基于msp430單片機(jī)的交流電壓測(cè)量

1、摘要描述了一種簡(jiǎn)易的交流數(shù)字電壓表的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以MSP430F44的核心，該單片機(jī)內(nèi)部集成了12位的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器帶有內(nèi)部參考源、采樣保持、自動(dòng)掃描特性，極大地簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部中斷資源豐富，電壓轉(zhuǎn)換、定時(shí)等都采用中斷觸發(fā)，減少了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，提高了軟件執(zhí)行效率。此外該單片機(jī)的液晶驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)160段，可以直接將A/D轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)顯示在LCD上。MSP430F44XC列是TI公司推出的一款超低功耗的16位單片機(jī)，其運(yùn)算速度快而且體積小。片內(nèi)集成了8路12位A/D、串行通信接口、看門(mén)狗定時(shí)器、比較器、硬件乘法器等外圍設(shè)備模塊，從而降低了應(yīng)用電路的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的可靠性。該

2、芯片可以工作于2.5V和3.3V兩種電壓下，并且可以處于休眠狀態(tài)，此時(shí)的頻率只有32768Hz,功耗非常低，環(huán)境溫度范圍為-40+125。這些優(yōu)點(diǎn)非常適合設(shè)計(jì)便攜式，且要求長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，環(huán)境溫度變化寬的智能儀器儀表設(shè)備。MSP430F44濠列單片機(jī)具有其他單片機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，用其來(lái)實(shí)現(xiàn)交流電壓的測(cè)量是一種很好的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：MSP43印片機(jī)；交流電壓測(cè)量；模數(shù)轉(zhuǎn)換；中斷觸發(fā)學(xué)習(xí)文檔 僅供參考目錄緒論31設(shè)計(jì)背景4本課題背景442交流電壓測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介4556輸出顯示電路6783系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)93.1 概述93.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)模塊93.3 調(diào)試及仿真14結(jié)論16參考文獻(xiàn)17緒論隨著時(shí)代的進(jìn)

3、步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文主要介紹了一個(gè)基于MSP43W片機(jī)的交流電壓測(cè)量系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用單片機(jī)和簡(jiǎn)單模擬電路實(shí)現(xiàn)交流電壓的測(cè)量過(guò)程，重點(diǎn)對(duì)模擬電路與單片機(jī)的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)交流電壓的測(cè)量與顯示，它使用起來(lái)相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，以MSP430單片機(jī)為主，模擬電路為輔，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，有超低功耗等特點(diǎn)。適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，有廣泛的應(yīng)用前景。本次設(shè)計(jì)的目的就是讓我們?cè)诶碚搶W(xué)

4、習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)完成一個(gè)智能儀表的設(shè)計(jì)，使我們學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，而且能夠?qū)﹄娮与娐贰㈦娮釉骷?、印制電路板等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。1 .設(shè)計(jì)背景1.1 本課題背景近年來(lái)，隨著微型電腦的發(fā)展，他的應(yīng)用在人們的工作和日常生活中越來(lái)越普遍。工業(yè)過(guò)程控制是電腦的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。其中由單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)在可以毫不夸張的說(shuō)，沒(méi)有微型電腦的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器，沒(méi)有微型電腦的控制系統(tǒng)不能稱其為現(xiàn)代控制系統(tǒng)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。本課程設(shè)計(jì)是系統(tǒng)以MSP4

5、30F44的核心，該單片機(jī)內(nèi)部集成了12位的A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換器帶有內(nèi)部參考源、采樣保持、自動(dòng)掃描特性，極大地簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部中斷資源豐富，電壓轉(zhuǎn)換、定時(shí)等都采用中斷觸發(fā)，減少了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，提高了軟件執(zhí)行效率。此外該單片機(jī)的液晶驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)160段，可以直接將A/D轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)顯示在LCD上。設(shè)計(jì)內(nèi)容1、能利用所設(shè)計(jì)的數(shù)字交流電壓表測(cè)量某一交流電壓2、能在環(huán)境溫度范圍為-40+125C的環(huán)境下正常工作4、測(cè)量溫度由LCE»晶屏直讀顯示學(xué)習(xí)文檔僅供參考2交流電壓測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1 設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)主要由以下4大模塊組成：中央處理器、電源電路、電壓極性轉(zhuǎn)換電路和顯示電路。為了保證

6、硬件電路設(shè)計(jì)的通用性，采用單級(jí)性電壓測(cè)量的方法，將輸入的雙極性電壓轉(zhuǎn)換成單級(jí)性電壓進(jìn)行測(cè)量。然后將轉(zhuǎn)換后的電壓送入單片機(jī)A/D模擬通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)在LCD液晶上顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.2 電壓極性轉(zhuǎn)換電路從圖2的電路中可以得到，首先通過(guò)變壓器將220V的交流電壓降成8V的交流電壓，再經(jīng)過(guò)極性轉(zhuǎn)換電路將雙極性的交流電壓轉(zhuǎn)換為單級(jí)性的交流電壓。電路中的R405電位器主要用于調(diào)節(jié)參考電壓，R404電位器用于調(diào)節(jié)交流輸入電壓的幅度。經(jīng)過(guò)上面電路的處理，可以將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成03V的單級(jí)性交流電壓，這樣很容易使用MSP430片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行模

