基于MSP430的電阻測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于msp430的電阻測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要在儀器儀表應(yīng)用領(lǐng)域中，電阻測量是一個(gè)比較普遍的要求。本系統(tǒng)將介紹采用msp430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電阻測量系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)原理，以msp430單片機(jī)芯片作為核心，用點(diǎn)陣式液晶顯示芯片lcd1602完成液晶顯示功能，增加了顯示的美觀性與直觀性；有電流源電路、放大器電路、跟隨器電路組成的恒流源作為電源為msp430單片機(jī)提供穩(wěn)定的電流；在模擬信號(hào)采集和輸出模塊中運(yùn)用ti公司生產(chǎn)的pga204可編程增益儀表放大器，使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了高精度、微功耗以及微小型封裝的完美組合，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行前置濾波放大，減小無用信號(hào)的干擾，提高了穩(wěn)定性。本系統(tǒng)大

2、部分功能通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，lcd顯示功能，提供了友好的人機(jī)交互界面，能適合各種工作場合。關(guān)鍵詞：msp430單片機(jī)，1602芯片，pga204芯片，電阻測量，恒流源the design of resistance measurement systembased on msp430abstractthe instruments used in the field of resistance and the measurement is a more popular demand. this system will introduce the msp430 monolithic integrat

3、ed circuits for resistance measurement system.this design revivification theory to msp430 monolithic integrated circuits, with a chip as a core four-three-three formation lcd display chip lcd1602 through liquid crystal display the functions, and visualization and display of current ； a circuit or ci

4、rcuit, an amplifier with the constant flow of electrical power source as for the supply of the current monolithic integrated circuits msp430，the signal collecting and output of a module of the use of programmatic pga204 gain appearance of an amplifier, the product of high precision, a small package

5、tdp and perfect combination of a signal, which filtering, less interference from no signal, and improves stability.the system of functional programming by software to implement and lcd display provides functionality and friendly man-machine interaction and interface to the workplace.key words: msp43

6、0 monolithic integrated circuits，1602 chip，pga204 chip，measurement of resistance，constant current source0目錄前言1第1章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案21.1 設(shè)計(jì)概要21.1.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)21.1.2 系統(tǒng)的主要組成21.1.3 系統(tǒng)的總體電路框圖2第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42.1 單片機(jī)系統(tǒng)42.1.1 msp430結(jié)構(gòu)概述42.2.2 msp430f14x系列單片機(jī)的介紹52.1.2 msp430f14x系列的a/d轉(zhuǎn)換62.1.3 msp430單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路72.2 恒流源部分92

7、.2.1 電流源92.2.2 放大器92.2.3 跟隨器112.3 lcd顯示部分112.3.1 1602芯片簡介112.3.2 顯示電路132.4 時(shí)鐘電路142.4.1 s-3530a芯片的特性142.5電源電路16第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)183.1 初始化程序設(shè)計(jì)183.1.1 端口初始化183.1.2 a/d初始化193.1.3 定時(shí)器a的初始化203.2 a/d采集程序213.3 顯示模塊流程圖223.4 測試程序24結(jié)論29謝 辭30參考文獻(xiàn)31附 錄33外文資料翻譯37 前言在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，我們經(jīng)常會(huì)遇到需要進(jìn)行電阻測量的場合，傳統(tǒng)的方法是伏安法，這種方法需同時(shí)測電壓和電流，

8、所以系統(tǒng)誤差較大。眾所周知，在科學(xué)技術(shù)與社會(huì)生產(chǎn)高度發(fā)達(dá)的今天，智能測試儀器與儀器儀表系統(tǒng)發(fā)展迅速，被測對(duì)象的跨度既廣泛又具有多樣性。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使儀器儀表的發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，傳統(tǒng)的檢測設(shè)備被智能化儀器所取代。智能化儀表的兩個(gè)主要的發(fā)展方向是大型自動(dòng)測試系統(tǒng)和便攜式低功耗智能儀表，電阻測量問題也就成為電路設(shè)計(jì)所需考慮的重要因素之一。在本文中，我將提出一種基于msp430的通用型電阻測量儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的電阻測量，應(yīng)用恒流源測電阻具有測量電路簡單、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。與普通的電阻測量方法相比較：該測量儀表的測試電流小并加有多種保護(hù)電路，具有很高的安全性能。主要用于軍

9、工、國防、民用爆破等行業(yè)的點(diǎn)火工品的低電阻的測量。 近年來隨著以計(jì)算機(jī)為軸心的各種各樣信息處理裝置的誕生，為適應(yīng)這種新形勢，信息家電，網(wǎng)絡(luò)終端，廣播-通信等用途的lcd市場也將迅速擴(kuò)大，而且如今lcd發(fā)展方向不僅在于大屏幕，而且在中小屏幕方面，例如汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，攝像機(jī)，數(shù)字式照相機(jī)，便攜式電視，娛樂/游戲機(jī)，攝影機(jī)等有著進(jìn)一步的發(fā)展。由此可見lcd的應(yīng)用之廣泛，所以在電子產(chǎn)品作為主力軍的21世紀(jì)里用單片機(jī)控制液晶顯示器的電阻測量具有廣闊的發(fā)展前景。 第1章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)概要通常，電阻測量在準(zhǔn)確度、分辨率、測量范圍上有很大不同，且三者很難同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。為了克服傳統(tǒng)電阻測量的缺點(diǎn)

