摘要：給出了一種基于CH376實現MSP430單片機對實驗室小型天線信號采集存儲的系統。由于工程測試的需要設計開發了天線方向圖自動測試系統。該系統以MSP430單片機為核心，由自動控制模塊、信號采集和數據顯示模塊和USB主機方式數據存儲模塊三部分組成。從實驗結果采看，該系統能夠實現轉臺的自動控制、信號的自動采集、天線方向圖的自動繪制和數據實時存儲到U盤。測試平臺搭建方便，具有測試速度快、精度高、性能穩定的特點。

在現代控制系統中，經常需要在操作現場進行數據采集，以及對數據進行處理來實現現場控制，但是由于單片機數據存貯容量和數據處理能力都較低，因此本文主要介紹了使用USB總線通用接口芯片CH376和16位單片機MSP430對天線發射的信號進行數據采集處理，并且能夠將這些大容量的數據以.txt文本格式實時的存儲到U盤中，然后能在上位機上方便的打開查看和應用。這樣就可以很容易的實現把單片機所采集的數據傳送到PC機上，再在PC機上進行數據處理，充分發揮兩者各自優勢。

本文首先要設計出天線方向圖的自動測試系統。通過這個天線參數自動化測量系統準確地發送和接收信號，從而進行數據的采集處理和存儲等。早期的天線測試主要依靠手工，誤差大、效率低。隨著計算機應用技術的發展，出現了用于天線測試的自動控制系統，有效地提高了測試精度和工作效率。由于實驗研究和小型天線工程測試的實際需求，提出并設計了一種基于MSP430的天線方向圖自動測試系統，整個電路以系統穩定、功能全面、控制方便、成本節約為原則進行設計。從實驗結果上看，該系統能夠完成對天線的準確測試，并且能夠實現數據更加精確方便地采集存儲。

1 系統總體設計

系統設計4*4矩陣鍵盤作為操作控制端，以MSP430F149單片機為核心設計控制模塊，控制繼電器的閉合對云臺進行操作，實現天線的全方位轉動，同時系統實時采集無線模塊接收到的信號并進行處理，再通過顯示模塊LCD240*128顯示方向圖及其他天線參數值。系統還帶有USB總線接口芯片CH376的存儲模塊，如果在工作的時候需要數據的收集和存儲，通過一個U盤就可以輕松實現。

測試系統主要包括以下幾個部分：無線信號發射和接收模塊、信號采集控制模塊、數據處理、顯示及存儲模塊。原理框圖如圖1所示。

2 天線參數測量系統硬件設計

本系統的設計要求主要如下：一是利用MSP430控制天線云臺按測試要求轉動;二是對天線信號進行數據采集;三是根據采集到的數據繪制方向圖;四是將這些大容量的數據以.txt文本格式存儲到U盤中。系統硬件結構如圖2所示。

2.1 系統自動控制模塊實現

天線方向圖自動測試系統中的自動控制主要指MSP430對天線轉臺的控制。本系統采用云臺來帶動天線轉動，通常云臺在工作時因為負重的原因，轉速可能會產生相應的一些變化，為了精確的實現參數的測量，在測量開始后需要先對裝載天線的云臺的轉速進行一些校正。天線轉臺選取301全方位云臺，該云臺工作電壓是交流24 V，額定負載為18 kG，水平轉速為每秒6°。當接到上下動作電壓時，垂直電機轉動，接到左右電壓時，水平電機轉動。

在測量過程中，將行列式非編碼鍵盤，掛接至MSP430具有中斷功能的P1口上，MSP430F149的P1.0引腳用來控制電機的左轉，P1.1控制電機的右轉，MSP430F149的P2.0口配置為中斷使能，上升沿觸發。以中斷查詢的工作方式，將相關控制指令參數發送給MSP430，MSP430將其轉換成電脈沖經驅動電路帶動轉臺平穩轉動。經實驗，在額定負載內，轉速精確。由于繪制方向圖只需要角度的變化量，可通過MSP430中定時器TA模塊，采用中斷定時的方法產生固定的角度，使天線按測試要求轉動。

2.2 信號采集與信號顯示處理模塊實現

信號采集單元主要由測量接收機和A/D轉換器組成。信號采集電路主要由檢波器、電流/電壓轉換器、直流放大器組成。測量接收機必須經電流/電壓轉換后再經過直流放大器進行放大，以滿足A/D轉換的需要;A/D轉換器將模擬信號轉換為數字量使能進行相應軟件處理。M SP430F149內置有高速的12位模數轉換模塊ADC12，因此不必再外接AD轉換芯片即可實現對模擬量的數字化處理。由于AD模塊和微控制器都集中在一塊芯片上，所以大大減輕了設計負擔，降低了產品成本，靈活方便，使結構更加緊湊，系統更加穩定，提高儀器的可靠性。

