MSP430系列單片機是美國德州儀器開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。下面一起來看看基于MSP430的設計電路圖集錦。

　　1、采用MSP430單片機的可穿戴式血糖儀電路

　　介紹了一種便攜式血糖儀的設計。該設計主要從低功耗及精確性的角度出發，以MSP430系列單片機為核心，葡萄糖氧化酶電極為測試傳感器，較快地測試出血糖濃度。此外，所設計的血糖儀還具有儲存功能，有助于用戶查看血糖濃度歷史值和變化趨勢。

　　血糖測試電路：在酶電極兩端滴入血液后，會產生自由電子。由于電極兩端存在激勵電壓，就會有定向電流流過電極。該激勵電壓是由ADC模塊提供的1.5V穩壓通過電阻分壓而產生的，大約在300mV左右，它能產生μA級別的定向電流。由于A/D轉換模塊測量的是電壓，所以需要將該定向電流轉換成電壓，并且進行一定的放大。本系統采用圖2所示的電路來實現電流到電壓的轉換和放大。運算放大器LM358的反相端連接血糖試紙上的 酶電極，當有血液滴入時，該電極與地之間為等效電阻Rx，流過該電阻的電流正比于血液中的血糖濃度值。

　　MSP430的A/D模塊輸出1.5V的穩壓通過R2 和R3分壓，產生300mV的激勵電壓，該電壓通過運放的正端加到電極兩端。R4起到反饋放大的作用，它將運放的輸出范圍限定在A/D模塊的轉換范圍內。在PCB板布線時，由于運放輸出和MSP430的ADC模塊輸入I/O口之間的走線比較長，為了確保測量值的準確，需要對測試電壓進行濾波，C21就是用來起濾波作用的，以減少走線過長所引入的外來干擾對血糖測試的影響。而運放直接接電容負載容易引起輸出震蕩，R14的作用就是隔離運放和電容。由于電阻 R14上會有電流流過，這樣電阻兩端就有壓降存在，電壓信號會受此影響而變化，為了不影響血糖測試的精度，R14 的值不能取得過大。跟據經驗值取50Ω。

　　溫度檢測電路：由于血糖測試是利用生物電化學反應，而影響該反應的重要因素是溫度。在不同的溫度下，葡萄糖氧化酶的活性不同。即使是相同血糖濃度的血液，采用相同的激勵電壓，在不同溫度下，由葡萄糖氧化酶氧化產生的電流大小也不同。所以需要根據溫度進行補償以獲得正確的血糖濃度值。當溫度過高或過低時，葡萄糖氧化酶就會完全失去活性，此時血糖儀需要給出報警，提示用戶儀表不能在該溫度下進行操作，避免得出錯誤的檢測值。溫度測試電路如圖3所示。

　　圖中，R9是熱敏電阻ET833，該電阻具有負溫度特性。 R10是阻值為83k Ω的高精電阻。R9上 端接的是由MSP430的A/D轉換模塊輸出的1.5V穩壓，由 于該1.5V穩壓也是 A/D轉換模塊的參考電壓，因此這種接法能夠消除A/D參考電壓抖動所引起的轉換誤差。血糖儀正常工作時，通過測得P6.1端口的電壓，計算出熱敏電阻 R9的大小，然后根據ET833的特型曲線，推算出溫度值，以進行溫度補償。

　　數據存儲電路：為了方便用戶能隨時查看血糖的變化情況，本血糖儀具有存儲血糖值的功能。用戶不僅能查詢每次測量的歷史值，還能夠查詢最近28d內的血糖值的變化趨勢，根據血糖變化趨勢，制定正確的用藥方式，達到控制血糖濃度的目的。