7、擬量采集，從而實(shí)現(xiàn)交流電壓的測(cè)量。其中，極性轉(zhuǎn)換電路主要由放大電路實(shí)現(xiàn)，在此我采用MCP60放大芯片。圖2.2電壓極性轉(zhuǎn)換電路2.3 電源電路用電池給系統(tǒng)供電，由于MSP4308列有內(nèi)置模擬電源和模擬地，所以要進(jìn)行模擬電源和數(shù)字電源的轉(zhuǎn)換，以便給芯片供電。然后將電池電源轉(zhuǎn)換為3V左右的電源給系統(tǒng)供電。具體電路如圖3所示。C10XIIQ(;=-,；C1. 1-nF'C2GN。TEXTtnF C.T".fw5C5eh-IeFSYSTAL-卜；.wTEW，圖2.3電源電路2.4 A/D轉(zhuǎn)換、輸出顯示電路及JTAG接口電路A/D轉(zhuǎn)換用到了模擬輸入通道A0,LCD顯示用到了S0至S20

8、,使用4MUX真式。液晶所需要的模擬信號(hào)由外接的等值電阻產(chǎn)生。具體電路如圖4所示。LCD1 .八三vrr.VFEU1RS r?wE12131515H工PI.ij.TAClKAOUTPI WAOP1 2/TA1P1 E/TA)P1 4SMCI KF1 5/TAOP1.6/TA1R1.7/TA2P4.ym P4.1/TB1P4 2TO2P4 3JB3P4 4MB4P4 VTB5 P4,VTBSP47HBCLK378羽g犯IQ人PI4112<4：I3434L鏟 7匚0 DI3 門(mén)4 D5D621222324P2,0/ACLK?CA2P2.1/TAINCLK/CA3P：J/CACUT/TA0/C

9、1P% .3/CA0TA1P：印C4.IT政P5.0AJCB1S7BUCA1CLKP5 WCBISIbOLCBISDA P5,UCB1SOM/UCB1SCL P3；UC1CLHIJ?A1STE P54,'MCLKLM016L-rxT>圖 2.4 A/D、LCD JTAG電路晶振及復(fù)位電路其中，晶振電路由晶振和兩個(gè) 22pF的電容組成。ItC3 -ih22pF1F-，NT% -<text> X2r|C髀 ST” 11益FR1 :I 5J¥ LFb LPW J FWL KsyvucMTxaucf PWWUCMRKBUCf P3.erifC1TXJ/UC>；

10、 P3.7/UCAHRX>/UC；XT20UT XT2ltl RSTfNMf TCK TOI/TCLK TD 口，TW TL1SMSP43DF 2491 訂晶振及復(fù)位電路系統(tǒng)總硬件電路圖系統(tǒng)總硬件電路圖包括中央處理器MSP43葉片機(jī)、電源電路、電壓極性轉(zhuǎn)換電路和顯示電路及晶振電路。RV1 . 息0*R-J.-j- E-«mF _ T . . <te： ：7-RV2 二：.， 耳EB畋J6亡： CWS 阡工1日口 115 "上 " 1 I «L r |口水觥|.肛中日P 1.1O-iCP1STA1P13TXZ r 1 .tra制II l嗎與no

11、a1.的陽(yáng)睛萬(wàn)陽(yáng)P，5: P 1iTH1 p*2rri?P43TCP*5TTHE 兼 了rowrLkMU UKJU-，WLIU IWI tTUV.'HlUUKP2.1iTAIIfc： LKJCflS P5.KUCH ISMCUC E 怕時(shí) “M3!UT?T*BKAa，H 1»lPZ3CAnmi3S3rUC fl!力 CLWUGSlIBTE工心八1/TQ 單工與i卬鼻川 號(hào)psaiQUfFZjK>F5jEEAjCU«.二匹TABWM TkM THQQirrLWg1KTBg .ERFtk JZ3KIA 艱巨七5?,5*%F3.1iEJC HEBHEICfiDE M

12、 例口 BEKL"二UQ DED LE>7UDA1X7TE am+ucwncuc.延。 rajwAnxwusMHMi nAKAiTXjhruAianD 內(nèi)；？*口 rm 曰 Kixractrr yrziiTCK or Lk TgfTDITIEXH "J&WT 叫g(shù)? awE-S舊戶面FN鼻T: 圖2.6系統(tǒng)總框圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 概述對(duì)于交流采集，需要在1個(gè)工作周期內(nèi)采集40個(gè)點(diǎn)，即時(shí)問(wèn)間隔為500仙s,時(shí)間問(wèn)隔采用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序圖程序流程圖3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)模塊系統(tǒng)程序主要包括主程序，采樣和A/D轉(zhuǎn)換程序，顯示

