基于微功耗單片機(jī)MSP430F1611和CF卡的水下微功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2017-10-31 |
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資料介紹
以電池作為電源的水下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),若要長時(shí)間工作必然要為其配備大量的電池作為電源,如果能降低系統(tǒng)的功耗,那么將減少電池的數(shù)量,不僅能降低系統(tǒng)的成本而且能大大縮小系統(tǒng)的體積和重量,也更有利于水下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的布放。本文介紹了一種基于微功耗單片機(jī)MSP430F1611和CF卡的水下微功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),總功率僅150mW。相比傳統(tǒng)的以DSP為處理器、IDE硬盤為存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),功耗大大降低。
1 系統(tǒng)總體構(gòu)成
本系統(tǒng)是應(yīng)用在矢量水聽器噪聲測量試驗(yàn)中,要求實(shí)時(shí)采集并存儲矢量水聽器4通道信號,每通道采樣率為10kHz,在水下不間斷工作7小時(shí)。
鑒于本系統(tǒng)采樣率不高,7個(gè)小時(shí)總的數(shù)據(jù)量不超過2個(gè)G,所以沒必要采用功耗和體積都比較大的IDE硬盤,采用容量為2G的CF卡完全可以滿足系統(tǒng)要求。CF卡的全稱為Compact Flash,兼容3.3V和5V工作電壓,工作時(shí)沒有運(yùn)動部件,其體積小、耗電量小、容量大,具有很高的性價(jià)比。目前,CF卡的容量可高達(dá)12GB,CF卡由控制芯片和閃存模塊組成,閃存用于存儲信息,控制芯片用于實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的連接及數(shù)據(jù)的傳輸。CF卡可工作在TRUEIDE模式下,并且與普通IDE硬盤接口完全兼容,所以很容易進(jìn)行開發(fā)使用。
系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)只存儲而不做信號處理,在處理器的選取上也就不必一味追求高速度,本系統(tǒng)采用TI公司的超低功耗單片機(jī)MSP430F1611作為系統(tǒng)的處理器,負(fù)責(zé)AD的采集,并把采集的數(shù)據(jù)寫入CF卡。這是一款高性價(jià)比的單片機(jī),具有以下特點(diǎn):豐富的片內(nèi)外設(shè);超低功耗,在電壓3.3V主頻1MHz時(shí)工作電流僅600μA;強(qiáng)大的處理能力,在8MHz晶體驅(qū)動下,指令周期為125ns,完全滿足系統(tǒng)的處理需求。系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 CF卡接口設(shè)計(jì)
CF支持三種基本工作模式:PC Card Memory模式、PCcard I/O模式以及True IDE模式。在本文的設(shè)計(jì)中,使用True IDE模式,它可以在CF卡上電時(shí)自動進(jìn)入。在插入CF卡之前,保證CF卡插槽的/OE管腳為低電平,即可以讓CF卡進(jìn)入True IDE模式。單片機(jī)與CF卡的接口電圖如圖2所示。
MSP430F1611擁有六個(gè)可獨(dú)立配置的雙向8位I/O端口(P1~P6)。本文的設(shè)計(jì)中將P1端口的P1.0、P1.1引腳分別與CF卡的讀寫信號線IORD、IOWR相連;復(fù)位信號RESET由P1.2給出;A0~A2為數(shù)據(jù)、命令或狀態(tài)寄存器地址線,由單片機(jī)P1.3~P1.5管腳控制。CF卡總共有16根數(shù)據(jù)線D[15:0],但可以通過軟件設(shè)定其工作在16 bit模式還是8 bit模式,由于MSP430F161l單片機(jī)數(shù)據(jù)線寬為8位,硬件中設(shè)計(jì)其工作在8 bit模式,使用D0~D7為數(shù)據(jù)線,與單片機(jī)的P2端口相連,D8~D15懸空。
1 系統(tǒng)總體構(gòu)成
本系統(tǒng)是應(yīng)用在矢量水聽器噪聲測量試驗(yàn)中,要求實(shí)時(shí)采集并存儲矢量水聽器4通道信號,每通道采樣率為10kHz,在水下不間斷工作7小時(shí)。
鑒于本系統(tǒng)采樣率不高,7個(gè)小時(shí)總的數(shù)據(jù)量不超過2個(gè)G,所以沒必要采用功耗和體積都比較大的IDE硬盤,采用容量為2G的CF卡完全可以滿足系統(tǒng)要求。CF卡的全稱為Compact Flash,兼容3.3V和5V工作電壓,工作時(shí)沒有運(yùn)動部件,其體積小、耗電量小、容量大,具有很高的性價(jià)比。目前,CF卡的容量可高達(dá)12GB,CF卡由控制芯片和閃存模塊組成,閃存用于存儲信息,控制芯片用于實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的連接及數(shù)據(jù)的傳輸。CF卡可工作在TRUEIDE模式下,并且與普通IDE硬盤接口完全兼容,所以很容易進(jìn)行開發(fā)使用。
系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)只存儲而不做信號處理,在處理器的選取上也就不必一味追求高速度,本系統(tǒng)采用TI公司的超低功耗單片機(jī)MSP430F1611作為系統(tǒng)的處理器,負(fù)責(zé)AD的采集,并把采集的數(shù)據(jù)寫入CF卡。這是一款高性價(jià)比的單片機(jī),具有以下特點(diǎn):豐富的片內(nèi)外設(shè);超低功耗,在電壓3.3V主頻1MHz時(shí)工作電流僅600μA;強(qiáng)大的處理能力,在8MHz晶體驅(qū)動下,指令周期為125ns,完全滿足系統(tǒng)的處理需求。系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 CF卡接口設(shè)計(jì)
CF支持三種基本工作模式:PC Card Memory模式、PCcard I/O模式以及True IDE模式。在本文的設(shè)計(jì)中,使用True IDE模式,它可以在CF卡上電時(shí)自動進(jìn)入。在插入CF卡之前,保證CF卡插槽的/OE管腳為低電平,即可以讓CF卡進(jìn)入True IDE模式。單片機(jī)與CF卡的接口電圖如圖2所示。
MSP430F1611擁有六個(gè)可獨(dú)立配置的雙向8位I/O端口(P1~P6)。本文的設(shè)計(jì)中將P1端口的P1.0、P1.1引腳分別與CF卡的讀寫信號線IORD、IOWR相連;復(fù)位信號RESET由P1.2給出;A0~A2為數(shù)據(jù)、命令或狀態(tài)寄存器地址線,由單片機(jī)P1.3~P1.5管腳控制。CF卡總共有16根數(shù)據(jù)線D[15:0],但可以通過軟件設(shè)定其工作在16 bit模式還是8 bit模式,由于MSP430F161l單片機(jī)數(shù)據(jù)線寬為8位,硬件中設(shè)計(jì)其工作在8 bit模式,使用D0~D7為數(shù)據(jù)線,與單片機(jī)的P2端口相連,D8~D15懸空。
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