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

關(guān)鍵詞：MSP430；超低功耗；流量?jī)x表；IAR

中圖分類號(hào)：TH814.92

1 緒論

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義

由于流量測(cè)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(duì)其測(cè)量精度及其可靠性要求也日益嚴(yán)格。由于流量?jī)x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(zhǎng)期運(yùn)行，因此，在研制低功耗流量?jī)x表時(shí)，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?jī)x表的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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

（1）模塊化設(shè)計(jì)。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(gè)模塊，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)試，然后把它們連接起來(lái)，進(jìn)行總調(diào)，這就是設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)鐘管理、自診斷等）、中斷處理程序以及各種測(cè)量和控制等功能模塊。模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)論是硬件還是軟件，每個(gè)模塊都相對(duì)獨(dú)立，故能獨(dú)立地進(jìn)行研制和修改，使復(fù)雜的研制工作得到簡(jiǎn)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(lái)，才能構(gòu)成完整的儀表。為實(shí)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(shí)時(shí)地執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)模塊來(lái)實(shí)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(jì)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(shí)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(zhǎng)了電池壽命；適用于精密測(cè)量最理想最高性能模擬特性；16位用CPU為每一時(shí)間片處理的代碼段容量提供新的特性。

2 MSP430單片機(jī)簡(jiǎn)單介紹及資源分配

2.1 MSP430單片機(jī)簡(jiǎn)單介紹

MSP430系列是一個(gè)16位的、具有精簡(jiǎn)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(dòng)模塊，對(duì)提高系統(tǒng)的集成度較有利。

2.2 MSP430系統(tǒng)資源分配

時(shí)鐘

2.2.1 時(shí)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(shí)鐘分配

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

2.2.3 看門狗定時(shí)器

（1）設(shè)為16ms定時(shí)器；（2）WatchDog。

2.2.4 基本定時(shí)器

<1>計(jì)數(shù)器1----作LCD分頻時(shí)鐘信號(hào)；

<2>計(jì)數(shù)器2----作1S定時(shí)器。

定時(shí)器A----作外部事件計(jì)數(shù)器使用----流量脈沖輸入；

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

<2>----作外部事件計(jì)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(gè)----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(chǔ)區(qū)：0X1100--0xFFFF；

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

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 初始化程序設(shè)計(jì)

因?yàn)樯想娭笾贿M(jìn)行一次初始化，初始化需要看門狗初始化，系統(tǒng)時(shí)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(jì)

因?yàn)橐獧z測(cè)流量的多少，需要設(shè)置一些參數(shù)，還有計(jì)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(shí)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(jì)

因?yàn)樯弦淮螠y(cè)量的時(shí)候可能因?yàn)閿嚯娀蛘咂渌驅(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(cè)量。

3.4 顯示子程序設(shè)計(jì)

本文的顯示程序包括當(dāng)前瞬時(shí)流量的顯示，瞬時(shí)流量百分比顯示，瞬時(shí)質(zhì)量流量顯示，瞬時(shí)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(shí)程序設(shè)計(jì)

當(dāng)WDT被設(shè)為看門狗模式時(shí)，WDTIFG標(biāo)志用于在復(fù)位中斷服務(wù)程序中判斷是否是因?yàn)榭撮T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(shí)器模式時(shí)，如果WDTIFG在定時(shí)時(shí)間到時(shí)置位，并產(chǎn)生WDT定時(shí)器中斷請(qǐng)求。定時(shí)器模式的中斷向量與看門狗模式的不同。在定時(shí)器模式中，如果中斷請(qǐng)求得到服務(wù)，則WDTIFG標(biāo)志在中斷服務(wù)程序中會(huì)自動(dòng)復(fù)位。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡武昌.流量測(cè)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?jī)x表原理和應(yīng)用[M].上海：華東化工學(xué)院出版社，1992.

作者簡(jiǎn)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(jì)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