1 引言

　　在科學技術與社會生產高度發達的今天，智能測試儀器與儀器儀表系統發展迅速，被測對象的跨度既廣泛又具有多樣性。計算機技術的迅猛發展使儀器儀表的發展上了一個新臺階，傳統的檢測設備被智能化儀器所取代。智能化儀表的兩個主要的發展方向是大型自動測試系統和便攜式低功耗智能儀表，功率問題也就成為電路設計所需考慮的重要因素之一。在本文中，我將提出一種基于MSP430的通用型低功耗儀表系統的設計方案。該低功耗系統與不同的傳感器相結合，能夠實現數據的采集與處理，并具備鍵盤輸入與LCD顯示功能，能適合各種工作場合。

　　2 低功耗儀表系統硬件設計

　　2.1硬件系統總體設計

　　本儀表系中選用的是MSP430芯片。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。

　　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。圖3-1給出了電能表的硬件框圖：

　　圖1 系統硬件框圖

　　圖1中的硬件按功能可分為數據采集、放大與濾波、單片機、鍵盤、LCD顯示、時鐘電路、數據存儲、DAC、報警、看門狗電路、RS485通信和電源管理等功能模塊。

　　2.2 模塊設計

　　2.2.1電源模塊設計

　　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

　　電阻R1和R2上的電流必須是7μA左右。再低一點的電阻也可以用，但是浪費了功率，太高的電阻也不能用，因為這樣會引起FB端的泄漏電流增加和引起電壓錯誤。推薦的電阻值就是選擇R2=169KΩ，并且讓流過R1和R2電阻的電流為7μA左右，由下式計算R1：

　　一些電阻和輸出電壓的典型值如表1所示：

　　表1 工輸出電壓和電阻的典型值

　　2.2.2 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