10、，本設(shè)計(jì)提出了一種優(yōu)化方法的電阻測量電路。有恒流源部分為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電流，該部分包括電流源電路、放大器電路和跟隨器電路；lcd顯示電路、數(shù)字時(shí)鐘電路和單片機(jī)電路。1.1.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)1. 單片機(jī)的電阻測量，應(yīng)用恒流源提供的穩(wěn)定電流（電流已知）測電阻具有測量電路簡單、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。2. 通過msp430單片機(jī)的a/d轉(zhuǎn)換通道使模擬量數(shù)字化，測量電阻上的電壓1。3. 有l(wèi)cd液晶顯示部分可直接讀出電阻上的阻值，因此可得電阻值。1.1.2 系統(tǒng)的主要組成本系統(tǒng)主要包括電流源電路、放大器電路、跟隨器電路、單片機(jī)電路、lcd液晶顯示電路以及時(shí)鐘電路。1.1.3 系統(tǒng)的總體電路框圖該系統(tǒng)的硬件

11、電路由電流源電路、放大器電路、跟隨器電路、單片機(jī)電路、顯示電路和時(shí)鐘電路組成。圖1-1為系統(tǒng)的原理框圖。由圖1-1可以看出整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。時(shí)鐘電路記錄系統(tǒng)時(shí)間，顯示電路用來顯示正常測量時(shí)的電阻實(shí)時(shí)值。電源電路是任何一個(gè)測量電路所不可缺少的重要環(huán)節(jié)，電源主要為整個(gè)電路提供可靠的電源，另外考慮到工作的需要有復(fù)位功能，因此也為系統(tǒng)提供了復(fù)位信號(hào)，可以使系統(tǒng)再遇到故障時(shí)進(jìn)行復(fù)位2。msp430f149單片機(jī)電源電路時(shí)鐘電路電流源放大器跟隨器增益顯示電路控制 a/d地 r圖 1-1 系統(tǒng)原理框圖 第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)系統(tǒng)2.1.1 msp430結(jié)構(gòu)概述msp430系列單片機(jī)是

12、一個(gè)特別強(qiáng)的超低功耗性能的單片機(jī)品種。它適合應(yīng)用在各種要求極低功耗的場合，具有一定的技術(shù)特點(diǎn)。在這個(gè)系列中有多個(gè)型號(hào)，它們由一些基本功能模塊按不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成。其中flash型芯片又可分為幾個(gè)分支，如11x，11x1，13x，14x等。它們都具有開發(fā)設(shè)備簡便、可現(xiàn)場編程等特點(diǎn)。msp430系列采用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，即用一個(gè)公共的空間對(duì)全部功能模塊尋址，同時(shí)用精簡的指令對(duì)全部功能模塊進(jìn)行操作。msp430的cpu運(yùn)行正交的精簡指令集，由16位alu(arithmetic and logic unit)、指令控制邏輯和16個(gè)寄存器組成。寄存器中有4個(gè)具有特殊用途，即程序計(jì)數(shù)器ro/pc(re

13、gister o/program counter)、堆棧指針ri/sp(stack pointer)、狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器r2/sr/cg 1(special register/constant generator 1)：r3/cg2。除了cgi和cg2,所有寄存器都可作為通用寄存器，用所有指令操作。常數(shù)發(fā)生器只用于指令執(zhí)行時(shí)提供常數(shù)，但不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)3。對(duì)cg1： cg2訪問時(shí)的尋址模式可以區(qū)分所獲得的常數(shù)數(shù)值。pc(program counter)：sp和sr配合精簡指令所實(shí)現(xiàn)的控制，可以使應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的尋址模式和軟件算法。對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問時(shí)，對(duì)于程序代碼總是以字形式取得

14、，而對(duì)于數(shù)據(jù)可以用字或字節(jié)指令進(jìn)行訪問。每次訪問均需要16位數(shù)據(jù)總線(mdb；即：memory data bus)和訪問當(dāng)前存儲(chǔ)器模塊所需的地址總線(mab，即：memory address bus)。存儲(chǔ)模塊由內(nèi)部模塊允許信號(hào)自動(dòng)選中，這樣可以減少總的電流消耗。對(duì)于msp430f系列，程序存儲(chǔ)器是flash的。在程序設(shè)計(jì)中，可以將數(shù)據(jù)安排在程序存儲(chǔ)器中，它們可以用字或字節(jié)指令方式訪問，因此可以實(shí)現(xiàn)查表處理等應(yīng)用。64 kb空間頂部的16 位(0ffff-offeo)保留用作復(fù)位及中斷的向量地址。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)與程序存儲(chǔ)器相同，經(jīng)地址總線(mab)和數(shù)據(jù)總線(mdb)與cpu相連。ram

