引言

    msp430系列單片機是由美國ti公司生產的新一代16位單片機，它具有處理能力強，運行速度快、資源豐富、開發方便等優點，具有很高的性價比，最近幾年在國內得到了很廣泛的應用。通用串行總線（usb）是現代數據傳輸的發展趨勢，它具有高速、可熱插拔、易擴展、接口通用、無需外接電源等優點在數據傳輸方面得到和廣泛的應用。數據采集在工業測試系統中是一個很重要的環節，其精確性和可靠性是至關重要的，msp430和usb為此提供了理想的解決方案。本文以瀝青橋面防水層檢測儀為背景，闡述了基于msp430和usb的數據采集系統。

    系統硬件設計

    本系統采用ti公司的msp430f149和philips公司的usb接口芯片pdiusbd12。pdiusbd12符合通用串行總線usb1.1規范，是一款高性能的usb接口器件，它集成了sie、fifo存儲器、收發器和電壓變換器。sie完成usb協議層，并完成高速硬件連接，無需軟件干預。此模塊功能包括：同步模式識別、并串轉換、位填充、解填充、crc校驗/產生、地址識別和握手相應/產生等。msp430f149芯片片內包括一個12位的a/d轉換器adc12、采樣保持器和模擬多路器，adc12與一般的adc相比較，具有高速、通用的特點，適合于精密的數據采集和轉換，能夠對8個外部模擬通道和4個內部電壓通道（包括內部溫度傳感器反饋的電壓信號通道）進行a/d轉換。adc12還提供了高性能的采樣/保持電路，為用戶提供了更多的采樣觸發方式和轉換時鐘周期的選擇。adc12提供了4種轉換模式：單通道單次轉換，系列通道單次轉換，單通道多次轉換，多通道多次轉換。數據采集流功能框圖如圖1所示。

    圖1 數據采集功能框圖

    本系統中msp430f149和pdiusbd12的硬件接口電路圖如圖2所示。pdiusbd12的8位并行數據接入msp430的p5口，傳輸數據或者命令。msp430的p17引腳接pdiusbd12的a0，作為pdiusbd12的命令或數據選擇線。當a0=0，msp430向pdiusbd12發送數據，當a0=1時，向pdiusbd12發送命令。它們之間的數據交換采取中斷查詢方式，通過查詢p14（p14接pdiusbd12的int_n引腳）是否為低電平來確定是否接受到上位機的數據或命令，再結合d12_wr和d12_rd引腳實現msp430與pdiusbd12的數據交換。pdiusbd12的gl_n接led來對其進行監控，當usb設備接入pc機時，led亮，當在進行數據傳輸時，led將不斷閃爍。

    圖2 msp430f149與pdiusbd12接口電路圖

    msp430的p6口為其adc12模塊8個外部通道的輸入端，由于傳感器輸出的信號比較微弱，同時在瀝青橋面測試現場存在著很多車輛噪聲和工頻信號的干擾，傳感器采集到的數據需要經過一定的放大和低通濾波，才能被送到msp430的adc12模塊進行采集和轉換，信號調理電路如圖3所示。

    圖3 信號調理電路

    主放大器我們選用美國adi公司的精密儀表放大器ad620。

    圖3中運放u2部分組成了一個二階壓控低通有源濾波器。傳感器信號通過調節放大之后被送到濾波器的輸入端，通過濾波后將干擾部分消除。其傳遞函數為：。其中為特征角頻率。

    由于傳感器測量的是拉、壓力信號，即放大濾波后輸出的電壓信號為雙極性信號，范圍約為-10v~+10v，必須將它轉換為單極性信號，即對信號進行直流偏置，在此采用簡單的電阻分壓方式，如圖3所示。所需要的+2.5v電壓基準可以由msp430f149提供。

    軟件設計

    本系統的軟件設計主要包括單片機程序、usb驅動程序、pc機應用程序。單片機部分的程序也稱為固件，它包括usb設備的連接、usb協議和中斷處理等。pdiusbd12可以按照usb1.1協議對數據進行封裝，然后與pc機進行數據交換。msp430根據接受到的命令通過pdiusbd12與pc機的應用程序進行交互。

    msp430向pdiusbd12發送數據/命令部分程序如下：

    void outportb(unsigned char port, unsigned char val)

    {

    p1out&=0xbf; /使pdiusbd12的wr引腳為低電