　　本系統最多能夠存儲1000個歷史數據，每個歷史數據需要8B來保存，數據包含血糖值濃度及測試日期這兩個信息，這樣就需要8000B的存儲空間。 24LC64是微芯公司出產的一片E2 PROM芯片，能夠存儲8KB，因此選取一塊24LC64芯片即足夠。E2 PROM和單片機之間的具體接線方式如圖所示，P4.0～P4.3都是MSP430的數字I/O口。P4.1是寫保護引腳，用來避免由于外部干擾或者程序出錯對EPROM的誤寫操作。P4.2和P4.3是24LC64和MSP430進行通信的連接口。P4.0用于對24LC64供電，利用I/O口對該芯片供電的目的是為了降低系統運行時的整體功耗，此外，還節省了電子開關，降低了成本，有利于布線。

　　2、基于MSP430便攜式心率測量系統電路

　　HRV測量系統與常見的健身設備心率測量系統相似。測量心率的常用技術有兩種：一種基于心電圖 （EKG），另一種則基于光脈沖拾波器（如同在脈搏血氧計系統中那樣）。EKG是最常用的技術，因為它在任何情況下都能夠為配戴者提供可靠的性能，不管用戶處在何種狀態（例如：搖動或休息）都不受影響。這種系統需要將電極連接至用戶的胸部或手臂。EKG易于開發且能連續工作，主要是因為EKG信號的幅度通常為1 mV。借助新式低成本電子器件，對該過程的操控已變得的相當簡單。在現用的EKG型心率測量設備中，胸帶運動手表是一個很好的例子。簡單地說，心率變異性分析就是記錄心率并計算其隨時間的變化趨勢。就個體而言，在身體完全放松的狀態下HRV幾乎或完全沒有。

?　　該電路可輕松擴展以執行HRV測量。計算HRV的另一種方法是采用常常和脈搏血氧計一起使用的技術來測量心率。圖4為基于脈搏血氧計技術的光脈沖拾波器系。

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　　3、基于MSP43O和Zigbee的無線抄表終端電路

　　介紹了一種以MSP430F149單片機為核心的，基于Zigbee網絡的無線抄表終端。具體闡述了該終端的主要特點、硬件電路設計和軟件設計。試驗結果表明，該設計具有運行穩定，可靠性高的特點，可廣泛應用于各類水、電、氣表終端無線集中抄表中，具有良好的應用前景。

　　電路原理：核心處理器采用TI公司的MSP430F149單片機。為實現低功耗的要求，電路中采用高速和低速兩個晶振，由高速晶振產生頻率較高的MCL-K，以滿足 CPU高速數據運算的要求，在不需要CPU工作時關閉高速晶振，由低速晶振產生頻率較低的ACLK，運行實時時鐘。日歷時鐘芯片采用PHILIPS公司的 PCF8563。此芯片支持IIC總線接口，采用低功耗CMOS技術，具有較寬的工作電壓范圍1．0V～5．5V，在3．0V供電條件下，工作電流和休眠電流的典型值都為0．25μA，能記錄世紀、年、月、日、周、時、分、秒，具有定時、報警和頻率輸出功能。存儲器采用復旦微電子的FM24C04。此芯片是兩線制串行EEPROM，兼容IIC總線接口，采用低功耗CMOS技術，具有較寬的工作電壓范圍2．2V～5．SV，在3．0V供電條件下，額定電流為 1mA，休眠電流典型值為5 μA，在掉電情況下，存儲器中的數據能保存100年。

　　MSP430F149在硬件上具有2路TTL電平的串行接口，一路經SP3485芯片轉換成RS485串行接口后與連接在其底層的數字電能表通信，另一路直接與CC2430進行通信。RS485總線被目前的絕大多數數字電能表所支持，其采用平衡發送和差分接收方式實現通信，具有極強的抗共模干擾能力，信號可傳輸上千米，并且支持多點數據通信。而符合Zigbee協議的CC2430芯片支持TTL電平的串行接口，所以無須進行接口轉換，就可以與核心處理器進行通信。本終端在設計的過程中所有器件的選型都考慮了低功耗要求，即使使用電池供電，每次更換電池也至少可以使用兩年。并且選用的元器件都支持3．3V電壓，全部電路只需要單一電源就可以穩定運行。 圖1是本終端的硬件原理圖，省略掉了電源穩壓電路、濾波電路和一些外圍元件。圖中的LED1、LED2、LED3分別用于指示接收數據、發送數據和無線網絡狀態。