15、內(nèi)的數(shù)據(jù)可以以字或字節(jié)寬度訪問。由于ram與程序存儲(chǔ)器是經(jīng)過相同的地址總線和數(shù)據(jù)總線與cpu相連，因此程序代碼可以裝入ram，也可以在ram內(nèi)運(yùn)行。這給程序的調(diào)試提供了很大的方便。所有指令都有字節(jié)操作或字操作形式。但是，對(duì)堆棧和pc的操作是按字寬度進(jìn)行的，尋址時(shí)必須對(duì)準(zhǔn)偶地址4。2.2.2 msp430f14x系列單片機(jī)的介紹該系列單片機(jī)主要有msp430f147、msp430f1471、msp430f148、msp430f1481、msp430f149和msp430f1491等幾種型號(hào)。該系列單片機(jī)主要有以下特點(diǎn)。具有很低的供電電壓。單片機(jī)的供電電壓最低可以低到1.8v，單片機(jī)的供電電壓范圍

16、是：1.83.6v。超低功耗。這是目前其他單片機(jī)沒有的特色。它在休眠的條件下工作的電流只有0.8ua，就是在2.2v、1mhz條件下工作電流只有280ua。快速的喚醒時(shí)間。從休眠方式喚醒只需要6us?？焖俚闹噶顖?zhí)行時(shí)間。它采用的是16位的risc結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需要150ns,是傳統(tǒng)單片機(jī)不能比擬的。片內(nèi)有12位的a/d轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供參考電壓。a/d轉(zhuǎn)換器具有采樣保持和自動(dòng)掃描特點(diǎn)。16位的定時(shí)器帶有7個(gè)捕獲/比較寄存器。片內(nèi)提供溫度傳感器。具有靈活的時(shí)鐘設(shè)置。主要有以下幾種方式：32khz的晶體方式、高頻率晶體方式、諧振器方式和外部時(shí)鐘源方式。這樣可以根據(jù)功耗要求和速度要求進(jìn)行靈活的時(shí)

17、鐘設(shè)置。16位的定時(shí)器帶有3個(gè)捕獲/比較寄存器。片內(nèi)提供模擬信號(hào)比較器。串口通信模塊：usart0、usart1。兩個(gè)串口都可以通過軟件選擇設(shè)置成uart方式或者spi方式，由于該系列單片機(jī)提供了兩個(gè)串口，因此能為用戶進(jìn)行多機(jī)通信設(shè)計(jì)提供方便。片內(nèi)提供較多的存儲(chǔ)器，msp430f147提供的片內(nèi)flash為32kb，msp430f149提供的片內(nèi)flash為60kb，同時(shí)片內(nèi)還提供較多的ram以便進(jìn)行運(yùn)算處理。提供p1.0p6.0共6個(gè)數(shù)據(jù)端口，能為用戶提供更多的處理功能。在提供的外圍數(shù)據(jù)端口中，有兩個(gè)端口，能為用戶提供更多的處理功能5。在提供的外圍數(shù)據(jù)端口中，有兩個(gè)端口具有中斷功能，這樣能豐

18、富硬件系統(tǒng)的中斷資源，也為實(shí)現(xiàn)多任務(wù)系統(tǒng)提供方便。代碼保護(hù)功能。單片機(jī)的安全熔絲能對(duì)程序的代碼進(jìn)行保護(hù)，從而可以對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行保護(hù)。具有jtag仿真調(diào)試接口，這樣非常便于軟件的調(diào)試。為了對(duì)msp430f14x系列有比較清楚的認(rèn)識(shí)，在此特意介紹一下該系列單片機(jī)的各個(gè)管腳。圖2-1為該系列單片機(jī)的管腳圖。圖2-1 msp430f149單片機(jī)的管腳圖2.1.2 msp430f14x系列的a/d轉(zhuǎn)換在msp430f1xx系列單片機(jī)中，有的型號(hào)的單片機(jī)（比如msp430f13x和msp430f14x）有adc模塊，在該系列單片機(jī)里，adc模塊為12位的adc模塊，叫做adc12。adc12模塊支持快速的

19、12位a/d轉(zhuǎn)換。adc12模塊應(yīng)用了12位的sar核、采樣選擇控制、參與產(chǎn)生和16位的轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)。轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)可以支持多達(dá)16個(gè)adc采樣轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)。adc12模塊主要有以下特點(diǎn)6。 采樣速度快。 在采樣周期可以編程的情況下，采樣保持的時(shí)間可以由軟件或者定時(shí)器控制。 轉(zhuǎn)換開始可以由軟件、定時(shí)器a和定時(shí)器b實(shí)現(xiàn)。 片內(nèi)參考電壓的產(chǎn)生可以由軟件編程選擇，也可以由軟件選擇內(nèi)部參考還是外部參考。 每個(gè)信道可以單獨(dú)選擇正極性或者負(fù)極性的參考源。 可以選擇的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源。 具有單通道單次轉(zhuǎn)換、單通道多次轉(zhuǎn)換、序列通道單次轉(zhuǎn)換和序列通道多次轉(zhuǎn)換4種轉(zhuǎn)換模式。 adc轉(zhuǎn)換核和參考電壓能夠單獨(dú)關(guān)斷以節(jié)省功耗

