形状记忆合金相变点测试系统研究
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摘要
本文主要论述了MSP430单片机在形状记忆合金相变点测试中的应用，实现了一个以MSP430F149为核心的形状记忆合金相变点测试系统的研制。
首先介绍了形状记忆效应基本原理及形状记忆合金相变点常用的测量方法，提出应用单片机技术从硬件和软件两方面着手解决电阻法测量时常出现的问题。介绍了单片机应用系统的设计原则和MSP430芯片的发展、特点以及在各个领域中的广泛应用，并说明了选择TI公司MSP430F149作为本系统的核心微处理器芯片。
接着详细介绍了研制过程中本系统硬件电路的设计、软件所完成的功能和各模块的流程设计、系统的软硬件抗干扰设计以及印刷电路板的设计等。
最后叙述了在软硬件调试系统过程中遇到的问题和解决的办法，给出几种测量方法的测量结果加以对比及验证，并展望了该仪器的应用前景及可以进一步完善的地方。
This paper discusses about the application of MSP430 in the transformation temperature testing system for shape memory alloys and the development of the transformation temperature testing system for shape memory alloys with MSP430F149.
Firstly, it introduces the principle of shape memory effect and the methods of testing shape memory alloys' transformation temperature which we always used, brings up that using micro-controller technology to solve the problems that appears in electrical resistance measurements. And it also introduces the contrivable principle of the application system of micro-controller and the development and characters of MSP430, widespread applications on all area, and explicates that we choose MSP430F149, which is made by TI company, as the core chip of the instrument.
Secondly, it introduces the development of this system in detail. It includes the designs of hardware, software, resisting interference and making the module.
Lastly, it describes the difficulties met in debugging and ways to solve the problems. Some typical measurements and results have been also given to compare and contrast. Moreover, it looks in the future of this instrument and brings up the parts to be improved in this system.
首先介绍了形状记忆效应基本原理及形状记忆合金相变点常用的测量方法，提出应用单片机技术从硬件和软件两方面着手解决电阻法测量时常出现的问题。介绍了单片机应用系统的设计原则和MSP430芯片的发展、特点以及在各个领域中的广泛应用，并说明了选择TI公司MSP430F149作为本系统的核心微处理器芯片。
接着详细介绍了研制过程中本系统硬件电路的设计、软件所完成的功能和各模块的流程设计、系统的软硬件抗干扰设计以及印刷电路板的设计等。
最后叙述了在软硬件调试系统过程中遇到的问题和解决的办法，给出几种测量方法的测量结果加以对比及验证，并展望了该仪器的应用前景及可以进一步完善的地方。
This paper discusses about the application of MSP430 in the transformation temperature testing system for shape memory alloys and the development of the transformation temperature testing system for shape memory alloys with MSP430F149.
Firstly, it introduces the principle of shape memory effect and the methods of testing shape memory alloys' transformation temperature which we always used, brings up that using micro-controller technology to solve the problems that appears in electrical resistance measurements. And it also introduces the contrivable principle of the application system of micro-controller and the development and characters of MSP430, widespread applications on all area, and explicates that we choose MSP430F149, which is made by TI company, as the core chip of the instrument.
Secondly, it introduces the development of this system in detail. It includes the designs of hardware, software, resisting interference and making the module.
Lastly, it describes the difficulties met in debugging and ways to solve the problems. Some typical measurements and results have been also given to compare and contrast. Moreover, it looks in the future of this instrument and brings up the parts to be improved in this system.
引文
[1]杨杰、吴月华，形状记忆合金及其应用。合肥：中国科学技术大学出版社，1993。
[2]舟久保、熙康编，形状记忆合金。千东范 译。北京：机械工业出版社，1992。
[3]徐祖耀等，形状记忆材料。上海交通大学出版社，2000。
[4]杨大智等，形状记忆合金。大连工学院出版社，1988。
[5]殷景华等，功能材料概论。哈尔滨工业大学出版社，1999。
[6]徐祖耀，相变原理。北京：科学出版社，1988。
[7]冯端等，金属物理学，第二卷相变。北京：科学出版社，1990。