　　4、一種采用MSP430F2274無線充電電路

　　采用MSP430F2274超低功耗單片機作為無線傳能充電器的監測控制核心，通過開關選擇充電的速度，實現快速充電和常態充電功能，電能充滿后給出充滿提示且自動停止充電。無線充電系統主要采用電磁感應原理，通過線圈進行能量耦合實現能量的傳遞。系統工作時輸入端將交流市電經全橋整流電路變換成直流電，或用24V直流電端直接為系統供電。當接收線圈與發射線圈靠近時，在接收線圈中產生感生電壓，當接收線圈回路的諧振頻率與發射頻率相同時產生諧振，電壓達最大值，具有最好的能量傳輸效果。通過2個電感線圈耦合能量，次級線圈輸出的電流經接受轉換電路變化成直流電為電池充電。交直流輸入采用單刀雙閘繼電器，交流上電常開閉合，常閉打開實現交流優先，交流斷電繼電器斷電， 常閉閉合，實現自動切換。在切換時，時間很短，C1可提供一定時間的電量，可以實現不斷電切換，不影響充電。

　　5、基于MSP430單片機的數控直流電流源電路

　　系統硬件以MSP430F2274單片機為核心，外圍包括電源模塊、數碼管顯示模塊、D/A轉換模塊及恒流源模塊。

　　電源原理：穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路組成，a 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動電壓U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4。b 穩壓電路：由于得到的輸出電壓U4受負載、輸入電壓和溫度的影響不穩定，為了得到更為穩定電壓添加了穩壓電路，從而得到穩定的電壓U0。

　　圖3.4 ±12V電源電路圖

　　圖3.4中電路提供+12 V的電源；主要用于LM1117，再由LM1117產生3.3V的電壓作為MSP430F2274的工作電壓。

　　圖3.5 +5V電源原理圖

　　圖 3.5中提供的+5V的電源用于LM358 。 由于要求輸出的電流最大值為2000mA，而且主要電流從它通過，所以要用大電容，本設計采用兩個 2200UF 50V的電容并聯（同時為了減小紋波系數本設計在兩個電容之間接入有源濾波電路），由于的LM358的耐壓值最大可達42V，所以 LM358可以安全工作 。

　　D/A電路模塊

　　利用MSP430單片機的通用I/ O口（ P1口）與TLC5615構成的DAC電路如圖3.6所示。分別用P1.0、P1.2模擬時鐘SCLK和片選CS，待轉換的二進制數從P1.1輸出到TLC5615的數據輸入端DIN。

　　圖3.6 硬件連接圖

　　恒流源電路

　　方案一：本設計在起初利用圖3.7所示 恒流源電路 ， 運放的輸出端通過三極管與反向輸出端相連，構成負反饋電路，由于運放的同相輸入端與反相輸入端在理論上是虛短的，且運放的輸入電阻無窮大，因此反相端和同相端的電位相等，即Ui'=Ui，又由于三極管的發射極Ii'=Ui/R1與集電極電流Io僅相差微小的基極電流，可視為兩者相等即Ii'=Io。因此可以通過改變同相輸入端的電壓來調整輸出電流Io的大小。

　　圖3.7 方案一恒流源電路原理圖

　　方案二：輸出電流采樣電路是采用取采樣電阻兩端的電壓差，根據I=V/R 換算得到電流值的。圖3.8是數控電流源的恒流源電路。 LM358和晶體管 Q1、Q2組成電壓－電流轉換器，U1A、U1B和電阻R1－R8利用D/A的輸出實現對電壓進行數控。LM358主要功能是可以實現V/I轉換。 TIP42C（10A）是大功率PNP三極管，主要功能是實現功率放大。輸出電流采樣電路是采用取采樣電阻兩端的電壓差，根據I=V/R 換算得到電流值的。電路原理圖如圖3.8所示。通過對電阻R9兩端的電壓值進行采樣，經過運算放大器送入片內A/D轉換器進行轉換。由于R9是2歐姆，所以可以測量 0～2000mA的電流范圍。R9兩端的電壓在0～4V的范圍內變化，滿足系統設計的精度要求。

