP430单片机数据采集系统整体设计方案，分两小节，第一小节整体设计框图，第二小节，叙述了大体的工作过程。第三章 硬件电路的设计，分两个小节，第一小节主要介绍了控

38、制电路的设计包括主控机MSP430的选择及相关介绍以及上位机的选择及介绍。第二小节主要介绍了外围电路的设计里面包括了四个模块的介绍主要有正弦信号发生模块，频率电压变换模块，信号调理模块，串口通信模块，以及各模块的工作电路及芯片的选择。第四章 软件电路的设计，分两小节，第一小节主要介绍软件的开发环境，第二小节设计思路。1.3 本设计要完成的任务本系统主要采用MSP430单片机完成数据采集系统,实现功能包括：7路AD采样、LCD显示和串口收发,其中7路AD采样可由上位机控制采样方式,即循环采样和固定通道采样,LCD显示采样值和对应的通道号,系统通过串口和上位机进行通讯。2.基于MSP430单片机采

39、集系统的方案设计2.1整体设计框图JTAG仿真器供电电路键盘D/A转换MSP430F437显示A/D转换电平转换电路（3V-5V）复位电路串口晶振2.1.1整体设计框图2.2大体工作过程通过传感器将采集到的数据传送到调理模块主要经过信号的放大、滤波以及A/D转换，再将信号传送到后面的键盘及显示电路。3.硬件电路的设计3.1控制电路的设计 统硬件总体框图如图1所示。本系统由模拟板和MCU板2块板组成,模拟板包括系统电源、正弦波信号发生模块、频率电压转化模块、信号调理模块和7路AD的接口;MCU板包括电源及AD接口、MCU、LCD和串口收发模块。模拟板其他6路电阻分压信号信号放大及调理F/V变换L

40、M331信号放大及整形正弦发生器IC1083电源MCUMSP430LCD显示上位机控制和显示串口收发MCU板3.1.1系统硬件电路总体框图3.1.1 MSP430单片机的选择 1.MSP430系列的内部结构和概述16位CPU通过总线连接到存储器和外围模块。 直接嵌入仿真处理，具有JTAG接口。 能够降低功耗，降低噪声对存储器存取的影响。 16位数据宽度，数据处理更为有效。 CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的

41、仿真指令。这样可以提高指令执行速度和效率，增强了MSP430的实时处理能力。 存储器：存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息。有程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字形式取得代码，而对数据可以用或字节方式访问。其中MSP430各系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。 外围模块：经过MAB、MDB、中断服务及请求线与CPU相连。MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。它们分别是以下一些外围模块的组合：时钟模块、看门狗、定时器A、定时器B、比较器A、串口0、1、硬件乘法器、液晶驱动器、模数转换、数模转换、端口、基本定时器、DMA控制器等。

42、 在结构上MSP430系列单片机集成了一部计算机的各个基本组成部分。虽然其工作原理与普通微机并无差异，但MSP430系列单片机在结构上更加突出了体积小、功能强、面向控制的特点，具有很高的性能价格比。 MSP430系列单片机由CPU、存储器和外围模块组成，这些部件通过内部地址总线、数据总线和控制总线相连构成单片微机系统。 MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集的宗旨来设计的。具有丰富的寄存器资源、强大的处理控制能力和灵活的操作方式。 MSP430的存储器结构采用了统一编址方式，可以使得对外围模块寄存器的操作象普通的RAM单元一样方便、灵活。MSP430存储器的信息类型丰富，并有很强的系统外

43、围模块扩展能力。2. MSP430单片机的端口1.类型：P1，P2，P3，P4，P5，P6，S和COM 2.功能：I/O中断能力，其他片内外设功能，驱动液晶3.寄存器：P1与P2各有7个寄存器，P3、P4、P5、P6有四个寄存器3. MSP430单片机的特点1小巧灵活、成本低、易于产品化，它能方便地组装各种智能式控制设备以及各种智能仪器仪表。2 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳性能价格比。 3抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠地工作，这是其他机型无法比拟的。4可以很方便地实现多机和分布式控制。使整个系统的效率和可靠性大为提高。 5超低功耗

44、6强大的处理能力 7高性能模拟技术及丰富的片上外围模块 8系统工作稳定 9方便高效的开发环境 4. MSP430单片机的发展一是朝着面向数据运算、信息处理等功能的系统机方向发展。系统机以速度快、功能强、存储量大、软件丰富、输入/输出设备齐全为主要特点，采用高级语言编程，适用于数据运算、文字信息处理、人工智能、网络通信等场合。 另一方面，在一些应用领域中，如智能化仪器仪表、电讯设备、自动控制设备、汽车乃至家用电器等，要求的运算、控制功能相对并不很复杂，但对体积、成本、功耗等的要求却比较苛刻。为适应这方面的需求，产生了一种将中央处理器、存储器、I/O接口电路以及连接它们的总线都集成在一块芯片上的计

45、算机，即所谓的单片微型计算机，简称单片机（Single Chip Microcomputer）。单片机在设计上主要突出了控制功能，调整了接口配置，在单一芯片上制成了结构完整的计算机，因此，单片机也称为微控制器（MCU） 工业控制 ：单片机的结构特点决定了它特别适用于各种控制系统。它既可以作单机控制器，有可作为多级控制的前沿处理机用于控制系统，应用领域相当广泛。例如：用于各种机床控制、电机控制、工业机器人、各种生产线、各种过程控制、各种检测系统等。在军事工业中：导弹控制、鱼类制导控制、智能武器装置、航天导航系统等。在汽车工业中：点火控制、变速器控制、防滑刹车、排气控制等。 智能化的仪器仪表：单片

46、机用于包括温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等和各类仪器仪表中，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，功能大大提高。日常生活中的电器产品：单片机可用于电子秤、录像机、录音机、彩电、洗衣机、高级电子玩具、冰箱、照相机、家用多功能报警器等。 计算机网络与通信方面：单片机可用BIT BUS、CAN、以太网等构成分布式网络的系统，还可以用于调制解调器、各种智能通信设备（例如小型背负式通信机、列车无线通信等）、无线遥控系统等。 计算机外部设备：单片机可以用于温氏硬盘驱动器、微型打印机、图形终端、CRT显示器等3.1.2上位机的选择上位机时指人可以直接发出操控命令的计算

47、机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压、水位、温度等）。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机。一般是PLC/单片机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字吸纳后反馈给上位机。简而言之，实际情况千差万别，但万变不离其宗：上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。在概念上控制者和提供服务者是上位机被控制者和被服务者是下位机也可以理解为主机和从机的关系但上位机和下位机是可以转换的两机如何通讯，一般取决于下位机。TCP/IP一般是支持的。但是下位机一般具有更可靠的独有通讯协议，购买下位机时，会带一大堆手册光盘，告诉你如何使用特有协议通讯，里面会举大量例子，一般对编程人员而言一看