微功耗数据采集与工控运动控制技术并重以MSp430为代表的智慧之选
0 引言
水下数据采集系统通常依赖大量电池作为其持续运作的能源。然而，通过降低系统功耗，我们可以减少所需电池数量，从而不仅节省成本和体积，还能增强水下环境中设备布放的便利性。本文旨在介绍一种基于微功耗单片机MSP430F1611与CF卡的水下微功耗数据采集系统设计及其实现，该系统总功率仅为150毫瓦，与传统采用DSP处理器及IDE硬盘存储介质的数据采集系统相比，其功耗显著降低。
1 系统总体构成
本系统应用于矢量水听器噪声测量试验，要求实时收集并存储矢量水听器四个通道信号，每个通道以每秒10千赫兹（kHz）的频率进行采样，并能够在7小时内连续工作。考虑到较低的采样频率以及整个实验期间产生的大约2吉字节（GB）数据，本系统并不需要使用高性能但同时具有较大尺寸和消耗高能量的IDE硬盘。相反，由于容量可达12GB且体积小、能效高，2GB CF卡完全满足了我们的需求。CF卡由控制芯片和闪存组成，提供了一个兼容3.3伏特或5伏特工作电压的小型、高效、容量大的解决方案。此外，它们可以按TRUEIDE模式工作，并且与普通IDE硬盘接口无缝对接，使得它们易于开发和使用。
为了进一步优化性能，我们选择TI公司生产的一款超级低功耗单片机MSP430F1611来处理AD采集任务，以及将这些数据写入CF卡。这款单片机因其丰富功能、极低功耗（在3.3伏特主频为1兆赫兹时，只有600微安），以及强大的处理能力而受到青睐。在8兆赫兹晶振驱动下的指令周期仅125纳秒，这足以满足我们项目需求。
以下是该系统结构图：
2 硬件设计
2.1 CF卡接口设计
CF支持三种基本操作模式：PC Card Memory模式、PCcard I/O模式以及True IDE模式。在本文中，我们采用了True IDE模式，因为它允许CF卡在插入后立即进入运行状态。在插入前，要确保CF卡槽上的OE引脚保持逻辑零，以便让CF卡进入True IDE状态。单片机与CF之间连接示意图如下所示：
由于MSP430F1611拥有六个独立配置双向8位I/O端口(P1-P6)，我们将P1端口中的P10和P11分别用于读写信号线IORD和IOWR；复位信号RESET则由P12控制；A0-A2则用作地址线，而P13-P15则负责命令或状态寄存器地址线管理。
由于MSP430F161l只能访问8位宽度，因此它被配置为按照8位工作，而不是16位。在这种情况下，它使用D0-D7作为输入/输出端口，与单片机中的P2端口连接起来，而D8-D15留空待用。
2.2 AD采集模块设计
为了最小化能效，同时仍然达到我们的技术指标要求，我们选取了一款既精准又具有极佳能效之选——美国ADI公司生产的AD7655 ADC。这款ADC支持10kSPS 采样速率时只消耗极少至只有26mW 能源，有四个模拟输入通道，其精度达到16bit最高可达100kSPS。而且，它还提供了串行或并行两种方式输出，可方便地与任何处理器如单片机或数字信号处理器等无缝对接。此外，它们也支持多种通信协议，如SPI, I²C等，可以根据实际需求灵活配置。
具体AD与单片机之间连接示意图如下所示：