Лабораторная работа № 3.

Изучение микроконтроллера MSP430. Аналоговый ввод-вывод

1. Цель работы

Изучение основных средств микроконтроллера MSP430 для ввода-вывода аналоговых сигналов. Изучение основных приемов программирования микроконтроллера MSP430 для операций ввода-вывода аналоговых сигналов и передачи результатов измерений по последовательному интерфейсу.

2. Задачи

Создание простых программ управления аналоговыми линиями порта ввода-вывода для отладочного модуля MSP430 LaunchPad с помощью среды программирования Energia. Создание программ обмена данными между отладочным модулем MSP430 LaunchPad, электронным устройством на плате расширения и персональным компьютером по последовательному интерфейсу. Прошивка микроконтроллера и проверка работы программ.

3. Теоретическая часть

3.1. Модули ввода-вывода аналоговых сигналов в микроконтроллерах MSP430

В микроконтроллерах MSP430 для ввода и вывода аналоговых сигналов используются следующие функциональные модули [3]: таймер, модуль операционного усилителя, модуль аналогового компаратора, модуль аналого-цифрового преобразователя (АЦП), модуль цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

3.1.1. Модуль операционного усилителя.

Модуль операционного усилителя OA представляет собой операционный усилитель общего назначения и предназначен для обработки внешнего аналогового сигнала для последующего аналого-цифрового преобразования.

Микроконтроллеры MSP430 могут иметь в своем составе несколько модулей ОА. Конфигурация модуля ОА определяется установкой битов регистра OAxCTL0, где x – порядковый номер модуля.

Модуль OA имеет следующие особенности:

• однополярное питание, малый потребляемый ток;

• выходной сигнал с размахом, равным напряжению питания (выход rail-to-rail);

• программируемое соотношение между временем установления и потреблением;

• программное конфигурирование;

• программно-конфигурируемый резистивный делитель в цепи обратной связи для реализации усилителей с программируемым коэффициентом усиления (PGA).

Конфигурирование модуля OA осуществляется пользовательской программой. Он может быть сконфигурирован как инвертирующий или неинвертирующий усилитель, а также соединён с другими модулями OA для реализации различных вариантов дифференциальных усилителей. Модуль OA может использоваться для реализации следующих восьми различных вариантов дифференциальных усилителей.

Операционный усилитель общего назначения. В этом режиме внутренний делитель обратной связи отключён от ОУ. Входные сигналы поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ. Выход ОУ подключается к одному из входов модуля 12-разрядного АЦП ADC12.

Буфер с единичным усилением для дифференциального усилителя. В этом режиме выход ОУ соединён с его инвертирующим входом, обеспечивая коэффициент усиления, равный единице. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход. Подача внешних сигналов на инвертирующий вход невозможна. Выход ОУ подключается к одному из выводов внутренней резистивной цепочки. Этот режим используется только при реализации дифференциального усилителя на трёх ОУ.

Компаратор. В этом режиме выход ОУ отключён от резистивной цепочки. Резистивная цепочка используется для подачи на инвертирующий вход ОУ порогового напряжения. При этом образуется компаратор с программируемым порогом. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ. Можно ввести в схему гистерезис, добавив внешний резистор положительной обратной связи. Подача внешних сигналов на инвертирующий вход невозможна. Выход ОУ подключается к одному из входов модуля ADC12.

Неинвертирующий усилитель. В этом режиме выход ОУ через резистивную цепочку подключён к инвертирующему входу ОУ, образуя неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления [1 + Ko]. Коэффициент Ko программируется. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход. Подача внешних сигналов на инвертирующий вход невозможна. Выход ОУ подключается к одному из входов модуля ADC12.

Многокаскадный неинвертирующий усилитель. В этом режиме допускается последовательное соединение двух или трёх модулей OA, работающих как неинвертирующие усилители. Выходы ОУ модулей подключаются к входам модуля ADC12.

Инвертирующий усилитель. В этом режиме резистивная цепочка включается между источником входного сигнала, инвертирующим входом ОУ и выходом ОУ. Так образуется неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления минус Ko. Коэффициент Ko программируется. Выход ОУ подключается к одному из входов модуля ADC12.

Дифференциальный усилитель. В этом режиме модули OA микроконтроллера соединяются друг с другом, образуя дифференциальный усилитель на двух или трёх ОУ. Выход ОУ подключается к одному из входов модуля ADC12.