[8]金嘉陵等，形状记忆合金性能评价方法及装置。金属功能材料，1998．6．5卷第3期(127)～(130)
[9]王学成等，外加拉应力对Ti-Ni合金马氏体相变点Ms的影响。稀有金属材料与工程，1998．6．第27卷第3期(169)～(172)。
[10]韩明，Cu-Zn-Al系合金的马氏体稳定化。功能材料，1997，第28卷第6期(580)～(582)。
[11]耿殿奇等，形状记忆合金热机械稳定性测试仪的研制。稀有金属材料与工程，1994．12．第23卷第6期(65)～(69)。
[12]郭晨等，加热速度对Cu-Zn-Al-Mn淬火态合金马氏体逆相变的影响。浙江大学学报，1995．7．第29卷第4期(465)～(469)。
[13]文先哲等，冷热循环对Ti-Ni形状记忆合金马氏体相变及形状记忆效应的影响。湖南有色金属，1999．3．第15卷第2期(29)～(32)。
[14]丰平等，CuZnAlMn形状记忆合金马氏体时效稳定化的DTA热分析。湖北三峡学院学报，1999．10．第21卷第5期(30)～(32)。
[15]董荣欣等，CuAlNiMnTi形状记忆合金马氏体时效研究。大连理工大学学报，1996．11．第36卷第6期(682)～(686)。
[16]吕伟等，冷速对CuZnAlMnNi记忆合金Ms点的影响。山东工业大学学报，2000．6．第30卷第3期(250)～(253)。
[17]熊克等，镍钛形状记忆合金丝的性能测试分析。南京航空航天大学学报，1999．8．第31卷第4期(464)～(468)。
[18]吴波等，热处理对形状记忆合金超弹性滞回性能的影响。振动工程学报，2000．9．第13卷第3期(449)～(454)。
[19]邢壮季等，形状记忆合金在飞机除冰器上的应用。航空制造工程，1996．3．(28)～(30)。
[20]徐祖耀，材料的相变研究及其应用。热处理，2002．第17卷第1期(1)～(13)。
[21]沈阿妮等，热处理工艺对CuZnAl形状记忆合金相变点的影响。四川大学学报，2000．3．第34卷第2期(48)～(50)。
[22]韩立军等，TiNi形状记忆合金精密脉冲电阻对焊接头相变温度变化规律的研究。功能材料，2002．第33卷第1期(41)～(43)。
[23]李宁等，影响FeMnSiCrNi形状记忆合金相变点的因素。功能材料，2002．第33卷第1期(44)～(48)。
[24]孙平等，新型自复式过电流保护器件。真空科学与技术，2000．1．第20卷第1期(72)～(74)。
[25]刘丽华等，形变对铜基形状记忆合金相变滞后宽度的影响。合肥工业大学学报，2002．4．第25卷第2期(295)～(297)。
[26]杨凯等，形状记忆合金电机的研究与应用。微特电机，2001第6期(16)～(19)。
[27]姚兴田 等，形状记忆合金在智能结构材料中的应用。南通工学院学报，2001．3．第17卷第1期(16)～(19)。
[28]谢春生等，硼对CuAlBe形状记忆合金组织和性能的影响．机械工程材料，2001．12．第25卷第12期(23)～(25)。
[29]姚绍宁、周汉义，应用微机测定形状记忆合金的相变点。计量技术，2002第4期(19)～(22)。
[30]刘新军等，用DSC法研究Cu-Zn-Al合金马氏体的稳定化问题。山西大学学报，第25卷第1期(30)～(33)。
[31]任雅琳等，Fe-27Mn-6Si-5Cr形状记忆合金丝材退火对显微组织与相变点的影响。上海交通大学学报，1998．2．第32卷第2期(88)～(90)。
[32]李树堂，金属X衍射与电子显微分析技术。北京：冶金工业出版社，1982：(48)～(69)。
[33]张一民，铜基合金马氏体相变温度确定方法探讨。材料开发与应用，1994．12．(16)～(19)。
[34]刘新军等，用DSC法研究Cu-Zn-Al合金马氏体的稳定化问题。山西大学学报(自然科学版)，25(1)：(30)～(33)，2002。
[35]声发射技术的基本知识和应用概述。沈阳金属研究所，1976。
[36]声发射技术的进展和动向。沈阳金属研究所，1978。
[37]徐京娟等，金属物理性能分析。上海：上海科学技术出版社，1988：(46)～(48)。
[38]左演声 等，材料现代分析方法。北京工业大学出版社 2000．
(290)～(295)。
[39] 单片微型计算机与接口技术。电子工业出版社 2001．9。
[40] MSP430xlxx Family User's Guide, Texas Instruments, 2000．
[41] 陈鹏，MSP430系列芯片简要介绍。电子技术应用，1998．第7期(57)～(58)。
[42] The MSP430 Hardware Multiplier Function and Applications. Texas Instruments, 1999.
[43] MSP430 Internet Connectivity. Texas Instruments, 2001.11.
[44] UCC38C42 30-W Synchronous Buck Converter Reference Design (PR112B). 2003.2.
[45] Interface Selection Guide. 2003.1.
[46] Features of the MSP430 Bootstrap Loader. Texas Instruments, 2001.
[47] Application of Bootstrap Loader in MSP430 With Flash Hardware and Software Proposal. Texas Instruments, 2001.7.
[48] The MSP430x1xx Basic Clock System. Texas Instruments, 2000.
[49] 魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例。北京航空航天大学出版社，2002。
[50] 胡大可，MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机。北京航空航天大学出版社，2001。
[51] 何立民，MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术。北京航空航天出版社，1990。
[52] 杨振江、蔡德芳，新型集成电路使用指南与典型应用。西安电子科技大学出版社，1998。
[53] Amplifier Selection Guide. 2003.1.
[54] INA128 INA129 Precision, Low Power Instrumentation Amplifiers. Texas Instruments, 2000.
[55] Economic Voltage Measurement With the MSP430 Family. Texas Instruments, 1999.
[56] MSP430 Flash Self-Programming Technique. Texas Instruments, 2000 11.
[57] MSP430 Application Report Book (SLAA024). Texas Instruments, 2000.7.
[58] Mixing C and Assembler With the MSP430. 2002.3.
[59] MSP430 C Compiler Programming Guide, Texas Instruments, 2000.
[60] 化工百科全书。化学工业出版社，1998．9．第18卷(951)～(958)。
[61] 稀有金属手册·下册。北京：冶金工业出版社，1995．12．(720)～
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