為了便于用戶操作和觀測測量過程與結果，測試信號采集和數字化后，通過繪圖程序在液晶上實時動態顯示。該顯示系統選擇基于RA880 6控制器的ZLG240128F-BTSSWE-YBC、自帶觸摸屏、分辨率為240*128的圖形點陣液晶顯示模塊，來控制系統的啟動、停止、功能的切換以及處理結果的顯示。一方面減小了系統的體積、節省了成本，另一方面可使交互界面更為美觀完善。ZLG240128F-BTSSWE-YBC內置了功能強大的點矩陣液晶顯示(STN-LCD)控制器RA8806，RA8806支持文字和繪圖兩種混合顯示模式、支持4/8-bits的6800/8080MPU接口和4/8-bits LCD驅動接口、內建智能型電阻式觸控掃描控制器，支持4線電阻式觸摸屏掃描接口等，其中LCD與單片機的接口直接采用I/O方式即可。

2.3 USB主機方式數據存儲模塊實現

本課題所設計的方式即讓MSP430F149通過USB主機接口，在相關文件系統的規范下以規定的數據格式直接讀寫USB移動存儲設備，再通過存儲設備與計算機進行數據的交互，此方案避免了與上位機之間的直接的通訊連接，兼顧到了系統的小型化與便攜性。MSP430并不具有USB接口，本系統采用USB設備主機接口專用芯片CH376為其擴展USB主機接口。

CH376是由南京沁恒電子有限公司制造的U盤和SD卡的文件管理控制芯片，內置多種文件系統的固件代碼，用于單片機讀寫U盤和SD卡中的文件，支持多級子目錄，支持中文、英文、長文件名和小寫文件名等;具有USB-HOST主機接口功能與USB設備接口功能，支持動態切換主機方式與設備方式;內置了常用的USB底層固件協議;內置了固件處理Mass-Storage海量存儲設備的專用通訊協議;支持FAT16和FAT32以及FAT12符合windows的文件系統格式;提供文件管理功能;打開、新建或刪除文件、枚舉和檢索文件、創建子目錄、支持長文件名;提供文件讀寫功能;以字節為最小單位或者以扇區為單位對多級子目錄下的文件進行讀寫。

CH376與單片機之間有3種接口方式可供選擇：2MB速度的8位被動并行接口、2MB速度的SPI設備接口、最高3Mbps速度的異步串口。由于MSP430F149具有豐富的I/O口資源，為了提高文件讀寫的速度，系統采用8為并行接口連接的方式。為將CH376配置為8位并口通訊方式，則TXD接GND，其余引腳懸空。在芯片上電復位時，CH376將采樣TXD引腳的狀態為低，據此選擇8為并口的通訊方式。

CH376支持3.3 V電源供電，將V3引腳與VCC引腳短接，共同輸入3.3 V電壓.電容C14和C15則用于外部電源退耦;ACT#引腳與發光二極管和電阻相串聯，用于表示設備所運行的狀態。

MSP430單片機與CH376USB接口芯片的連接圖如圖3所示。

3 測試系統軟件設計

以上已介紹了系統的硬件總體結構，如何讓各個功能模塊按照預定的要求協調運轉起來，這就要依賴于軟件的設計。整個系統核心處理單元單片機的主程序設計如圖4所示。

首先系統要對MCU、鍵盤、LCD、CH376的U盤讀寫進行初始化;初始化后先云臺歸零測量轉速;然后再歸零，明確一下需要測量的參數，這里面包括對于云臺的控制、角度的測量、接收模塊的操作;接著就是對于數據的采集及采集后的處理，采集后的處理也是在MCU上完成;自動化采集處理完成后，通過4*4矩陣鍵盤來控制方向圖和參數的顯示及通過外部USB設備存儲。

系統中擬采用U盤作為測試數據的存儲工具，程序將ADC模數采集的數據添加到U盤文件MY_ADC.TXT中，如果文件存在那么將數據添加到文件末尾，如果文件不存在那么新建文件后添加數據。具體的程序流程如圖4。

4 實驗結果及分析

圖5所示在主函數中進行調用，來驗證U盤讀寫模塊的功能。這里初始化了通信接口，也就是串口，在程序運行的過程中可以向串口助手來輸出當前的信息，我們就可知道程序運行到了什么地方、此時正處于何種狀態。

在測試成功后，把U盤插入電腦，可以看到處理后的以，txt文本格式存儲的數據如圖6所示。

結果分析：上圖中顯示的數據是為了顯示的需要而處理的，這里只是簡單的演示，顯示的數據是為了LCD顯示而處理后的數據，也沒有寫入對應的角度，因為采集是按固定的角度10進行的，最大值對應于00。如果采用更高顯示精度的可以比較完整的寫入精確處理的數據。

5 結論

本文論述了一種基于MSP430單片機的天線方向圖自動測試系統的構建。系統具有手動控制測試功能，通過外部輸入信號控制轉臺的運動和天線信號的采集、顯示、存儲以及方向圖的繪制;并且詳細介紹了USB總線接口芯片CH376的數據存儲。結果表明，在實現USB數據移動存儲接口電路設計中，由于CH376內置文件系統，使單片機端的操作更加方便，只需要發送命令和數據就可以在U盤中創建文件、讀寫數據。從實驗效果來看，該設計原理是可行的，較好的實現了天線方向圖的自動測試控制，測量精度和可靠性比較高，能夠滿足實驗室研究和小型天線的測試需要。