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          基于MSP430與uPD720200的高速溫度采集系統的設計

          來源: 中電網
          2021-10-15
          類別:技術信息
          eye 9
          文章創建人 拍明芯城

          原標題:基于MSP430與uPD720200的高速溫度采集系統的設計

            USB3.0高速數據采集系統,以其5Gbps的帶寬和即插即用等優越的性能,越來越受到人們的重視。目前常用的USB3.0通信芯片主要有來自美國賽普拉斯(CYPRESS)公司開發的EZ USB FX3系列芯片和日本NEC公司開發的uPD720200系列芯片。二者不僅都具有集成度高、功能強大、兼容USB2.0等優點,而且兩個廠家都提供了功能強大的開發工具包,能極大縮短開發周期,而深受開發者喜愛。目前一些采集系統采用傳統的51系列單片機為主控芯片,則不能充分發揮USB3.0的帶寬,性能不佳。雖然CPLD芯片可以工作在很高的頻率,但不及單片機靈活易用,故本文采用美國TI公司最新高速的ADS7886芯片為A/D轉換芯片,最新的MSP430單片機作為主控芯片,NEC公司的UPD720200作為USB3.0通信芯片,研究和設計了一套基于USB3.0總線的溫度數據采集系統。經測試,本系統能實現高速溫度數據采集。

            1 系統硬件設計

            

            系統總體框架如圖1所示。溫度傳感器采集的信號經A/D轉換芯片ADS7886轉換為數字信號后,送入主控芯片MSP430,再經處理后發送到USB3.0主機接口芯片uPD720200,最后數據以5Gbps的速度送入到USB主機。

          1.1 A/D模塊

            

            該模塊使用美國TI公司最新高速的A/D采樣芯片ADS7886。ADS7886是12位串行高速精密A/D芯片,為了提高系統的精度,我們設計采用了REF3030芯片提供3V的基準電壓。A DS7886的第3腳為模擬信號輸入端口,第4腳為1MHz的工作時鐘信號輸入端口,第6腳為片選信號端,第5腳為模擬信號轉換為數字信號后的輸出端,供MSP430單片機讀取。

            1. 2 MSP430最小系統模塊

            

            MSP430的最小系統如圖3所示,主要由MSP430單片機、晶振電路和電源構成。其中P1.4為ADC7886串行數據輸入端,P2.0~P2.3用于連接USB3.0通信芯片uPD720200,P1.6和P1.7連接兩個LED指示燈,用來顯示當前的工作狀態。

            1.3 USB傳輸模塊

            

            該模塊如圖4所示,我們選用了NEC公司的uPD720200作為USB3.0通信芯片,其完全遵循USB3.0的通信協議和接口規范。uPD720200的引腳U3TXDP1、U3TXDN1、U3RXDP1、U3 RXDN1分別與MSP430的引腳P2.0~P2.3連接。

            其工作原理如下:采集數據時,uPD720200收到用戶的數據采集請求后,將形成相應的控制信號,通過P2.2、P2.3下傳遞給MSP430;MSP430隨后對ADS7886發出采集數據的控制信號,并將ADS7886采集的數據,通過P2.0、P2.1后上傳至uPD720200;uPD720200的SIE(串行接口引擎)再將數據送入指定的接收緩沖區內,供USB上位機讀取。

            2 系統軟件設計

            

            系統軟件的開發包含了MSP430和uPD720200的固件程序開發、uPD720200的windows驅動程序開發以及USB上位機應用程序的開發。我們可以利用NEC公司提供的開發包,大大縮短開發周期,提高開發效率。

            MSP430固件程序主要完成對A/D芯片ADS7886的控制和對uPD720200芯片的通信,其將ADS7886芯片采集的數據傳送給uPD720200。MSP430的固件開發需對相應的引腳和時序進行定義,為此我們采用了C51語言編寫,開發環境為Keil uVision4.0。uPD720200固件程序的主要功能是讓其將MSP430芯片傳來的數據傳輸到上位機,實現超高速數據傳輸。uPD 720200完全符合USB3.0協議,固件程序主要為設置與操作其內部的控制寄存器。NEC公司為開發者提供了功能強大的uPD720200 SDK開發包,可以非常方便地開發出其固件和Wind ows驅動程序。在上位機的應用程序的開發方面,NEC公司同樣為用戶提供了相應的操作簡單、功能強大的C++編程接口庫函數。我們選用了Microsoft Visual Studio2008作為開發工具,通過相應的庫函數與設備驅動程序傳遞數據,實現了實時數據采集功能。

            3 總結

            

            本文詳細介紹了采用uPD720200為接口USB3.0芯片、MSP430為主控芯片,設計與開發了一套USB3.0溫度采集傳輸系統。NEC公司為uPD720200提供了完整的SDK開發包,縮短了開發周期。我們采用的MSP430系列單片機在25MHz晶體的驅動下,實現40ns的指令周期,再加上16位的數據寬度,其運算速度相對傳統的51系列單片機非???,能充分發揮USB 3.0的帶寬。雖然受ADS7886芯片采樣速率的影響,沒有實現超速數據采集,但MSP430與uPD720200組合無疑是高速數據采集系統開發方面的一種低價高效的優秀方案。


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