基于MSP430的低功耗温度采集仪

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1、基于MSP430的低功耗温度采集仪摘要：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内部资源，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

2、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源，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，都使得微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

3、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

4、耗节能，而且测量精度也大大提高，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微控制器，有“绿色微控制器(GreenMcu)”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(FlashMcu)的五分之一。同其它微控制器相比，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

5、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。另外该芯片属低电压器件，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片内资源丰富：带有3个捕获/比较寄存器的16位Timer

6、A，4KBFlashRom和256B的信息FlashRam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。Schmitt-triggerPxIN.x图1I/O口输入逻辑简图1.2温度传感器温度敏感元件采用铂电阻Pt1000，由于铂电阻性质稳定，测温范围广，且Pt1000的阻值范围宽，初始电阻值高，可忽略相对较小的导线电阻的影响，

7、对电阻值的测量非常有利。铂电阻在0～850范围内与温度的关系如下：(1)式中：温度的标度变换采用查表和线性插值相结合的方法[2]，即以温度增加1℃对应的绝对电阻值建立温度表，将测得的电阻值与表格内电阻值进行比较，直到时停止比较。此时所对应的温度值为所测温度的整数部分，而温度的小数部分为：1.3工作原理温度测量原理为：应用电容充放电把被测电阻值转换成时间，而时间的测量可以利用MSP430内部的捕获比较寄存器准确捕捉，从而测量出热敏电阻的阻值，间接获得温度值。温度检测的电路结构如图2所示。P2.2P

8、2.1P2.0RmeasRpRrefCMSP430F412图2温度检测电路图中Rref是参考电阻，用于定标。Rmeas是被测电阻，即铂电阻；Rp是限流电阻，用于电容放电过程中限制P2.0口的放电电流峰值。工作过程如下：首先令P2.2口置位，输出高电平Vcc通过标准电阻对电容定时充电，定时时间到，端口复位，使电容放电，放电过程一直持续到电容上的电压降到P2.2口的“0”电平上限为止[3]。截止时刻由Timer_a内部的捕捉器通过捕捉入口P2.0准确地捕捉，这一段放电时间可标记为Tref。然后，对P