A-B 1756-L55M14系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　2.1 A-B 1756-L55M14超低功耗單片機(jī)的作用

　　單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心。根據(jù)儀器設(shè)計(jì)功能要求，單片機(jī)除實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)量和控制功能外，還要實(shí)現(xiàn)以下功能：可以查詢測(cè)量數(shù)據(jù)；保存儀器測(cè)量時(shí)的日期和時(shí)間；可以定時(shí)完成磁場(chǎng)的自動(dòng)測(cè)量；自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的處理與保存；按鍵完成數(shù)據(jù)顯示、測(cè)量曲線顯示、與上位計(jì)算機(jī)的串行通訊和打印繪圖輸出等；由看門狗防止程序跑飛；具有溫度監(jiān)測(cè)功能，對(duì)儀器進(jìn)行溫度校正；檢測(cè)電池電量。另外單片機(jī)應(yīng)低功耗，以適于野外作業(yè)。

　　常用的51系列單片機(jī)，由于其片內(nèi)資源的限制，要完成上述功能，須對(duì)其進(jìn)行外部擴(kuò)展。這樣既增加了電路的復(fù)雜性和故障率，又因芯片的增多而增加了功耗。

　　本系統(tǒng)中采用美國TI公司生產(chǎn)的MSP430F系列超低功耗單片機(jī)。 MSP430系列單片機(jī)有以下幾個(gè)系列MSP430×1×××、MSP430×3××、MSP430×4××等，而且全部成員軟件兼容，可以方便地在系列各型號(hào)間移植。它采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)， RAM、ROM和全部外圍模塊都位于同一個(gè)地址空間內(nèi)。同其他微控制器相比， MSP430系列可以大幅度延長電池的使用壽命。

A-B 1756-L55M14單片機(jī)主要有以下特點(diǎn)：

　　1）超低功耗結(jié)構(gòu)體系，在1MH z時(shí)鐘頻率時(shí)僅需250µA工作電流，待機(jī)電流為0.1µA；

　　2）抗靜電能力強(qiáng)；

　　3）片內(nèi)12位A/D轉(zhuǎn)換；

　　4）片內(nèi)精密比較器；

　　5）硬件乘法器；

　　6）片內(nèi)測(cè)溫二極管；

　　7）A-B 1756-L55M14全部為工業(yè)級(jí)； 16位精簡(jiǎn)指令集MCU工作溫度- 40~ 85℃。

　　MSP430F149擁有60kbit程序存儲(chǔ)器、2 kbit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、48個(gè)獨(dú)立I/O引腳和非常豐富的外圍模塊，幾乎不用添加其他元件即可達(dá)到本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

　　MSP430F149內(nèi)部有256字節(jié)的在線可編程FLASH ROM，可以完成儀器設(shè)置數(shù)據(jù)的保存和讀取。片內(nèi)A /D用來檢測(cè)電池電量。片內(nèi)看門狗定時(shí)器防止程序跑飛。內(nèi)部溫度二極管用來測(cè)量?jī)x器內(nèi)部溫度。片內(nèi)串口可與上位機(jī)通訊。外掛DS1302時(shí)鐘芯片，以便定時(shí)采集數(shù)據(jù)及記錄時(shí)間。外接一片F(xiàn)LASHROM以實(shí)現(xiàn)大量測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。使用內(nèi)部硬件乘法器，以加快信號(hào)處理的速度。其超低功耗內(nèi)核可以延長電池的使用時(shí)間。

　　2.2探頭配諧原理

　　探頭是感性元件，用來測(cè)量頻率信號(hào)。質(zhì)子磁力儀用LC并聯(lián)諧振回路進(jìn)行選頻測(cè)量，諧振公式為

　　式（3）中： f是A-B 1756-L55M14LC并聯(lián)諧振回路的中心頻率； L是探頭的電感量； C是儀器中的配諧電容值。只要使探頭的電感L和儀器中配諧電容C較準(zhǔn)確地配諧，就會(huì)使回路的諧振頻率f諧振在探頭中質(zhì)子旋進(jìn)頻率的附近。

　　地磁場(chǎng)強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)變化較小，質(zhì)子磁力儀利用這一特性實(shí)現(xiàn)了儀器選頻測(cè)量的自動(dòng)跟蹤功能，利用上一次測(cè)量的頻率值f（或磁場(chǎng)值T ），根據(jù)式（ 3）計(jì)算出下一次選頻測(cè)量的配諧電容值

　　由于A-B 1756-L55M14探頭配諧電路工作在微弱信號(hào)下，只能通過單片機(jī)控制繼電器切換配諧電容，所以用一組I/O口P2控制8個(gè)繼電器來實(shí)現(xiàn)256種不同的配諧電容值。

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