20、。 具有中斷失量寄存器，這樣可以快速解碼adc的各個(gè)不同中斷。 16位的轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)寄存器。2.1.3 msp430單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路單片機(jī)電路作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，將處理的結(jié)果采用某種方式表示出來，比如顯示或者報(bào)警7。圖2-2為單片機(jī)電路。圖2-2 msp430f149的接口電路通過圖2-2可以看出，單片機(jī)的接口電路非常簡單，分別采用單片機(jī)的一般i/o口實(shí)現(xiàn)與其他電路的接口，在單片機(jī)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)上與其他單片機(jī)有一定區(qū)別，msp430f149單片機(jī)采用兩個(gè)時(shí)鐘輸入，一個(gè)32khz的時(shí)鐘信號(hào)，一個(gè)8mhz的時(shí)鐘信號(hào)。該系統(tǒng)的時(shí)鐘部分都是采用晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)的?？紤]到電源的輸入紋波對(duì)單片機(jī)的影響，

21、在電源的管腳增加了一個(gè)0.1uf的電容來實(shí)現(xiàn)，以減少輸入端受到的干擾8。另外單片機(jī)還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題。在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源輸入端增加一個(gè)濾波電容以減少干擾。2.2 恒流源部分本系統(tǒng)由恒流源提供穩(wěn)定的電流，而恒流源有電流源電路、放大器電路和跟隨器電路組成。2.2.1 電流源電流源電路采用美國的burr-brown公司的ref200來實(shí)現(xiàn)。該芯片內(nèi)含有兩個(gè)100ma的恒流源和一個(gè)鏡像電流源。該芯片的精度非常高，提供的電流精度為（100±0.5)ma，并且低溫度系數(shù)為±25ppm/0c。該芯片的使用非常簡單，只要在

22、7管腳或8管腳加上2.5v40v之間的任何一個(gè)電壓，就可以在1管腳或2管腳上分別輸出100ma電流9。如圖2-3具體的電路圖。圖2-3 電流源電路由圖2-3可以看出，該電路非常簡單。由于該芯片能提供兩個(gè)100ma的電流和一個(gè)鏡像電流，因此適當(dāng)修改電路還可以實(shí)現(xiàn)200ma電流的輸出。在本系統(tǒng)中，只使用了一個(gè)100ma的電流源。2.2.2 放大器在本系統(tǒng)中，由于電流源提供的電流為100ma，因此需要進(jìn)行放大處理?？紤]通過單片機(jī)控制放大器的增益，因此使用數(shù)字放大器。本系統(tǒng)中的數(shù)字放大器采用的是ti公司的pga204芯片。pga204芯片1、10、100和1000的可選增益，其輸入偏置電壓最大為50m

23、v，輸入偏置電流最大為2na，具有很高的共模抑制比（115db，g=1000時(shí)），適合作為測試儀精密的電壓放大電路。如圖2-4示為具體的放大電路。圖2-4 放大電路圖由2-4可以看出，電流源提供在電阻r501上的壓降為2mv，經(jīng)過pga204適當(dāng)放大后在v0管腳輸出放大后的電壓。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要將反饋管腳fb與輸出管腳v0連接在一起。pga204芯片的a0管腳和a1管腳控制pga204的增益。該兩個(gè)管腳與單片機(jī)的一般i/o管腳進(jìn)行連接，通過單片機(jī)來選擇pga204的增益10。表2-1為a0、a1管腳上輸入電平與增益的關(guān)系。 表2-1 pga204的增益選擇a1的邏輯電平a0的邏輯電平增益00

24、1011010100111000由表2-1可以看出，通過在a0管腳和a1管腳上輸入相應(yīng)的高電平或者低電平就可以獲得相應(yīng)的增益，使用起來非常方便。2.2.3 跟隨器為了獲得穩(wěn)定的恒流源，在放大器電路后增加跟隨器電路。恒流源跟隨器電路選用ti公司生產(chǎn)的具有極低偏置電流(1pa)的精密運(yùn)算放大器opa602來實(shí)現(xiàn)11。如圖2-5所示為具體的跟隨器電路圖。圖2-5 跟隨器電路圖 在圖2-5中ref和fb分別是放大電路的參考輸入和輸出。由電流源電路、放大器電路和跟隨器電路組成了本系統(tǒng)的恒流源電路6。本恒流源電路提供gma（g為放大電路的增益）的恒定電流12。當(dāng)g為1時(shí)，本系統(tǒng)測量的最大電阻為3k（選用模

