2．2 放大電路設(shè)計(jì)
??? 為了保證測(cè)量的穩(wěn)定性，同時(shí)考慮到通過單片機(jī)控制的放大器的增益實(shí)現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)變，因而本系統(tǒng)采用TI公司的增益可編程儀表放大器PGA204，該放大器最大的特點(diǎn)是通過編程可以實(shí)現(xiàn)1，10，100，1 000的可選擇增益，具有很高的共模抑制比(115 dB，G=1 000時(shí))，其輸入偏置電壓最大為50μV，最大偏置電流為2 nA，芯片功耗低，放大器工作電壓為僅±4．5 V，不工作時(shí)的電流僅為5 mA。增益控制很靈活，芯片的管腳A0和管腳A1控制放大器增益，與從機(jī)的I／O相連。通過在管腳A0和管腳A1輸入對(duì)應(yīng)的高電平或者低電平即可獲得相應(yīng)的增益。可編程放大器增益，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量量程的轉(zhuǎn)換。每一路放大電路的硬件連接如圖2(b)所示。
2．3 跟隨器電路設(shè)計(jì)
??? 為了保證恒流源的穩(wěn)定，在放大電路之后連接跟隨器電路，跟隨器電路選擇TI公司的高速精密運(yùn)算放大器OPA602來實(shí)現(xiàn)，該放大器的精度較高，偏置電流僅為1 pA。具體硬件電路如圖2(c)所示。
??? 恒流源電路由電流源電路、放大器電路和跟隨器電路組成。該恒流源所提供的電流與放大電路的增益G相關(guān)，系統(tǒng)選用模擬AVcc為參考電源，大小為3 V，放大電路G增益為1時(shí)，系統(tǒng)測(cè)量的最大電阻為3 kΩ。該恒流源電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，功耗低的特點(diǎn)。

3 雙單片機(jī)協(xié)同工作
3．1 I2C總線
??? I2C總線是由Philips公司開發(fā)的用于內(nèi)部控制的簡(jiǎn)單雙向兩線串行總線，該總線具有協(xié)議完善、支持芯片多、占有I／O口線少等優(yōu)點(diǎn)。I2C總線是由串行數(shù)據(jù)總線(SDA)和串行時(shí)鐘總線(SCL)組成，一個(gè)用來傳輸數(shù)據(jù)，另一個(gè)用來控制數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘。該總線標(biāo)準(zhǔn)模式速度為100 Kb／s，快速模式速度可以達(dá)到400 Kb／s，高速模式可達(dá)3．4 Mb／s，I2C能在最大總線負(fù)載下實(shí)現(xiàn)100 Kb／s的速率運(yùn)行，且器件連接的個(gè)數(shù)只受最大400 pF的電容限制。數(shù)據(jù)在I2C總線上的通行過程如圖3所示。

?

??? SDA和SCL是通過一個(gè)上拉電阻與正電源連接的雙向信號(hào)線。當(dāng)總線空閑時(shí)，這兩條信號(hào)線都保持高電平。當(dāng)SCL線處于高電平、SDA線從高電平向低電平跳變時(shí)為起始信號(hào)；當(dāng)SCL線處于高電平、SDA線從低電平向高電平跳變時(shí)為停止信號(hào)。起始條件和停止條件之間為通信傳輸?shù)倪^程。
3．2 單片機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
??? 由于MSP430F169單片機(jī)的串行通信模塊USART0可以設(shè)置成I2C模式進(jìn)行工作。在多路電阻測(cè)量系統(tǒng)中，主機(jī)和從機(jī)通過各自的串行通信模塊USART0進(jìn)行I2C主／從雙向通信，主機(jī)和從機(jī)都能夠接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，但總線的時(shí)鐘信號(hào)SCL、起始信號(hào)、終止信號(hào)都由主機(jī)產(chǎn)生。I2C總線在實(shí)現(xiàn)時(shí)，只需將主機(jī)和從機(jī)的管腳P3．1(SDA)和管腳P3．3(SCL)相連，并將管腳設(shè)置成I2C模式，同時(shí)I2C總線必須通過兩個(gè)電阻分別將總線的SDL和S拉高。單片機(jī)的拓?fù)鋱D如圖4所示。

4 軟件設(shè)計(jì)
4．1 雙機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)
??? MSP430單片機(jī)的I2C模塊有主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收4種工作模式。雙機(jī)通信程序設(shè)計(jì)主要包括初始化程序、主機(jī)模式程序、從機(jī)模式程序和中斷服務(wù)程序四部分。
??? 初始化程序包括設(shè)置單片機(jī)P3．1(SDA)和管腳P3．3(SCL)為為傳輸端口，端口方向。設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘，系統(tǒng)時(shí)鐘由主機(jī)產(chǎn)生，選擇SMCLK為系統(tǒng)時(shí)鐘。I2C模塊初始化，將控制寄存器U0CTL的控制使能位(I2CEN)置1。U0CTL一個(gè)8位的寄存器。通過對(duì)該寄存器的設(shè)置來確定通信模式、通信協(xié)議和校驗(yàn)位的選擇。
??? 主機(jī)模式程序功能是在主機(jī)模式下完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。首先要對(duì)主機(jī)接收、發(fā)送初始化，定義主機(jī)的地址，對(duì)R／W位置位設(shè)置接收模式，對(duì)中斷寄存器I2CIE設(shè)置定義中斷使能。主機(jī)接收、發(fā)送初始化程序在每次數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)調(diào)用。通過對(duì)I2CRM，I2CSTP，I2CSTT三個(gè)寄存器位設(shè)置控制數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，主機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)、起始和停止信號(hào)。
??? 從機(jī)模式程序中數(shù)據(jù)收發(fā)初始化部分與主機(jī)模式程序相同，值得注意的是，數(shù)據(jù)的收發(fā)過程是由I2C模塊自動(dòng)控制，從機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)隨主機(jī)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)在總線上接收串行數(shù)據(jù)，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)應(yīng)答。從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)送的匹配的設(shè)備地址和主機(jī)的數(shù)據(jù)接收請(qǐng)求后，主機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，從機(jī)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。
??? 中斷服務(wù)程序的功能是實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)收發(fā)，MSP430中I2C模塊的是多源中斷，8個(gè)中斷源的中斷共用一個(gè)中斷向量，中斷向量寄存器I2CIV的內(nèi)容決定當(dāng)前是哪個(gè)中斷標(biāo)志引起中斷事件。當(dāng)優(yōu)先級(jí)最高的中斷在寄存器I2CIV中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)值時(shí)，由此判斷中斷源并進(jìn)入對(duì)應(yīng)的主機(jī)模式程序和從機(jī)模式程序中，通過這2個(gè)程序中斷寄存器I2CIE使能操作，完成對(duì)應(yīng)的中斷事件。從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)問數(shù)據(jù)的收發(fā)。