MSP430F449在超低功耗高精度转达液位仪中的应用

文章摘要：·丰富的片上外设：包括看门狗定时器，基于定时器，比较器，16Bit定时器（TA、TB），串口0、1，液晶显示驱动器，六个8bit的I/O端口，12位ADC（最高采样率200kHz）等。丰富的片上外设使设计者可以很方便地构建一个较为完整的系统。另外，充分利用计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功能，保证了一些复杂的时序控制任务的完成。·方便高效的开发环境：MSP430F449是FLASH型器件，片内有JTAG调试接口和电可擦写的FLASH存储器，所以可以先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计得调试。这种方式不需要仿真器和

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·丰富的片上外设：包括看门狗定时器，基于定时器，比较器，16Bit定时器（TA、TB），串口0、1，液晶显示驱动器，六个8bit的I/O端口，12位ADC（最高采样率200kHz）等。丰富的片上外设使设计者可以很方便地构建一个较为完整的系统。另外，充分利用计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功能，保证了一些复杂的时序控制任务的完成。

·方便高效的开发环境：MSP430F449是FLASH型器件，片内有JTAG调试接口和电可擦写的FLASH存储器，所以可以先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计得调试。这种方式不需要仿真器和编程器，调试十分方便。

2 雷达液位仪实现方案

2．1 雷达液位系统结构

低功耗、高精度智能雷达液位仪的系统结构如图1所示。

图3

系统硬件分为三部分：测量模块、HART通信模块和测量线。测量模块电路板包括MSP430F449控制器、直接数字频率合成器（DDS）控制的窄脉冲产生电路、脉冲收发与处理电路、A/D采样、结果显示等。这个模块完成距离的精确测量，并实时时通过HART板同上位机进行数据通信。HART板完成MSP430F449控制器与上位进行数据通信。HART板完成MSP430F449控制器与上位机的通信、4～20mA电流的产生、电源电压的转换。测量线包括与测量板之间的机械接口、法兰和电缆。该系统还包括主控计算机上的人机交互软件，系统和主控计算机的连接采用符合工业标准的两线制，即电源线和信号线共用。

在系统工作时序的设计中，采用系统间歇工作方式，以40ms为一个周期。前1ms为电路工作时间，MSP430F449的CPU被中断唤醒后，打开电路中双路DDS、双路窄脉冲产生电路、ADC等部分电路，自身采集A/D转换后得到的数据。后39ms为电路休眠时间，MSP430F449的CPU关闭这些外围电路和片内外设，自身进入信号处理主程序，完成信号处理工作后再进入休眠模式。这种工作方式既考虑到对到系统功耗的要求，也兼顾了MSP430F449的信号处理速度。

在信号处理机制上，由于系统要求的测量范围为0.25m～30m，精度为±5mm，以目前的电子技术水平，如果采用直接测量一个周期发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔的方式，是很难达到这样的要求的。所以在信号处理机制中采用了时间比例放大技术，并且以模拟相乘的方法实现了时间轴的放大。具体的电路实现用到了DDS技术和窄脉冲产生技术。

MSP430F449在系统中完成了对系统工作时序的控制、数据采集与信号处理、结构显示、与主机通信等诸多任务。下面将对具体的设计作一介绍。

2．2 MSP430F449对系统工作时序的控制

前面已经介绍过系统的间歇工作方式，这种工作方式的时序控制是利用MSP430F449的计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功能，以及CPU的中断快速唤醒功能实现的。

系统复位后，MSP430F449首先对电路进行初始化，包括设置MSP430F449内部的两个16位计数器TA和TB及其中断、设置两路DDS、设置片内ADC、设置HART板等。之后，MSP430F449的CPU开计数器TB使其开始计数，自身则进入功耗极低的休眠模式。系统就在TB输出信号的控制下实现要求的工作时序。TB、TA的输出波形如图2所示。

其中，计数器A的输出信号设置为片内ADC的采样时钟源，采样频率设置为200kHz；计数器B的计数周期则设为40ms，并且设置相应通道的输出波形休眠。需要设置的MSP430F449和外部电路的工作或者休眠。需要设置的TB的寄存器有控制寄存器、计数值寄存器、捕获/比较控制寄存器、捕获/比较寄存器等，它们规定了TB的时钟源、工作方式、计数周期、输出模式、中断等。

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