超低功耗流量儀表軟件系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：由于流量儀表使用條件一般比較惡劣，而儀表本身往往又需連續(xù)長期運行，因此，在研制低功耗流量儀表時，必須首先考慮它的功耗和可靠性。本文設(shè)計了一種用TI的新型單片機(jī)MSP430設(shè)計的超低功耗流量儀表系統(tǒng)，利用了MSP430超低功耗和高集成度的優(yōu)點，該儀表具有功能強、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點。根據(jù)不同的需求可以應(yīng)用于多種工業(yè)控制現(xiàn)場。本文主要是超低功耗流量儀表的軟件設(shè)計，主要實現(xiàn)對流量，質(zhì)量等的測量，通過IAR編譯器對設(shè)計的程序編譯運行，使我們能更好的測試程序是否能滿足設(shè)計的要求。

關(guān)鍵詞：MSP430；超低功耗；流量儀表；IAR

中圖分類號：TH814.92

1 緒論

1.1 系統(tǒng)設(shè)計的意義

由于流量測量直接涉及到原料的消耗和產(chǎn)品成本核算，因而日益受到有關(guān)方面的重視，對其測量精度及其可靠性要求也日益嚴(yán)格。由于流量儀表使用條件一般比較惡劣，而儀表本身往往又需要連續(xù)長期運行，因此，在研制低功耗流量儀表時，應(yīng)首先考慮它的功耗，還有可靠性，所以保證控制儀表的微機(jī)系統(tǒng)工作的功耗致關(guān)重要。目前使用的MSP430，可靠性較高，而且低功耗，可以更好的節(jié)省資源。

1.2 流量儀表的設(shè)計要點

在科學(xué)技術(shù)與社會生產(chǎn)高度發(fā)達(dá)的今天，測試儀器與儀器儀表系統(tǒng)發(fā)展迅速，被側(cè)對象的跨度既廣泛又具有多樣性。本設(shè)計的流量儀表是以MSP430單片機(jī)為核心的儀表，其設(shè)計跟一般設(shè)計一樣都有兩大要點：即模塊化設(shè)計和模塊的連接。

（1）模塊化設(shè)計。依據(jù)儀表的功能、精度要求等，自上而下（或由大到?。?按儀表功能層次把硬件和軟件分成若干個模塊，分別進(jìn)行設(shè)計與調(diào)試，然后把它們連接起來，進(jìn)行總調(diào)，這就是設(shè)計儀表的最基本思想。

通常把硬件分主機(jī)、過程通道、人機(jī)聯(lián)系部件、通訊接口等幾個模塊；而把軟件分為監(jiān)控程序（包括初始化、鍵盤與顯示管理、中斷管理、時鐘管理、自診斷等）、中斷處理程序以及各種測量和控制等功能模塊。模塊化設(shè)計的優(yōu)點是：無論是硬件還是軟件，每個模塊都相對獨立，故能獨立地進(jìn)行研制和修改，使復(fù)雜的研制工作得到簡化，從而提高工作效益和研制速度。

（2）模塊的連接。軟、硬件研制、調(diào)試之后還需要將它們按一定的方式連接起來，才能構(gòu)成完整的儀表。為實現(xiàn)既定的各種功能，軟件模塊的連接一般是通過監(jiān)控主程序調(diào)用各種功能模塊，或采用中斷的方法實時地執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)模塊來實現(xiàn)。硬件模塊連接方法有兩種：一種是以主機(jī)模塊為核心，通過設(shè)計者自行定義的內(nèi)部總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線） 連接其它模塊；另一種是用標(biāo)準(zhǔn)總線連接其它模塊，這種方式可選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，使配接靈活、方便。

選用的MSP430系列單片機(jī)是一種低電壓（1.8V～3.6V）、低工作電流（在1MHz時為0.1～400uA）、具有5種省電模式的超低功耗微控制器；外圍電路基本采用微功耗的貼片式CMOS芯片，使得整機(jī)最大工作電流小于380uA，基本保證使用1節(jié)3.6V鋰電池（5Ah）供電儀表就能持續(xù)正常工作1.5～2年。MSP430單片機(jī)的超低能耗的體系結(jié)構(gòu)大大延長了電池壽命；適用于精密測量最理想最高性能模擬特性；16位用CPU為每一時間片處理的代碼段容量提供新的特性。

