基于MSP430和DSP的數據采集與處理模塊設計

摘 要：MSP430單片機和TMS3205402 DSP芯片都是TI公司的低功耗芯片，利用這兩個芯片進行系統設計可以滿足各種流行的手持設備、電池供電的醫療器械和其他功耗要求比較嚴格場合需要。文中利用這兩個芯片，通過HPI接口連接，組成了一個擴展能力強、功能完善的數據采集和處理系統。

關鍵詞：MSP430；DSP；數據采集

MSP430超低功耗微處理器是TI公司推出的一種新型單片機。它自1999年進入中國市場以來，憑借其低功耗、高性能被越來越多的應用者喜愛。它采用16位精簡指令結構，內含10～14位快速ADC/SLOP ADC，多達60K字節的FLASH存儲空間和2K RAM，片內有豐富的外設，設計非常方便，工作電壓1.8V～3.3V，且有多種省電模式，功耗特別低。另外其編程開發工具比較便宜，開發成本低。和MSP430同屬一個公司的TMS3205402型DSP芯片，也具有高速和低功耗的特點，在同類產品中也具有極高的性價比。文章給出了一個利用這兩款芯片進行的雙CPU數據采集與處理模塊設計，這個設計接口比較方便，電路比較簡單，具有低功耗、低成本和高速的特點。

1 系統描述

本設計采用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主要完成對液晶、串口、USB接口、鍵盤等輸入輸出模塊的控制，液晶顯示當前的工作狀態，通過鍵盤輸入命令進行相關功能的選擇，TMS3205402通過HPI口接收來自單片機的控制信號，完成數據采集和處理，處理結果存入雙口RAM供系統調用。采集的數據可以在單片機的控制下通過液晶顯示或者通過串口、USB等上傳給上位機。

2 硬件設計

硬件方面的設計的核心包括三個方面，即Msp430單片機和DSP之間的HPI接口設計、與上位機通信的接口如USB和RS232串口的設計和DSP采集模塊設計。

2.1 HPI接口設計

標準HPI8口是TMS3205402內部提供的一個8位并行端口，可以用來實現DSP與其他總線或主機通信。單片機為主控部分，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）、數據寄存器（HPID）、HPI存儲器和HPI控制邏輯組成。

其中H00～H07為8位數據線，連接單片機的P5口，對于16bit的數據可以通過兩次傳輸完畢，HCNTL1和HCNTL2用來進行HPI寄存器的選擇，HBIL是字節控制信號，為0表示傳輸第一個字節，為1表示傳輸第二個字節，HR/W為讀寫控制信號，HDS1和HDS2為時序控制信號，HRDY為準備就緒信號，HINT為主機中斷信號，連接單片機具有中斷功能的P2.2。

2.2 串口和USB口設計

MSP430F149單片機的P3.4、P3.5和P3.6、P3.7可用來設計異步串口通信。通過MAX232與P3.6、P3.7相連即可簡單的實現RS232串口通信。

在本設計中，單片機的P4口獨立作為地址和數據線，因此ALE信號接地，其他控制信號如中斷INT、讀寫WR和RD、復位RESET等分別與P10～P13口連接。D+、D-連接USB接口，其中為消除D+、D-在沒有與主機連接時（即懸浮狀態時）外界的干擾噪聲，可在D+和D-上分別連接一個1M的下拉和上拉電阻。6M晶振提供系統時鐘，GL_N接LED來顯示當前USB的工作狀態。

2.3 DSP外圍模塊設計

TMS3205402芯片主要完成數據的采集和處理。A/D和D/A采用集模數和數模于一體的MC14LC5480芯片，該芯片的串行接口和DSP連接非常方便，而且可以直接驅動350Ω喇叭。接口線包括：數據輸入輸出線DR和DT，主時鐘線MCLK，收發時鐘線BCLKR和BCLKT，收發幀同步時鐘線FSR和FSX。兩種時鐘均由TMS3205402提供，主時鐘和收發時鐘為2.048MHz，幀同步時鐘為8KHz。由于該單片機內部集成了一個12位的模數轉換模塊，自帶采樣保持電路，速度可以達到200kbps。因此，在實際應用中可以根據需要選擇兩個模數轉換輸入通道，也可以同時使用。

3 軟件設計

軟件設計主要工作可以分為兩部分：一部分是DSP部分設計，主要是Boot引導程序和控制采集和HPI通信的主程序的設計，編程在C5000環境下利用C語言完成，另一部分是MSP430程序的編寫，主要是對各種擴展外圍設備、通信接口和內部資源的編程控制，編程環境采用IAR集成開發調試環境。

3.1 TMS3205402的軟件設計

TMS3205402的軟件部分分為引導程序和主程序。其中引導程序比較簡單，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，調入有關數據等，然后等待單片機通過HPI口發來的各種命令，根據不同的命令和數據來調用不同的程序模塊完成具體的操作。其中主要是對模數轉換芯片的控制、對數據的處理和對雙口RAM的讀寫。其中數據處理部分，根據具體的需要可進行壓縮、編碼、濾波等操作。

3.2 MSP430F149的軟件設計

MSP430是控制的主體，通過合理的編程設計，可以實現對兩個模擬采集通道的選擇控制，采集數據的處理、顯示、上傳等功能。這部分的軟件設計主要完成HPI通信、串口通信，USB通信、液晶顯示和鍵盤輸入。單片機通過控制端口信號模擬接口HPI時序，完成與DSP上HPI口的通信，實現對采集處理模塊的控制。液晶顯示部分主要是用來顯示當前系統的工作狀態，由專門的子程序來完成顯示控制。鍵盤主要用來作為對整個系統控制命令的輸入，根據輸入的不同可完成開始采集、停止采集、上傳數據等操作。USB接口程序相對復雜，主要包括三部分：USB芯片固件的編程、USB設備驅動程序安裝、主機應用程序，只有這三者互相配合才能完成可靠、快速的數據傳輸。固件的操作方式與硬件聯系緊密，包括USB設備的連接USB協議、中斷處理等，它不是單純的軟件，而是軟件和硬件的結合，固件程序一般放入MCU中，當把設備連接到主機上（USB連接線插入插孔）時，上位機可以發現新設備，然后建立連接。因此。編寫固件程序的一個最主要的目的就時讓Windows可以檢測和識別設備。

4 結束語

本設計采用TI公司的兩款芯片作為核心，設計了一個高性能低功耗的數據采集和處理系統。該系統可獨立工作也可以與其他系統進行通信，而且該系統繼續擴展能力比較強，例如模數通道可以很容易的擴展到多個，完成對多路信號的采集和處理，通過DSP內部處理程序的改變而改變功能。該系統可以通過簡單的裁剪，完成具體的應用，也可以作為學習MSP430單片機和DSP的試驗開發板供學習者使用。

參考文獻

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