13、程序等。voidinit_ADC(void)P6SEL=0X01;ADC12CTL9&=(ENC);ADC12MCTL0=INCH_0+EOS;ADC12CTL1=0X00;ADC12CTL1+=CSTARTADD_0;ADC12CTL1+=SHP;ADC12CTL1+=CONSEQ_1;ADC12CTL1+=ADC12SSEL_0;ADC12CTL1+=ADC12DIV_0;ADC12CTL0=ADC12ON+REFON+REF2_5V+SHT0_6;ADC12IE=0;ADC12IE|=ENC;return;voidinit_TimerA(void)TACTL=TASSEL1+TA

14、CLR;TACTL+=ID1;TACTL+=ID0;CCTL0=CCIE;CCR0=500;TACTL|=MC0;return;#pragmavector=TIMERA1_VECTOR_interruptvoidTimerA(void)intresults;ADC12CTL0&=ENC;result=ADC12MEM0;ADC_BUFnADC_Count=results;nADC_Count+=1;/采集40個(gè)點(diǎn)if(nADC_Count=40)nADC_Flag=1;nADC_Count=0;ADC12CTL0|=ENC+ADC12SC;/把數(shù)據(jù)編程要顯示的格式。然后寫(xiě)到lcd_Bu

15、f中去voidformat_Data()intresult;unsignedchartmp;if(nADC_Flag=1)nADC_Flag=0;for(i=0;i<40;i+)result+=ADC_BUFi;result=(int)(REFVOL*result)/4096-0.986)/0.0000355);for(tmp=0;tmp<7;tmp+)lcd_Buftmp=result%10;result=result/10;#pragmavector=ADC_VECTOR_interruptvoidADC_Interrupt(void)formal_Data();adc_Fla

16、g=1;顯示子程序constunsignedcharNUM_LCD16=0x7b,0x12,0x4f,0x1f,0x36,0x3d,0x7d,0x13,0x7f,0x3f,0x73,0x7c,0x69,0x5e,0x6f,0x65;unsignedcharlcd_BufLCD_IN_USE;voidinit_LCD(void)chartmpv;LCDCTL=LCDP2+LCD4MUX+LCDON;P5SEL=0xFC;BTCTL=BTSSEL+BT_ADLY_1000+BTFRFQ1;BTCTL|=0x10;P3DIR=0xff;P5SEL=0xfc;LCDCTL=LCDON+LCD4MUX+

17、LCDP1;for(tmpv=0;tmpv<7;tmpv+)LCDMEMtmpv=0x00;LCDMEM7=0x02;voidlcd_Display()chartmpv;for(tmpv=0;tmpv<LCD_IN_USE-1;tmpv+)LCDMEMtmpv=NUM_LCDlcd_buftmpv;/設(shè)置小數(shù)點(diǎn)voidlcd_SetRP()LCDMEM2|=0x80;/lcd初始化voidAdcvolt(void)/進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換時(shí)ADC12的初始化ADC12CTL0&=ENC;/ENC為低電平，設(shè)置AD控制寄存器ADC12CTL1=CSTARTADD_0+CONSEQ_1+

18、SHP;/單通道單次轉(zhuǎn)換，采樣頻率源自采樣定時(shí)器ADC12MCTL0=INCH_0;/選擇模擬輸入通道2ADC12IE|=BIT0;/AD轉(zhuǎn)換中斷允許ADC12CTL0|=ENC;/轉(zhuǎn)換允許ADC12CTL0|=ADC12SC;/開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換/A/D轉(zhuǎn)換中斷子程序voidADC(void)/A/D轉(zhuǎn)換中斷子程序ADresult0=ADC12MEM0;/轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器給了變量ADresult0Volttem0=(long)ADresult0*33)/4095;/計(jì)算實(shí)際電壓值A(chǔ)Dresult1=ADC12MEM1;/轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器給了變量ADresult1Volttem1=(long)ADre

19、sult1*33)/4095;/計(jì)算實(shí)際電壓值Volt0=Volttem0;Volt1=Volttem1;/TIMERA中斷子程序voidTimer_A(void)/TIMERA中斷子程序data0+;if(data0>=30)data1=1;elsedata1=0;if(data0>=60)data0=0;P3OUTA=BIT3;ADC12CTL0|=ADC12SC;/每隔一定時(shí)間進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換3.3 調(diào)試及仿真經(jīng)軟件調(diào)試-仿真器proteus調(diào)試通過(guò)，并燒錄芯片，得到所要求的設(shè)計(jì)結(jié)果。如圖3.4 試驗(yàn)成功。電路測(cè)試結(jié)果如表1所示。學(xué)習(xí)文檔 僅供參考組數(shù)交流電壓源/V單片機(jī)顯示/V誤差11.22L220.8%22.6325819%36.256.330.9%