25、擬avcc為3v）。本系統(tǒng)的單片機(jī)電路很簡單，只需要將待測電阻的一端與單片機(jī)的1路a/d轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行連接，通過2個(gè)一般i/o管腳（p1.0和p1.1）與pga204的a0和a1進(jìn)行連接。2.3 lcd顯示部分2.3.1 1602芯片簡介1602芯片：各個(gè)引腳的定義如表2-2所示。表2-2 lcd的引腳定義引腳號(hào)引腳名電平輸入輸出作用1vss電源地2vcc電源（+5v）3vee對(duì)比調(diào)整電壓4rs0/1輸入0=輸入指令1=輸入數(shù)據(jù)5r/w0/1輸入0=向lcd寫入指令或數(shù)據(jù)1=從lcd讀取信息6e1,10輸入使能信號(hào)，1 時(shí)讀取信息，10（下降沿）執(zhí)行指令7db00/1輸入輸出數(shù)據(jù)總線line0（

26、最低位）8db10/1輸入輸出數(shù)據(jù)總線line09db20/1輸入輸出數(shù)據(jù)總線line110db30/1輸入輸出數(shù)據(jù)總線line211db40/1輸入輸出數(shù)據(jù)總線line312db50/1輸入輸出數(shù)據(jù)總線line413db60/1輸入輸出數(shù)據(jù)總線line514db70/1輸入輸出數(shù)據(jù)總線line6(最高位)15a+vcclcd背光電源正極16k接地lcd背光電源負(fù)極1602芯片主要用于顯示時(shí)間和定時(shí)時(shí)間。由點(diǎn)陣字符液晶顯示器件和專用的行、列驅(qū)動(dòng)器、控制及必要的鏈接件、結(jié)構(gòu)件組裝而成，可以顯示數(shù)字和西文字符，但不能顯示圖形，已經(jīng)可以滿足本次設(shè)計(jì)的需要。1602型lcd顯示模塊具有體積小，功耗低，

27、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。1602型lcd可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線d0d7和rs，r/w，en三個(gè)控制端口，工作電壓為5v，msp430f149有豐富的端口，共48個(gè)i/0數(shù)據(jù)口，本設(shè)計(jì)單片機(jī)通過p2和p5的部分口與顯示器進(jìn)行連接，其中p2.0p2.7與顯示器db0db7連接，做數(shù)據(jù)i/o口。p5.0，p5.1，p5.2連接顯示器的e, r/w, rs來控制1602并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。筆段式lcd顯示器：類似于led數(shù)碼管顯示器。每個(gè)顯示器的段電極包括a, b, c, d, e, f, g七個(gè)筆劃（段）和一個(gè)背電極bp（或com）?？梢燥@示數(shù)字和簡單的字符。點(diǎn)陣式lcd顯

28、示器：段電極與背電極呈正交帶狀分布，液晶位于正交的帶狀電極間。點(diǎn)陣式lcd的控制一般采用行掃描方式。2.3.2 顯示電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二級(jí)管led液晶顯示器和液晶lcd顯示。液晶顯示器簡稱是利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線傳輸方向的特性，達(dá)到顯示字符或者圖形的目的。其特點(diǎn)是體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中有著日益廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用lcd1602作為顯示器lcd顯示電路用于本系統(tǒng)的顯示實(shí)現(xiàn)，由于msp430fw14x單片機(jī)本身帶有l(wèi)cd控制器，因此lcd實(shí)現(xiàn)非常簡單，只需要lcd模塊就可以實(shí)現(xiàn)。lcd1602共有16個(gè)引腳，vss為接地電

29、源，vcc、vee接+5v電源，rs為寄存器選擇，高電平時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)，選擇指令寄存器。r/w為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)，進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)，進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時(shí)，可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平、rw為高電平時(shí)，可以讀忙信號(hào)，當(dāng)rs為高電平、rw為低電平，可以寫入數(shù)據(jù)。e為使能端，a和k用于帶背光模塊，不帶背光的模塊，這兩個(gè)管腳懸空不接。db0db7為8位雙向數(shù)據(jù)線12。如圖2-6所示為lcd電路圖。 圖2-6 lcd液晶顯示電路2.4 時(shí)鐘電路s-3530a是一種支持i2c總線的cmos實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它按照cpu傳送來的數(shù)據(jù)設(shè)置時(shí)鐘和日歷。該芯片通過兩

30、線式與cpu連接，并有兩個(gè)中斷/報(bào)警系統(tǒng)，這樣可減少cpu的軟件工作。當(dāng)振蕩電路工作于恒定電壓時(shí)，該芯片功耗很小。芯片封裝形式有8腳dip與8腳ssop等封裝形式。時(shí)鐘電路主要由s-3530a芯片來實(shí)現(xiàn)。2.4.1 s-3530a芯片的特性s-3530a主要具有以下特性:· 低功耗：典型值0.7a。· 寬工作電壓：1.7v5.5v。· 年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的bcd碼輸入輸出。· i2c總線接口。· 自動(dòng)日歷到2009(包括閏年自動(dòng)換算功能）。· 內(nèi)置電源電壓檢測電路。· 內(nèi)置穩(wěn)壓電路。· 內(nèi)置上電/掉電檢測

