低功耗智能傳感器的設(shè)計(圖)

圖1 系統(tǒng)原理圖

１、系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)的軟件流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

２、初始化

　　初始化部分主要完成以下功能。

　　負(fù)責(zé)系統(tǒng)時鐘的初始化，使系統(tǒng)工作頻率為DCO指定的標(biāo)準(zhǔn)8MHz時鐘。

　　配置系統(tǒng)的端口，由于芯片引腳功能復(fù)用，這一過程就顯得尤為重要。通過設(shè)定SD16AE和SD16INCTL0，使得P1.0和P1.1的工作狀態(tài)分別為A0+、A0-。設(shè)定P2.6、P2.7為通用IO口，其中P2.6用作調(diào)整PGA的控制信號，P2.7用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈?br />
　　初始化系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換器，采用系統(tǒng)內(nèi)部的參考電壓，由于輸入頻率最多只能為1.1MHz，故將系統(tǒng)主頻率8分頻輸入。MSP430F2013中ADC沒有輸入緩存，在緩存模式選擇中關(guān)閉緩存。系統(tǒng)用來測量連續(xù)變化的物理量，設(shè)定系統(tǒng)為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。

３、測量

　　測量時打開中斷，當(dāng)有測量結(jié)果產(chǎn)生時，產(chǎn)生中斷，中斷標(biāo)志位置位，測量結(jié)果存放在轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器中，當(dāng)從轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器中讀出測量結(jié)果后，中斷標(biāo)志位自動復(fù)位。所以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時只需查詢中斷標(biāo)志位即可。

　　測量結(jié)果濾波采用中位值平均濾波法，每個測量值采樣10次，去除最大值和最小值，其余8個值取算術(shù)平均值。

　　

　　這種算法能夠有效地克服因偶然因素引起的波動干擾，尤其適用于溫度、液位等變化緩慢的物理量。

　　測量時使用內(nèi)部參考電壓，測量信號的電壓輸入范圍為0～500mV，當(dāng)輸入信號滿量程輸入，模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出的最高位不為1時，可進(jìn)行信號放大，最大放大倍數(shù)可達(dá)32。當(dāng)輸入信號的放大倍數(shù)為N時，輸入信號的范圍會相應(yīng)地縮小為原來的1/N。例如，當(dāng)選擇PGA的放大倍數(shù)為2倍時，測量信號的電壓輸入范圍為0～250mV。

　　整個測量過程用偽代碼表示如下。

　int measure (void)
　{ int i； if ( SET==1 ) { 調(diào)整增益；}For (i=0;i<10;i++){ 等待轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生； 讀取并保存轉(zhuǎn)換結(jié)果；}累加轉(zhuǎn)換結(jié)果；查找最　大值與最小值；中位值平均濾波；返回測量結(jié)果；}

４、數(shù)據(jù)傳輸

　　數(shù)據(jù)發(fā)送按幀發(fā)送，幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖

　　每幀數(shù)據(jù)包括同步碼，AD轉(zhuǎn)換結(jié)果和檢驗碼，幀的同步可以采用特定的同步碼或者間隙同步，這里采用第二種方法。在數(shù)據(jù)幀發(fā)送時，首先拉高數(shù)據(jù)發(fā)送線，拉高的時間為發(fā)送16個數(shù)據(jù)位的時間，幀頭高電平的間隙用作數(shù)據(jù)幀的同步。

　　奇偶校驗碼作為一種檢錯碼雖然簡單,但是漏檢率太高。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信中用得最廣泛的檢錯碼,是一種漏檢率低得多也便于實現(xiàn)的循環(huán)冗余碼CRC。CRC生成多項式階數(shù)越高，誤判的概率越小。本文采用CCITT-16，其生成多項式為g(x)=x16+x15+x5+1。實現(xiàn)CRC的方法一般有兩種：直接計算和查表。由于查表法至少需要1kb的空間用來存儲表值，所以這里采用直接計算的方法。

　　數(shù)據(jù)傳輸時使用單線串行輸出，用口線模擬串行發(fā)送，發(fā)送字節(jié)時在口線上依次發(fā)送如圖4所示數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)為0時拉低口線電平，數(shù)據(jù)為1時拉高口線電平），位持續(xù)時間根據(jù)波特率計算，本應(yīng)用中設(shè)定波特率為9600b/s。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，輸出口線上維持高電平。

圖4 發(fā)送字節(jié)的順序示意圖

　　數(shù)據(jù)發(fā)送最后通過光耦隔離，使得現(xiàn)場和數(shù)據(jù)的輸出隔離，同時可以根據(jù)后級系統(tǒng)輸入的需要簡單地更改電路。