摘要：本文主要進行了一個超聲儀的控制系統的研究,詳細介紹了控制器的軟硬件設計。進行了基于MSP430的超聲儀控制系統研究主要利用MSP430系列單片機開發工具進行了單片機的程序設計完成了一個智能測控系統的軟硬件設計。

　　關鍵詞：單片機;超聲控制;監控軟件

　　Abstract: In this paper, take an ultrasound study for the control system, detailed hardware and software design of the controller. The ultrasound control system based on the MSP430 MCU development tools programming of the microcontroller hardware and software design of an intelligent measurement and control system.

　　Key words: SCM; ultrasound control; monitoring software

　　中圖分類號：TB553 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)01-0020-02

　　1 引言

　　隨著計算機技術、微控制器和超聲技術的不斷發展,超聲儀器的發展也十分迅速,有著廣泛的應用和發展市場。超聲學應用技術主要有兩個方面,即功率超聲和檢測超聲。本文的主要任務是研究應用于功率超聲儀的控制系統,并對其的工作過程和工作狀態進行測控。其主要功能包括:①調節驅動脈沖的占空比;②控制超聲儀運行時序;③檢測信號源頻率。

　　2 超聲儀控制系統硬件詳細設計

　　2.1 電平轉換電路。由于MSP430單片機的串門電平是TTL電平,TTL電平特性與RS232的電氣特性不匹配,為了使MSP430單片機的串口能與 RS-232C接口通信,必須將串行口的電平進行轉換。本系統中,異步通信接口電路采用新型的電平轉換器件MAX3233E。MAX3233E芯片內部有一個電源電壓變換器,可以把輸入的+3.3V電源電壓變換成為RS-232C輸出電平所需的±12V電壓。采用此芯片接口的串行通信系統只需單一+ 3.3V電源。

　　2.2 電源與晶振電路。主要由7805和LM317組成,集成三端穩壓器7805的輸出端和共地端之間始終保持5V的穩定電壓,即7805的輸出電流在內部電阻上的壓降始終是5V,所以只要內部電阻被確定,7805的輸出電壓就確定并保持非常穩定。LM317L是可調整的三端正電壓穩壓器,在輸出電壓范圍為1.2伏到37伏時能夠提供超過100毫安的電流。對于一個高可靠性的系統設計,晶體的選擇非常重要,尤其是設計帶有睡眠喚醒(往往用低電壓以求低功耗)的系統。本電路選用8M和32768兩個外部晶振。

　　2.3 復位與PWM輸出電路。系統復位電路的設計一定要使系統能夠充分復位,在各種復雜情況下穩定可靠地工作,復位性能不好會影響系統的正常運行。本系統采用常用的上電復位電路,能保證有充分的低電平時間。由MSP430單片機的P4.3管腳輸出占空比和頻率可調的PWM波形。輸出的信號經施密特觸發器SN7414脈沖整形后再經光耦TPL521隔離,然后由J6的1腳輸出。在MSP430中就是采用CCRO來控制周期T,而用與定時器對應的CCR3 寄存器來控制可變占空比。

　　2.4 開關量輸出電路。PC機發出命令,單片機由串口接收到PC機的指令,然后執行相應的操作,完成由P1.4管腳輸出高低電平時間可以調整的開關量信號。輸出的信號經SN7414脈沖整形后再經光耦TPL521隔離,由J6的4腳輸出。為了保證MSP430單片機系統運行的穩定性及更好地避免外界信號的干擾,用TPL521對輸入輸出信號進行電氣隔離。在光耦的4腳接上拉電阻,起到加大驅動能力和抗干擾的作用。電路圖如1所示。

　　(a) 7414整形電路

　　(b) 光耦隔離電路

　　2.5 液晶顯示控制電路設計。單片機通過向液晶顯示控制器寫入指令及其參數,來實現對顯示效果的控制。液晶顯示控制器控制部的主要工作是將單片機寫到顯示存儲器的數據以某種形式傳給液晶顯示驅動系統,僅有驅動系統是不能實現液晶顯示器件顯示的,還需要有控制電路提供驅動系統所必須的掃描時序信號和顯示數據。SED1335液晶控制板是用于單片機與液晶模塊之間控制的控制板,它接收來自單片機的指令和數據,并產生相應的時序及數據控制液晶模塊的顯示,可用于所有適合SED1335的液晶模塊。

　　3、超聲儀控制軟件設計

　　3.1 PC機監控軟件設計。PC機監控軟件是控制系統的管理軟件,它根據我們提出的控制系統的技術要求來負責發出相應的命令,控制控制器進行相應的操作,進而控制超聲儀的工作。作為智能測控系統,其強大的控制功能及控制的靈活性,都離不開軟件的支持。在本程序異步通信中,收、發雙方必須事先規定兩件事:一是字符格式,即規定字符各部分所占的位數,是否采用奇偶校驗以及校驗的方式(偶校驗還是奇校驗)等的通信協議;二是采用的波特率以及時鐘頻率和波特率的比例關系。

　　PC機監控軟件包括以下幾個程序:開關量輸出開始,開關量輸出暫停,開關量輸出時間調節,PWM信號輸出,PWM信號停止,PWM頻率調節,PWM占空比調節,實時頻率檢測,間斷頻率檢測,選定程序運行時刻,退出程序運行。下面是它的軟件框圖2。

　　圖2 PC機監控軟件框圖

　　3.2 單片機程序設計。單片機的程序由主程序和若干子程序組成,程序用C語言編寫,實現了串口通信、開關量輸出、PWM信號輸出、頻率檢測及液晶顯示的功能。由于篇幅限制,此處僅介紹主程序與PWM輸出程序。

　　1)單片機的主要任務是接收PC機發來的數據并作相應的回應。當單片機一旦接收到一個數據,立刻根據所得數據進行判斷,以決定需要進行什么操作。當操作完成之后,向PC機返回一些數據,以報告所操作器件當前的運作狀態,然后再回到數據的檢測循環中去。單片機采用中斷方式接收和發送數據。主程序中,先進行初始化,當F1agWord的0位非0時,即檢測到有數據的接收,然后進入CommandProcess流程,完成各個子程序的功能;當檢測到 FdetectDone(頻率檢測完成)信號時,調用SendOut函數將檢測到的頻率值送給PC機和LCD。

　　2)單片機的程序中PWM-Propo_ Adj、PWM-Frequ_ Adj函數分別完成占空比和頻率的調節,占空比從0到100可調,頻率從0.1到10Hz可調。程序中采取增計數模式,輸出模式3 (PWM置位/復位)。這種輸出模式輸出在TBR的值等于TBCCR3時為高電平,直到TBR的值增加到TBCCR0。頻率調節采取分段調節的方法,在1-10Hz步長為1,采用時鐘頻率為32768 Hz;在0.5-0.9步長為0.1,采用時鐘頻率32768 Hz;在0.1-0.4步長為0.1,將時鐘頻率32768Hz經過8分頻方能滿足要求,以上兩點是程序中值得注意的技巧。具體分析如下:選用時鐘頻率為 32768 Hz時,如果要輸出的頻率值為1Hz,則TBCCRO中的值為32768。那么如果要輸出的頻率值為2Hz,則TBCCRO中的值為32768/2。在本程序中,單片機根據PC機滑塊的位置變化來控制輸出PWM信號的頻率值。

　　通過RS-232C實現PC機和單片機的串口通信,進而實現了控制器對超聲儀的控制功能。通過整個系統的研究體現了MSP430FLASH系列單片機的特點適合用在低功耗場合和小型化儀器中。