MSP430FW427在旋转计数器中的应用

　　无磁流量扫描测量技术早期的旋转计数器多是采用干簧管、霍尔、韦根传感器。面对市场发展的需要, TI 公司专门针对旋转测量问题设计了一款MSP430FW42X系列 MCU, 其性价比低, 稳定性好, 旋转测量采集部分只需要一个转盘和若干个电感电容, 通过 MCU 内部检测波形衰减的幅度, 就可以判断电感的状态, 从而达到计数的效果。

　　1 旋转计数器原理

　　旋转计数器转数的测量采用的是无磁流量扫描测量技术。两个电感位于涂有导电层( 阴影部分) 的旋转叶轮上方, 当叶轮以一定的速度进行旋转时, 两个 LC 电路便会产生周期性的衰振荡波。当电感位于导电层上方时, 产生的振荡波衰减幅度很

　　大; 当电感没有位于导电层的上方时, 产生的振荡波衰减幅度较小。如果在相应的引脚上接上必要的元器件( 电感、电容) , 再通过一定的算法进行编程, 对其相应的寄存器进行操作, 就能够对LC 电路产生的振荡波衰减幅度的几种状态进行分析, 从而判断出电感的位置, 计算出旋转叶轮转过的圈数以及旋转的速度, 最终达到测量的目的。

　　转盘的一半涂有具有阻尼特性的金属膜( 如锡、铝) , 电感是成 120°角分布在转盘的表面, 而转盘是固定在叶轮表面, 其原理是, 当流体流动时带动转盘转动, 随着转盘的转动, 电感在转盘表面的位置交替变化, 同时 CPU 定时给 LC 回路激励信号,电感就会产生阻尼振荡, 这样, 电感在处于有金属膜的位置时,衰减幅度大; 反之, 衰减幅度较小。通过 MCU 内部检测波形衰减的幅度, 就可以判断电感的状态, 从而达到计量的效果。

　　2 旋转计数器的设计

　　在本次设计中选用 TI 公司的 MSP430FW427 作为主控芯片, 充分利用 Scan IF 模块的无磁流量测量功能, 同时对传感器部分、液晶显示部分、键盘部分以及电源管理部分进行合理的软、硬件设计, 使得系统能够稳定、可靠的工作, 并实现高精度的测量和计数。旋转计数器系统的整体结构框图如图 1 所示。

　　2.1 硬件

　　MSP430FW427 是 TI 新近推出的一款专门针对水表、热表、气表以及其它应用领域的超低功耗 Flash 单片机。片内有32K+256 字节的 Flash 存储器、1K 字节的 RAM, 以及 48 个 I/O 口, P6.0 和 P6.1 口作为传感器检测通道, P1.0 和 P1.X 口连接电源管理模块 ( 打开或关闭单片机外围电路的电源) , P3、P4和 P5 口与液晶显示模块相连。

　　芯片内的 SCAN IF 模块能够在低功耗下自动检测线形或旋转的运动, 该模块由三部分组成: 模拟前端(AFE) , 信号处理状态机(PSM) , 定时状态机(TSM) 。其中, 模拟前端由激励电路,VCC /2 发生器, 采样保持器、比较器和 DAC 几部分元器件组成, 用来激励 LC 传感器, 检测信号电平并把信号转换为数字形式; 这些数字信号进入 PSM 状态机, 它根据时序状态机(TSM)和模拟前端(AFE)的输入信号, 通过分析存储在 MSP430FW427存储器中的状态表, 来计算出旋转运动和它的方向, 并控制中断信号的产生; TSM 是一系列的状态机, 不需要 CPU 干预就能够控制模拟前端, 传感器自动激励以及信号处理状态机。