1 MSP430FW42x單片機介紹

MSP430FW42x系列單片機是TI公司針對電子式流量與旋轉運動檢測最新開發的專用MCU芯片，它將超低功耗MCU、旋轉掃描接口(SCAN IF)和液晶顯示LCD驅動模塊完美地結合在一起。該器件的超低功耗結構和流量檢測模塊不僅延長了電池的壽命，同時還提高了儀表的精度與性能。MSP430FW42x單片機的典型應用包括熱量儀表、熱水和冷水儀表、氣體儀表和工業流量計、風力計以及其他旋轉檢測應用。

2 流量測量的原理

2.1 基本原理

一個由葉輪或螺旋齒輪構成的機械裝置把流體流動轉換為轉動，這種轉換能夠實現對流體流量的測量。

把一個諧振回路中的電感置于葉輪的上方可以檢測到葉輪的轉動，葉輪的一半敷有銅或其他有阻尼性的金屬。由電感在葉輪上方的位置決定諧振回路的阻尼系數，電感位于區域a時，回路的阻尼系數高于電感位于區域b時。通過測量諧振回路的不同阻尼系數，可以實現對轉動的測量。圖1為測量原理示意圖。

2.2 振蕩測試法

圖2給出了2個傳感器位于不同區域時的振蕩波形，MSP430FW42x單片機采用振蕩測試法把不同的衰減幅度轉換為數字信號進行測量。這種方法把圖2中的傳感器1的減幅系數表示為L，傳感器2的減幅系數表示為H。

2.3 信號處理

隨著葉輪轉動，傳感器l和傳感器2的信號隨之不斷改變。圖3給出了兩個傳感器的狀態變化，如果知道前一個狀態和新的狀態，則同時可以得出旋轉的方向。增計數：由狀態d變化到狀態a；減計數：由狀態b變化到狀態a。

3 采用MSP430FW427單片機設計的無磁水表

采用MSP430FW427單片機設計水表具有非常簡單的電路結構，流量測量部分由MSP430FW427單片機內置SCAN IF模塊完成。圖4為采用MSP430FW427單片機設計的無磁水表系統原理框圖。

4 SCAN IF模塊設計

SCAN IF模塊能夠在低功耗下自動檢測線性或旋轉的運動。SCAN IF模塊如圖5所示，由3部分組成：模擬前端(AFE)、信號處理狀態機(PSM)和定時狀態機(TSM)。其中模擬前端激勵傳感器，檢測信號并把信號轉換為數字形式；這些數字信號進入信號處理狀態機，信號處理狀態機根據這些信號分析并計數旋轉運動；定時狀態機控制模擬前端和信號處理狀態機。

在軟件開發過程中有關SCAN IF模塊的設置如下：

(1)SCAN IF的基本設置

◇設置SCAN IF的控制寄存器SIFCTLl、SIFCTL2、SIFCTL3、SIFCTL4和SIFCTL5；
     ◇定義P6.x/SIFCH.x引腳為SCANIF模塊功能；
     ◇打開“VCC/2”發生器；
     ◇時鐘源選擇；
     ◇信號狀態處理機。

(2)規劃時間狀態機

SCAN IF的時間狀態機用來確定測量序列，每一步所需的時問可以精確地調整。通常的測量序列為：確定空閑狀態；激勵LC傳感器；延時一定的時間，此時測量可以進行；打開DAC和比較器；測量；停止。

(3)定義DAC的磁滯門限

DAC為每個傳感器的阻尼和非阻尼振蕩器提供磁滯門限，通過觀察每個傳感器的振蕩曲線和DAC的電壓，調整DAC的磁滯門限。

(4)信號處理狀態機

信號處理狀態機足一個可設計的狀態機，它通過存儲在MSP430存儲器中的狀態表得出轉速和方向，向量SIFTPSMV初始指向PSM的狀態表。

5 SCAN IF模塊初始化程序示例

6 結語

本文介紹了采用LC振蕩測試法實現流量測量的工作原理，并根據此原理成功設計了基于MSP430FW427單片機的無磁水表。由于SCAN IF模塊的設置非常靈活，設計人員完全可以根據自己的實際情況，對其進行合理的設置。MSP430FW427單片機所具有的其他集成外設以及超低功耗運行能力也使我們能夠開發出功能先進的儀表。