　　圖3.8 方案二恒流源電路原理圖

　　數碼管顯示電路

　　本題采用ZLG7289來控制按鍵，控制4個鍵和四個數碼管，實現20～2000mA電流的輸入。數碼管顯示電路圖如圖3.9所示。利用ZLG7289本身的特性可以串行接口無需外圍元件可直接驅動LED，各位獨立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性，循環左移/ 循環右移指令，具有段尋址指令方便控制獨立 LED，并且有4 鍵鍵盤控制器內含去抖動電路，完全達到題目所提及的要求。

　　圖3.9 數碼顯示管電路圖

　　本系統是一個基于單片機的數控直流電流源系統。采用單片機作為核心，輔以帶反饋自穩定的串調恒壓源，可以連續設定電流值。由D/A轉換器TLC5615、 ZLG7289、中文字庫液晶顯示塊、放大電路和大功率調整電路組成。通過獨立鍵盤輸入給定值，由D/A轉換器將數字信號轉換成模擬信號，經D/A輸出電壓作為恒流源的參考電壓，利用晶體管平坦的輸出特性得到恒定的電流輸出，最后用中文液晶顯示輸出。其中單片機選用美國TI公司的MSP430F2274作為控制核心，利用閉環控制原理，加上反饋電路，使整個電路構成一個閉環。數控直流電流源以單片機MSP430F2274為控制核心，由D/A轉換器TLC5615、ZLG7289、中文字庫液晶顯示塊、放大電路和大功率調整電路組成。通過4位鍵盤輸入給定值，由D/A轉換器將數字信號轉換成模擬信號，經D/A輸出電壓作為恒流源的參考電壓，以LM作為電壓跟隨器，利用晶體管平坦的輸出特性得到恒定的電流輸出，最后用中文液晶顯示輸出。

　　6、基于MSP430F449的數據存儲和USB串行通信電路

　　MSP430F449是MSP430系列中的一種，MSP430系列是一種具有集成度高，功能豐富、功耗低等特點的16位單片機。它的集成調試環境 Embedded Workbench 提供了良好的C語言開發平臺。設計中基于程序的復雜性和程序容量大的要求選擇了MSP430F449，這款芯片具有64K程序存儲器，可以滿足大部分復雜控制的需要；它的封裝100－PIN QFP具有良好的互換性，與MSP430F437 、MSP430F435等芯片具有完全一致的管腳可以在程序量上進行合理選擇。

　　CP2102是USB到UART的橋接電路，完成USB數據和UART數據的轉換，電路連接簡單，數據傳輸可靠，把下位機串行數據轉換成USB數據格式，方便實現數據通信，在上位機上通過運行該芯片的驅動程序把USB數據可以按照簡單的串口進行讀寫操作編程簡單，操作靈活。

　　圖1 MSP430F449 接口原理圖

　　以上是MSP430F449與EEPROM以及CP2102的接口原理圖，本文重點在于介紹數據采集過程完成以后的數據存貯和數據傳輸。數據的采集多種多樣，可以經過片內的ADC轉換器對模擬量進行采集，也可以通過獨立的端口控制線對特殊的傳感器比如溫度傳感器、壓力傳感器等進行數據轉換，這不作為本文介紹的內容。本文主要是針對不同的采集過程完成后數據的存儲和傳輸處理。

　　7、MSP430和nRF905的無線數傳系統電路

　　系統硬件設計

　　MSP43O的USART模塊可通過寄存器配置為通用異步串行口或SPI模塊功能，這里配置為SPI模塊。本系統選用的MCU是MSP430F133，在硬件設計時把MCU的SPI接口和nRF905的SPI接口相連即可，另外再選幾個I／O口連接aRF905的輸入輸出信號，如圖1所示。

　　對于初次接觸無線系統的設計者，因其射頻部分的元件采購、焊接和調試比較麻煩，可以選用PTR8000模塊。該模塊內核使用nRF905，硬件電路已經焊好，使用起來相對方便一些。