31、電路。· 內(nèi)置報(bào)警中斷（雙系統(tǒng)）。· 可設(shè)固定中斷頻率/事件。· 內(nèi)置32khz石英晶體振蕩電路（內(nèi)部cd外部cg）。· 8個(gè)管腳dip和8個(gè)管腳ssop的封裝13。為了便于進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)，下面給出芯片的管腳圖，如圖2-7所示。圖2-7 s-3530a管腳圖 由圖2-7所示可以看出，該芯片只有8個(gè)管腳，這樣使用起來方便，只需要簡單的外圍電路即可，下面對(duì)具體的管腳進(jìn)行介紹。l int1 ：報(bào)警中斷1輸出腳，根據(jù)中斷寄存器與狀態(tài)寄存器來設(shè)置其工作的模式。l xin:晶體連接腳（32768hz).l xout:晶體輸出管腳。l gnd:電源接地。l int

32、2:報(bào)警中斷2輸出腳，根據(jù)中斷寄存器與狀態(tài)寄存器來設(shè)置其工作模式，當(dāng)定時(shí)到達(dá)時(shí)，輸出低電平或時(shí)鐘信號(hào)。它可通過重寫狀態(tài)寄存器來禁止。l scl:串行時(shí)鐘輸出腳，由于在scl上升/下降沿處理信號(hào)，要特別注意scl信號(hào)的上升/下降的升降時(shí)間，應(yīng)嚴(yán)格遵守說明書。l sda:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，此管腳通常用1個(gè)電阻上拉至vcc，并與其它漏極開路或集電器開路輸出的器件通過“線或”方式連接。vcc:電源管腳。2.4.2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路主要由s-3530a芯片來實(shí)現(xiàn)。s-3530a通過i2c與單片機(jī)進(jìn)行接口14。如圖2-8所示為具體的時(shí)鐘電路圖。圖2-8 時(shí)鐘電路由圖2-8可以看出該電路的設(shè)計(jì)很簡單。由

33、32khz晶體、20pf電容和10pf電容構(gòu)成時(shí)鐘電路的振蕩部分，這里電容的值必須嚴(yán)格一致才能保證時(shí)間的精度。因此xin管腳必須接20pf的電容來代替，晶體振蕩器采用32768hz的晶體。2.5電源電路該硬件系統(tǒng)的電源部分采用ti公司的tps76033芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片是一個(gè)降壓芯片，由于整個(gè)系統(tǒng)采用3.3v供電，考慮到硬件系統(tǒng)對(duì)電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點(diǎn)，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的低功耗等特點(diǎn)，因此該芯片能很好滿足該硬件系統(tǒng)的要求。電源電路具體如圖2-9所示。為了使使輸出電源的波紋小，在輸出部分用了一個(gè)2.2uf和0.1uf的電容，另外在芯片的輸入端放置一個(gè)0.1uf的濾波電容，減小輸入端

34、受到的干擾。在使用時(shí)應(yīng)該盡可能地選擇最低的電源電壓。對(duì)于msp430而言，可用的最低電壓是很低的，最低可達(dá)1.8v。我們使用ti公司推薦使用的3v。通常的電源只提供5v電壓，因此，需要將5v電壓由一個(gè)3v的穩(wěn)壓管降壓后給cpu供電，也可以直接鋰電池供電。3v不是標(biāo)準(zhǔn)的ttl電平，因此，在使用時(shí)需要用接口電路使cpu的非ttl標(biāo)準(zhǔn)電平能與ttl標(biāo)準(zhǔn)電平的器件連接。這些接口電路應(yīng)該也是低功耗的，否則會(huì)造成一方面使用低電壓降低了功耗，另一個(gè)方面使用額外的接口電路又增加了系統(tǒng)的功耗?；蛘咧苯邮褂弥С?v電壓的外圍芯片。圖2-9 電源電路16洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 初始化

35、程序設(shè)計(jì)初始化程序主要初始化端口，并設(shè)置a/d轉(zhuǎn)換相應(yīng)的寄存器。下面為具體的程序。3.1.1 端口初始化 void init_port(void) /將p1、p2、p3、p4、p5、p6口的管腳設(shè)置為一般i/o端口 p2sel=0; p2sel=0; p3sel=0; p4sel=0； p5sel=0； p6sel=0； /設(shè)置管腳為輸入管腳 p1dir=0; p2dir=0; p3dir=0; p4dir=0; p5dir=0;p6dir=0;/設(shè)置p1.0、p1.1和p1.3為輸出管腳p1dir |=bit0;p1dir |=bit1;p1dir |=bit3;/將中斷寄存器清零p1ie=

