MSP430F149单片机超声波多功能测量仪设计(3)

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2.系统方案论证

2.1 采用超声波测距

2.11 超声波测距

超声波是一种机械波，振动频率在20KHZ以上，具有一定的指向性和良好的反射性能。超声波利用它的反射性能，制成测距仪。这种非接触式测距方法原理简单，制作成本低，受到了广泛的应用。但是超声波方向性不如激光，且在传播过程中能量随着距离的平方成比例衰减，所以测距范围通常限制在几米内；声速也易受到环境影响。因此，超声波测距不能用于精确测量。但工程中常常用超声波测量井底深度，房屋高度，管道长度；驾驶中倒车、防止盗贼扒车用超声波测距实现智能防碰撞[7]。近年来，与生活、生产息息相关的超声波测距产品越来越多，比如：液位测量仪，测厚仪，电机驱动，防盗报警等。

2.12 雷达测距

微波雷达测距的原理是依据微波返回接收雷达时产生的相移，推导出距离。通常测距雷达采用的微波波长集中在毫米段，此波段的微波会被大气中的氧分子、水蒸气吸收，使得微波幅度出现尖峰衰减，从而微波的传输只在一定的范围内，且不会干扰其无线他电设备。但是微波易受电磁波干扰。高速公路上为防止追尾事故常常使用雷达测距。

2.13 激光测距

激光具有极高的方向性和相干性，因此激光测距不仅快速而且精确，激光不似超声波和微波，它的测距范围很大，可用作长距离的测量。常用的激光测距分为脉冲式和激光式。激光测距的缺点是易受环境干扰，在雾天、雨天、雪天这些恶劣天气下激光测距的性能不稳定[8]。论文网

结论：利用超声波测距往往比较迅速、方便、易于实时控制操作，对环境有一定的适应能力，并且在测量精度上能达到工业实用的要求，在智能生产生活研制上也得到了广泛的应用。本系统中的多功能测量仪测量范围较小，对精度要求不高，考虑到成本，采用超声波测距。

2.2 采用MSP430F149

MS P430F149是一种新型的信号处理微控制器，运用了TI公司最新的低功耗技术，它将大量常用的外围电路集成到芯片内部，适合设计开发片上系统。

选用MSP430F149单片机的原因:

① 超低功耗；

② 丰富的片内资源：为外部电路提供6组IO口，多个定时器；

③ 拥有大容量的存储空间：60KB程序存储器，2KB数据RAM[9]；

④ 硬件乘法器。此乘法器进行乘法操作时，不占用CPU时间，不仅提高了运算速率，还提高了CPU的处理效率；

⑤最大时钟频率可高达8MHZ；处理速度快，得到的数据精确；

⑥支持专用软件IAR进行编程，通过仿真器下载到单片机上，通过IAR检测单片机的工作状态，非常便于软硬件调试。

3．系统硬件电路

3.1 时钟电路

MSP430F149单片机时钟模块由高速晶体振荡器、低速晶体振荡器、数字控制振荡器DCO、锁频环FLL以及增强版本的锁频环FLL+等部件构成。辅助时钟ACLK、主系统时钟、子系统时钟由此产生，送给各种不同的模块[10]。

低速晶体振荡器(LFXTl)满足了单片机低功耗及使用32768Hz晶振的要求，晶振只需要经过XIN和XOUT两个引脚连接，不需要其他外部器件，所有保证稳定的电容等元件都集成在芯片中。默认LFXTl振荡器在低频模式下工作，即32768Hz。也可以通过外接450kHz～8MHz的高速晶振使之工作在高频模式[11]。

高速晶振也被称为第二振荡器XT2，它产生时钟信号XT2CLK，工作特性与LFXT1工作在高频模式时是类似的[12]。它是MSP430F149工作在高频模式时使用的时钟源，XT2最高可达8MHz。本系统中采用的是8M的晶体，晶振通过端口XT2IN和XT2OUT连接到单片机，外接2个22pF的电容后接地。