原標(biāo)題：基于MSP430F149型FLASH單片機(jī)實(shí)現(xiàn)微波輻射成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于MSP430F149型FLASH單片機(jī)實(shí)現(xiàn)微波輻射成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要涉及到硬件與軟件兩大部分的設(shè)計(jì)。以下是對(duì)該系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明：

一、系統(tǒng)概述

微波輻射成像系統(tǒng)利用微波輻射計(jì)來(lái)探測(cè)、接收被測(cè)目標(biāo)在微波波段的電磁輻射，并將接收到的輻射信號(hào)按比例用偽彩色圖像直觀地顯現(xiàn)出來(lái)。該系統(tǒng)要求在惡劣的環(huán)境和天氣下長(zhǎng)期穩(wěn)定地進(jìn)行天線掃描成像，因此系統(tǒng)設(shè)備需具備高穩(wěn)定性和可靠性。

二、硬件設(shè)計(jì)

1. 主控單元

• 核心芯片：采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F149型超低功耗FLASH單片機(jī)作為主控芯片。該單片機(jī)具有60KB的FLASH存儲(chǔ)器和2KB的RAM存儲(chǔ)器，支持在線調(diào)試和下載，且功耗極低，適合用于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的微波輻射成像系統(tǒng)。

• 電源電路：系統(tǒng)統(tǒng)一外接5V電源，通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片（如EZ1085C-3.3）將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，為單片機(jī)及其他外圍模塊供電。

2. 天線掃描控制

• 步進(jìn)電機(jī)控制：MSP430F149單片機(jī)的P1端口用于控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，分別控制天線的水平和縱向掃描。通過(guò)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)以一定的速度和方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)天線的二維掃描。

• 定位電路：為防止電機(jī)失步，保證天線掃描場(chǎng)景與PC機(jī)所成圖像場(chǎng)景一致，需在天線轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝撞針，并接單片機(jī)的P2.0端口。當(dāng)天線旋轉(zhuǎn)至零位時(shí)，撞針與地線接觸，P2.0端口電平跳變，單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)后產(chǎn)生中斷，判定天線到達(dá)零位。

3. 數(shù)據(jù)采集

• A/D轉(zhuǎn)換：MSP430F149單片機(jī)內(nèi)置12位ADC，可直接對(duì)輻射計(jì)輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，無(wú)需外圍擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換芯片。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)串口發(fā)送至PC機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。

• 信號(hào)積分：輻射計(jì)接收到的信號(hào)需進(jìn)行積分處理，以提高信號(hào)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。積分后的信號(hào)再送入單片機(jī)的ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4. 通信接口

• RS232串行通信：MSP430F149單片機(jī)與PC機(jī)之間采用RS232串行通信端口進(jìn)行通信。通過(guò)HARRIS公司生產(chǎn)的ICL232電平轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的電平匹配和數(shù)據(jù)傳輸。

三、軟件設(shè)計(jì)

1. 主程序流程

• 初始化：系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化操作，包括單片機(jī)內(nèi)部寄存器的配置、中斷系統(tǒng)的設(shè)置、串口通信的初始化等。

• 接收命令：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)串口接收PC機(jī)發(fā)送的命令參數(shù)，包括掃描速度、采樣速率等。

• 控制掃描：根據(jù)接收到的命令參數(shù)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行天線掃描。

• 數(shù)據(jù)采集：在掃描過(guò)程中，單片機(jī)定時(shí)采集輻射計(jì)輸出的信號(hào)，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

• 數(shù)據(jù)發(fā)送：將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)串口發(fā)送至PC機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。

2. 中斷處理

• 定時(shí)器中斷：MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器用于產(chǎn)生定時(shí)中斷，控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)的采集。在中斷服務(wù)程序中，根據(jù)程序設(shè)定的標(biāo)志位判斷是控制水平電機(jī)還是縱向電機(jī)旋轉(zhuǎn)，或者進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

• 外部中斷：當(dāng)天線旋轉(zhuǎn)至零位時(shí)，撞針觸發(fā)外部中斷，單片機(jī)檢測(cè)到該中斷后執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，如重置電機(jī)位置等。

四、系統(tǒng)特點(diǎn)

• 高穩(wěn)定性：采用MSP430F149單片機(jī)作為主控芯片，具有低功耗、高可靠性等特點(diǎn)，適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

• 高精度：內(nèi)置12位ADC和精確的時(shí)鐘定時(shí)裝置，確保數(shù)據(jù)采集和電機(jī)控制的精度。

• 易擴(kuò)展：系統(tǒng)預(yù)留了JTAG調(diào)試接口和多個(gè)并行接口，方便后續(xù)的軟件升級(jí)和硬件擴(kuò)展。

• 實(shí)時(shí)成像：通過(guò)PC機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像處理，將接收到的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為偽彩色圖像進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

綜上所述，基于MSP430F149型FLASH單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的微波輻射成像系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)采集精度高、實(shí)時(shí)成像效果好等特點(diǎn)，適用于各種需要微波輻射成像的場(chǎng)合。