36、0; p1ies=0;p1ifg=0;/管腳start使能中斷p1ie |=bit2;/對(duì)應(yīng)的管腳由高到底電平跳變，并使相應(yīng)的標(biāo)志置位p1ies=bit2; return; 上面的程序是對(duì)所有的端口都進(jìn)行初始化，并設(shè)置p1.0和p1.1為輸出管腳，用來與pga204的a0管腳和a1管腳進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)增益的選擇。p1.3用來控制lcd的顯示，p1.2用來進(jìn)行按鍵的處理，如果按下按鍵，則開始測量處理。3.1.2 a/d初始化a/d初始化程序主要設(shè)置a/d的相應(yīng)參數(shù)。a/d轉(zhuǎn)換有單通道單次轉(zhuǎn)換、序列通道單次轉(zhuǎn)換、序列通道多次轉(zhuǎn)換等幾種方式12。本系統(tǒng)采用的是單通道單次轉(zhuǎn)換方式。下面為具體的a/d初始

37、化程序。 void init_adc(void) /設(shè)置p6.0為模擬輸入通道 p6sel=0x01; /設(shè)置enc為0，從而修改adc12寄存器的值 adc12ctl0 &= (enc)； /轉(zhuǎn)化的起始地址為：a/dcmem0 adc12ctl1 |=cstarta dd_0; /設(shè)置參考電壓分別為avss和avcc，輸入通道為a0 adc12mctl0 = inch_0; adc12ctl0 |=adc12on; adc12ctl0 |=msc; /轉(zhuǎn)換模式為：單通道、單次轉(zhuǎn)換 adc12ctl1 |=conseo_0; /時(shí)鐘源為smclk adc12ctl1 |adc12sse

38、l_1; /時(shí)鐘分頻為1 adc12ctl1 |adc12div_0; /采樣脈沖由所采用的定時(shí)器產(chǎn)生 adc12ctl1 |= (shp); /使能adc轉(zhuǎn)換 adc12ctl0 |=enc; return; 3.1.3 定時(shí)器a的初始化在本系統(tǒng)中，采用定時(shí)器a來控制a/d轉(zhuǎn)換的控制，因此需要對(duì)定時(shí)器a進(jìn)行初始化設(shè)置，下面為具體的程序。void init_timera(void) tactl = tassel1 + taclr; /選擇smclk，清除tar tactl += id1; /1/8 smclk tactl += id0; /ccr0 中斷允許 cctl0 = ccie; /時(shí)間

39、間隔為250hz ccr0 = 4000; /增計(jì)數(shù)模式 tactl |= mc0; return; 3.2 a/d采集程序 a/d采集程序由定時(shí)器a來控制，即通過定時(shí)器a來確定a/d轉(zhuǎn)換的頻率。通過前面介紹的關(guān)于定時(shí)器a的初始化程序可知：定時(shí)器工作模式為增計(jì)數(shù)模式，當(dāng)條件滿足時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，在中斷程序里就可以讀出a/d轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。下面為定時(shí)器a的中斷服務(wù)程序。 #if_ver_<200 interrupt timera0_vector void timera_isr(void) #else #pragma vector=timera0_vector _interrupt voi

40、d timera_isr(void) #endif int i; if(nstart =1) /關(guān)閉轉(zhuǎn)換 adc12ctl0 &= enc; /讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果 adc_bufnadc_count=adc12mem0; nadc_count +=1; if(nadc_count=32) /設(shè)置標(biāo)志 nadc_flag=1; nadc_count=0; /將數(shù)據(jù)倒向數(shù)據(jù)緩沖區(qū) for(i=0;i<32;i+) adc_buf_tempi=adc_bufi; /開啟轉(zhuǎn)換adc12ctl0 |=enc+adc12sc; 在上面的程序中，首先檢測“nstart”是否為“1”，如果為“1”則開

41、始測量，在進(jìn)行測量時(shí)，首先停止a/d轉(zhuǎn)換，然后讀出轉(zhuǎn)化結(jié)果，最后再開啟a/d轉(zhuǎn)換。在上面的程序中，通過全局變量和全局緩沖區(qū)與其他程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 3.3 顯示模塊流程圖單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱led（light emitting diode）；液晶顯示器lcd（liquid crystal display）；近幾年也有配置crt顯示器的。液晶顯示器簡稱是利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線傳輸方向的特性，達(dá)到顯示字符或者圖形的目的液晶顯示器顯示功能強(qiáng)大，可現(xiàn)實(shí)各種字體的數(shù)字、圖象，還可以自定義顯示內(nèi)容，增加了顯示的美觀性與直觀性。最重要的是提供了友好的人機(jī)界面。其特