2 MSP430單片機(jī)簡單介紹及資源分配

2.1 MSP430單片機(jī)簡單介紹

MSP430系列是一個16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。MSP430的33X、32X、31X等系列具有LCD驅(qū)動模塊，對提高系統(tǒng)的集成度較有利。

2.2 MSP430系統(tǒng)資源分配

時鐘

2.2.1 時鐘源

（1）低頻晶振LFXT1----采用32768Hz鐘表晶振，內(nèi)配電容；（2）XT2振蕩器----8MHz，備用；（3）DCO振蕩器----帶FLL+。

2.2.2 時鐘分配

ACLK=32768Hz MCLK=8MHz（XT2）SMCLK=1048576Hz（初始啟動）

2.2.3 看門狗定時器

（1）設(shè)為16ms定時器；（2）WatchDog。

2.2.4 基本定時器

<1>計數(shù)器1----作LCD分頻時鐘信號；

<2>計數(shù)器2----作1S定時器。

定時器A----作外部事件計數(shù)器使用----流量脈沖輸入；

定時器B：<1>----流量脈沖輸出TBCCR3：（TB3，P3.4） TBCCR4：（TB4，P3.5）

<2>----作外部事件計數(shù)器使用----第二路流量脈沖輸入。

2.2.5 I/O端口

鍵盤：6個----P1.0，P1.1，P1.2，P2.1，P2.2，P2.3輸入；

ADC.----P6.0/A0----接Pt100溫度輸入；

----P6.1/A1----接P壓力輸入；

----P6.2/A2----接Cy差壓輸入（4--20mA）；

----P6.3/A3----接Q流量輸入（4--20mA）；

FLASH--程序存儲區(qū)：0X1100--0xFFFF；

--信息存儲區(qū)：A：0x1080--0x10ff 128Byte B：0x1000--0x107f 128Byte。

3 軟件設(shè)計

3.1 初始化程序設(shè)計

因為上電之后只進(jìn)行一次初始化，初始化需要看門狗初始化，系統(tǒng)時鐘初始化，Timer_A初始化，鍵盤輸入端口初始化，LCD初始化。

3.2 讀取參數(shù)程序設(shè)計

因為要檢測流量的多少，需要設(shè)置一些參數(shù)，還有計算的依據(jù)，也需要設(shè)置參數(shù)，而這些參數(shù)都是第一次上電以前設(shè)置的，所以在采樣之前要先設(shè)置參數(shù)，但是有的時候用戶也可以設(shè)置參數(shù)，所以需要這些參數(shù)保存到散存中，不用重復(fù)設(shè)置。

3.3 讀取累積流量程序設(shè)計

因為上一次測量的時候可能因為斷電或者其他原因?qū)е吕鄯e。所以為了更準(zhǔn)確的知道具體流量的值，需要讀取是不是有累積，這樣可以更準(zhǔn)確的測量。

3.4 顯示子程序設(shè)計

本文的顯示程序包括當(dāng)前瞬時流量的顯示，瞬時流量百分比顯示，瞬時質(zhì)量流量顯示，瞬時流量百分比顯示，體積流量顯示。如果要重新設(shè)置參數(shù)，都需要通過顯示才能設(shè)置。

3.5 定時程序設(shè)計

當(dāng)WDT被設(shè)為看門狗模式時，WDTIFG標(biāo)志用于在復(fù)位中斷服務(wù)程序中判斷是否是因為看門狗引起的芯片復(fù)位。如果WDTIFG=1，則是WDT引起初始化狀態(tài)；如果WDTIFG=0，則是由其他原因引起PUC。

當(dāng)WDT被是設(shè)為定時器模式時，如果WDTIFG在定時時間到時置位，并產(chǎn)生WDT定時器中斷請求。定時器模式的中斷向量與看門狗模式的不同。在定時器模式中，如果中斷請求得到服務(wù)，則WDTIFG標(biāo)志在中斷服務(wù)程序中會自動復(fù)位。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡武昌.流量測量方法和儀表的選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]朱德祥.流量儀表原理和應(yīng)用[M].上海：華東化工學(xué)院出版社，1992.

作者簡介：宋娟娟（1984.12-），女，河南中牟人，教師，助教，學(xué)士學(xué)位，研究方向：計算機(jī)軟件工程。

作者單位：鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 451450