　　8、基于MSP430單片機的稱重式液位儀電路

　　V/F轉換電路模塊

　　如圖2所示，輸入電壓經射隨器UD1A從LM331的7腳輸入，電阻RD7 可以抵消6腳的偏流影響，從而減小頻率誤差，為了減少LM331的增益誤差和由RD10、RD11、CD2引起的偏差，RD13選用51K電阻CD1為濾波電容。當6腳和7腳的RC時間常數相匹配時，輸入電壓的階躍變化將引起輸出頻率的階躍變化，如果CD3比CD1大的多那么輸入電壓的階躍變化可引起輸出頻率的瞬間停止，6腳的電阻和電容可以差生滯后效應，以獲得良好的線性度。

　　圖2 V/F轉換電路原理圖

　　液位檢測及控制電路模塊

　　系統通過壓力傳感器進行數據信號采集，采集到的信號經過運算放大器進行信號放大。放大后的信號送入V/F進行壓頻轉換，將其輸出的頻率信號作為中斷請求信號接至MCU的P2.4腳，由MCU對其進行處理后，將其轉換成液位值，并根據液位設定值和上、下限值控制相應的電磁閥，使容器內液位高度與設定值保持一致。為便于電路的調試和觀察，每個電磁閥都設有工作狀態指示燈，表明當前是出液閥還是進液閥正在工作。其控制電路見圖3。

　　圖3 液位測量及控制電路

　　9、MSP430的低功耗儀表系統電路

　　本儀表系中選用的是MSP430芯片。MSP430系列的主要特征有：超低能耗的體系結構大大延長了電池壽命;適用于精密測量的理想高性能模擬特性;16位RISC CPU為每一時間片處理的代碼段容量提供新的特性，系統可編程的FLASH存儲器可以反復擦寫代碼、分塊擦寫和數據載入。MSP430系列是一款具有精簡指令集的16位超低功耗混合型單片機。它包含馮諾依曼結構尋址方式（MAB）和數據存儲方式（MDB）的靈活時鐘系統，由于含有一個標準的地址映射和數字模擬外圍接口的CPU，MSP430為混合信號應用需求提供了解決方案。

　　電源電路模塊

　　在整個系統中，我用到了±5V、±12V， 2.5V， 3V。對于±5V和±12V這兩組電壓是采用專門的電源模塊來供電的。由于MSP430型單片機是低功耗的單片機，采用3V供電，要用專用的電源模塊來對單片機進行供電。單片機的供電模塊是德州儀器公司的TPS76301，這個電源模塊是表面貼片式的，輸出電壓連續可調，可以輸出1.6-5.0V的電壓。只有5個管腳。它可以提供l50mA的電流，輸出電壓的應用電路如圖2所示。

　　圖2 TPS76301的應用電路

　　放大與濾波模塊

　　我在該低功耗系統的輸入通道中采用的前置放大器是TI公司的OPA349。輸入通道電路如圖3所示，該電路除了放大功能，還能具有濾波功能，消除無關的交流分量。

　　圖3 放大與濾波電路圖

　　RS-485通訊電路模塊

　　通訊模塊是本系統的一個重要組成部分梁。控制器通過通訊模塊實現歷史運行數據及有關信息的上傳和基本參數、控制命令等的接收，設計一個較成功的通信電路將直接影響到控制器的調試、功能發揮及其通用性。

　　圖4 RS-485串行通訊

　　圖4為RS-485通訊接口電路，單片機與上位機之間的數據傳送經過RS485收發器NAX485，由單片機的USARTI發送和接收。通訊方式為半雙工，由單片機的P3.5口控制數據發送和接收。為了提高數據傳輸的抗干擾性，RS-485為+5V單獨供電，采用高速光耦與其他電源完全隔離，不共地。由于傳輸線較長而且現場可能有電磁干擾，所以在傳輸線上并聯瞬變電壓抑制器TVSC，串聯熔斷器，并且傳輸線使用帶屏蔽層的電纜。