基于MSP430和DSP的數(shù)據(jù)采集與處理模塊設(shè)計(jì)

摘 要：MSP430單片機(jī)和TMS3205402 DSP芯片都是TI公司的低功耗芯片，利用這兩個(gè)芯片進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以滿足各種流行的手持設(shè)備、電池供電的醫(yī)療器械和其他功耗要求比較嚴(yán)格場(chǎng)合需要。文中利用這兩個(gè)芯片，通過HPI接口連接，組成了一個(gè)擴(kuò)展能力強(qiáng)、功能完善的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：MSP430；DSP；數(shù)據(jù)采集

MSP430超低功耗微處理器是TI公司推出的一種新型單片機(jī)。它自1999年進(jìn)入中國市場(chǎng)以來，憑借其低功耗、高性能被越來越多的應(yīng)用者喜愛。它采用16位精簡指令結(jié)構(gòu)，內(nèi)含10～14位快速ADC/SLOP ADC，多達(dá)60K字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)空間和2K RAM，片內(nèi)有豐富的外設(shè)，設(shè)計(jì)非常方便，工作電壓1.8V～3.3V，且有多種省電模式，功耗特別低。另外其編程開發(fā)工具比較便宜，開發(fā)成本低。和MSP430同屬一個(gè)公司的TMS3205402型DSP芯片，也具有高速和低功耗的特點(diǎn)，在同類產(chǎn)品中也具有極高的性價(jià)比。文章給出了一個(gè)利用這兩款芯片進(jìn)行的雙CPU數(shù)據(jù)采集與處理模塊設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)接口比較方便，電路比較簡單，具有低功耗、低成本和高速的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)描述

本設(shè)計(jì)采用MSP430F149和TMS3205402作為核心芯片，兩者之間通過HPI8接口和雙口RAM相連。MSP430F149主要完成對(duì)液晶、串口、USB接口、鍵盤等輸入輸出模塊的控制，液晶顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)，通過鍵盤輸入命令進(jìn)行相關(guān)功能的選擇，TMS3205402通過HPI口接收來自單片機(jī)的控制信號(hào)，完成數(shù)據(jù)采集和處理，處理結(jié)果存入雙口RAM供系統(tǒng)調(diào)用。采集的數(shù)據(jù)可以在單片機(jī)的控制下通過液晶顯示或者通過串口、USB等上傳給上位機(jī)。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件方面的設(shè)計(jì)的核心包括三個(gè)方面，即Msp430單片機(jī)和DSP之間的HPI接口設(shè)計(jì)、與上位機(jī)通信的接口如USB和RS232串口的設(shè)計(jì)和DSP采集模塊設(shè)計(jì)。

2.1 HPI接口設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)HPI8口是TMS3205402內(nèi)部提供的一個(gè)8位并行端口，可以用來實(shí)現(xiàn)DSP與其他總線或主機(jī)通信。單片機(jī)為主控部分，采用端口方式直接訪問HPI口。HPI口由地址寄存器（HPIA）、控制寄存器（HPIC）、數(shù)據(jù)寄存器（HPID）、HPI存儲(chǔ)器和HPI控制邏輯組成。

其中H00～H07為8位數(shù)據(jù)線，連接單片機(jī)的P5口，對(duì)于16bit的數(shù)據(jù)可以通過兩次傳輸完畢，HCNTL1和HCNTL2用來進(jìn)行HPI寄存器的選擇，HBIL是字節(jié)控制信號(hào)，為0表示傳輸?shù)谝粋€(gè)字節(jié)，為1表示傳輸?shù)诙€(gè)字節(jié)，HR/W為讀寫控制信號(hào)，HDS1和HDS2為時(shí)序控制信號(hào)，HRDY為準(zhǔn)備就緒信號(hào)，HINT為主機(jī)中斷信號(hào)，連接單片機(jī)具有中斷功能的P2.2。

2.2 串口和USB口設(shè)計(jì)

MSP430F149單片機(jī)的P3.4、P3.5和P3.6、P3.7可用來設(shè)計(jì)異步串口通信。通過MAX232與P3.6、P3.7相連即可簡單的實(shí)現(xiàn)RS232串口通信。

在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的P4口獨(dú)立作為地址和數(shù)據(jù)線，因此ALE信號(hào)接地，其他控制信號(hào)如中斷INT、讀寫WR和RD、復(fù)位RESET等分別與P10～P13口連接。D+、D-連接USB接口，其中為消除D+、D-在沒有與主機(jī)連接時(shí)（即懸浮狀態(tài)時(shí)）外界的干擾噪聲，可在D+和D-上分別連接一個(gè)1M的下拉和上拉電阻。6M晶振提供系統(tǒng)時(shí)鐘，GL_N接LED來顯示當(dāng)前USB的工作狀態(tài)。