42、點(diǎn)是體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中有著日益廣泛的應(yīng)用。顯示模塊流程如圖3-1所示：初始化清屏取字節(jié)地址檢測忙閑取字符送顯示yn開始取下一個(gè)字符圖3-1 顯示模塊流程圖223.4 測試程序在本系統(tǒng)中，a/d采集的參考電源選擇的是avcc，其電壓為3v,由于a/d采樣是12位，因此每1位對(duì)應(yīng)的電壓為0.73mv。由于pga204的增益是以10倍為基礎(chǔ)的，因此在測量的時(shí)候，首先將增益設(shè)置為1，當(dāng)測量得到的值小于407（對(duì)應(yīng)的電壓為0.3v）時(shí)，增大增益，繼續(xù)測量，直到在增益合適的情況下得到測試結(jié)果。如圖3-2所示為測試程序的流程示意圖。開始 測量開始no yes 得

43、到測量結(jié)果 增益合適no yeslcd顯示，結(jié)束 下一次 圖3-2 測試程序流程圖23根據(jù)圖3-2所示的流程圖，下面給出具體的測試程序。 int nstart; int nadc_count; int nadc_flag; int adc_buf_temp32; int adc_buf32; void main(void) int i; int pbuf32; int sum; int ntemp; float fval; /關(guān)閉看門狗 wdtctl = wdtpw + wdthold; /關(guān)閉中斷 _dint(); /變量初始化 nadc_count=0; nadc_flag=0; nsta

44、rt=0; fval=0; /時(shí)鐘初始化 init_clk(); /端口初始化 init_port(); /定時(shí)器a初始化 init_timera(); /循環(huán)處理 for(;) /采集完成 if(nadc_flag=1) /清除標(biāo)志 nadc_flag=0; /取出數(shù)據(jù) for(i=0;i<32;i+) pbufi=adc_buf_tempi; /取平均值，sum為測量的值 sum=0; for(i=o;i<32;i+) sum +=pbufi; sum>>=5; /判斷增益是否合適，407對(duì)應(yīng)0.3v if(sum<407) ntemp=getgain();

45、ntemp*=10; setgain(ntemp); else /測量結(jié)束 nstart=0; sum*=3; fval=(float)(sum)/4096; fval*=1000; ntemp=getgain(); /電阻值 fval/=ntemp; /lcd顯示 p1out |=bit3; 在上面的程序中，使用了“setgain”和“getgain”函數(shù)，其程序分別如下。 void setgain(unsigned int nvalue) /增益為1if(nvalue = 1) p1out = 0x00; /增益為10if(nvalue = 10) p1out = 0x00; p1out

46、|= bit0; /增益為100 if(nvalue =100) p1out =0x00; p1out |= bit1; /增益為1000 if(nvalue 1000) p1out = 0x00; p1out |= bit0; p1out |= bit1; gain = nvalue; int getgain(void) return gain; 在上面的兩個(gè)函數(shù)中，“gain”為全局變量。在“setgain()”函數(shù)中，主要給pga204的a0和a1管腳上輸出相應(yīng)的高電平或者低電平，從而獲得相應(yīng)的增益。28結(jié)論 本文正是基于高精度電阻測量這種設(shè)計(jì)方向，以單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)制作一個(gè)符合指

47、標(biāo)要求的電阻測量系統(tǒng)。在很多實(shí)際應(yīng)用中，只要對(duì)電阻測量系統(tǒng)的程序和硬件電路加以一定的修改，便可以得到很實(shí)用的電阻測量系統(tǒng)，從而應(yīng)用到實(shí)際工作與生產(chǎn)中去。本設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的電阻測量系統(tǒng)充分利用了單片機(jī)的軟、硬件資源，本著簡單實(shí)用的設(shè)計(jì)原則，不僅努力做到結(jié)構(gòu)簡單使之易于成本控制，而且在人機(jī)交互方面也力求界面更加友好。在此文所敘的設(shè)計(jì)思想下制成的電阻測量系統(tǒng)盡管由于專業(yè)知識(shí)和環(huán)境設(shè)備等條件限制等因素沒有100%達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求，但在通過努力修改后已實(shí)現(xiàn)了一些基本功能，且具備一定的可靠性和實(shí)用性。在用protel畫硬件電路時(shí)，要求合理布局，使電路圖看起來簡明美觀。本次使用單片機(jī)設(shè)計(jì)其實(shí)是一個(gè)軟硬件

48、結(jié)合的設(shè)計(jì)。但設(shè)計(jì)的思想是能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能盡量用軟件實(shí)現(xiàn)，則便于修改，也利于以后擴(kuò)展功能。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文謝 辭 參考文獻(xiàn)1秦龍.msp430單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)典型實(shí)例m北京：中國電力出版社，2005：76-782秦龍msp430常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例講解m北京：電子工業(yè)出版，2008：102-1033楊素行模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第二版）m北京：高等教育出版社，1997：111-1124余孟嘗數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程m北京：高等教育出版社，2006：87-885白雪冰，宋文龍電阻測量方法的研究自動(dòng)化儀表，2006：66-686顧曉鳴，陜?nèi)A平，肖登明智能數(shù)字式絕緣電阻測量儀的研制電工技術(shù)，20

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