2.3 DSP外圍模塊設(shè)計(jì)

TMS3205402芯片主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理。A/D和D/A采用集模數(shù)和數(shù)模于一體的MC14LC5480芯片，該芯片的串行接口和DSP連接非常方便，而且可以直接驅(qū)動(dòng)350Ω喇叭。接口線包括：數(shù)據(jù)輸入輸出線DR和DT，主時(shí)鐘線MCLK，收發(fā)時(shí)鐘線BCLKR和BCLKT，收發(fā)幀同步時(shí)鐘線FSR和FSX。兩種時(shí)鐘均由TMS3205402提供，主時(shí)鐘和收發(fā)時(shí)鐘為2.048MHz，幀同步時(shí)鐘為8KHz。由于該單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，自帶采樣保持電路，速度可以達(dá)到200kbps。因此，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)需要選擇兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入通道，也可以同時(shí)使用。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要工作可以分為兩部分：一部分是DSP部分設(shè)計(jì)，主要是Boot引導(dǎo)程序和控制采集和HPI通信的主程序的設(shè)計(jì)，編程在C5000環(huán)境下利用C語言完成，另一部分是MSP430程序的編寫，主要是對(duì)各種擴(kuò)展外圍設(shè)備、通信接口和內(nèi)部資源的編程控制，編程環(huán)境采用IAR集成開發(fā)調(diào)試環(huán)境。

3.1 TMS3205402的軟件設(shè)計(jì)

TMS3205402的軟件部分分為引導(dǎo)程序和主程序。其中引導(dǎo)程序比較簡單，其作用就是將主程序從FLASH搬移到RAM中。主程序主要完成DSP芯片的初始化，例如，初始化HPI口，調(diào)入有關(guān)數(shù)據(jù)等，然后等待單片機(jī)通過HPI口發(fā)來的各種命令，根據(jù)不同的命令和數(shù)據(jù)來調(diào)用不同的程序模塊完成具體的操作。其中主要是對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的控制、對(duì)數(shù)據(jù)的處理和對(duì)雙口RAM的讀寫。其中數(shù)據(jù)處理部分，根據(jù)具體的需要可進(jìn)行壓縮、編碼、濾波等操作。

3.2 MSP430F149的軟件設(shè)計(jì)

MSP430是控制的主體，通過合理的編程設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)模擬采集通道的選擇控制，采集數(shù)據(jù)的處理、顯示、上傳等功能。這部分的軟件設(shè)計(jì)主要完成HPI通信、串口通信，USB通信、液晶顯示和鍵盤輸入。單片機(jī)通過控制端口信號(hào)模擬接口HPI時(shí)序，完成與DSP上HPI口的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集處理模塊的控制。液晶顯示部分主要是用來顯示當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，由專門的子程序來完成顯示控制。鍵盤主要用來作為對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制命令的輸入，根據(jù)輸入的不同可完成開始采集、停止采集、上傳數(shù)據(jù)等操作。USB接口程序相對(duì)復(fù)雜，主要包括三部分：USB芯片固件的編程、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序安裝、主機(jī)應(yīng)用程序，只有這三者互相配合才能完成可靠、快速的數(shù)據(jù)傳輸。固件的操作方式與硬件聯(lián)系緊密，包括USB設(shè)備的連接USB協(xié)議、中斷處理等，它不是單純的軟件，而是軟件和硬件的結(jié)合，固件程序一般放入MCU中，當(dāng)把設(shè)備連接到主機(jī)上（USB連接線插入插孔）時(shí)，上位機(jī)可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，然后建立連接。因此。編寫固件程序的一個(gè)最主要的目的就時(shí)讓W(xué)indows可以檢測(cè)和識(shí)別設(shè)備。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)采用TI公司的兩款芯片作為核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)高性能低功耗的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可獨(dú)立工作也可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信，而且該系統(tǒng)繼續(xù)擴(kuò)展能力比較強(qiáng)，例如模數(shù)通道可以很容易的擴(kuò)展到多個(gè)，完成對(duì)多路信號(hào)的采集和處理，通過DSP內(nèi)部處理程序的改變而改變功能。該系統(tǒng)可以通過簡單的裁剪，完成具體的應(yīng)用，也可以作為學(xué)習(xí)MSP430單片機(jī)和DSP的試驗(yàn)開發(fā)板供學(xué)習(xí)者使用。

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