畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于MSP430單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì).doc

2013屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目: 基于MSP430單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱： 電氣工程學(xué)院 班 級(jí)： 電氣F0902 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 200948720411 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 高級(jí)工程師 2013年 5 月 9 日目次1 概述11.1 數(shù)字電壓表的背景及研究意義11.2 本次設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容22 方案論證22.1 設(shè)計(jì)方案的提出22.2 設(shè)計(jì)方案的比較22.3 設(shè)計(jì)方案的選擇33 方案實(shí)現(xiàn)33.1 模塊介紹33.1.1 MSP430F149單片機(jī)33.1.2 ADC1253.1.3 1602液晶63.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.2.1電源電路的設(shè)計(jì)73.2.2單片機(jī)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)83.2.3 單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)93.2.4 ADC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)103.2.5 超出量程報(bào)警指示電路設(shè)計(jì)103.2.6 顯示電路設(shè)計(jì)103.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)113.3.1軟件的整體設(shè)計(jì)113.3.2程序流程圖113.3.3 開發(fā)工具和語言介紹133.4 仿真驗(yàn)證133.4.1 proteus 簡(jiǎn)介133.4.2 proteus 仿真圖133.4.3 結(jié)果對(duì)比144 功能擴(kuò)展144.1 擴(kuò)展內(nèi)容144.2擴(kuò)展電路原理圖154.3 工作原理154.4 功能演示16結(jié)論18致謝19參考文獻(xiàn)20附錄A:系統(tǒng)原理圖21附錄B:實(shí)物照片22附錄C:程序代碼251 概述1.1 數(shù)字電壓表的背景及研究意義數(shù)字電壓表簡(jiǎn)稱DVM，它通過一定的手段，如數(shù)字化測(cè)量，把那些連續(xù)的模擬量，如直流電壓，轉(zhuǎn)換成離散的、不連續(xù)的數(shù)字量，并且對(duì)數(shù)字量進(jìn)行加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的那些電壓表大都是指針式的，其功能少，測(cè)量精度低，讀數(shù)困難（相對(duì)于數(shù)字電壓表），并且讀數(shù)誤差大，不能滿足現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展的需求了?，F(xiàn)在的數(shù)字電壓表，采用單片機(jī)為控制系統(tǒng)，具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)量精度高，儀表工作時(shí)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，集成起來比較方便，另外它的擴(kuò)展也很靈活，還可以與上位機(jī)（如PC）之間進(jìn)行實(shí)時(shí)的通信。目前，由單片機(jī)配合著模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的各種數(shù)字電壓表，已在工業(yè)自動(dòng)化儀表和電工測(cè)量等測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，由于現(xiàn)代的數(shù)字電壓表具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，從而衍生出很多其它的數(shù)字儀器儀表。新型的數(shù)字儀表發(fā)展方向主要有以下四個(gè)： (1) 要廣泛采用先進(jìn)的技術(shù)，不斷研發(fā)出新的產(chǎn)品。 (2) 要向模塊化發(fā)展，新一代的數(shù)字儀表正在向標(biāo)準(zhǔn)的模塊化方向發(fā)展，在不久的將來，許多產(chǎn)品可能將由標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的模塊所組成，這樣就會(huì)給電路的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試和維修帶來很大的便利。 (3) 多重顯示儀表，為從根本上解決數(shù)字儀表不易觀察連續(xù)的變化量的問題，“數(shù)字/模擬條圖”雙顯示的儀表已占據(jù)國(guó)際的主流，它同時(shí)具有數(shù)字儀表的高精確度，模擬式儀表易于觀察被檢測(cè)量的變化過程和變化趨勢(shì)的兩大好處。 (4)儀表的制作工藝要簡(jiǎn)單化。國(guó)外對(duì)數(shù)字電壓表有比較深入的研究，它們利用新型技術(shù)把數(shù)字電壓表推向了低功耗，高精度，智能化的道路，同時(shí)DSP的出現(xiàn)，加強(qiáng)了儀器儀表對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理能力，這也加速了數(shù)字電壓表的發(fā)展。我國(guó)的儀器儀表行業(yè)總體發(fā)展良好，但是目前儀器儀表的產(chǎn)品檔次偏低，我國(guó)用的高檔產(chǎn)品大多依靠進(jìn)口，和那些發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，為盡快改變我國(guó)儀器儀表的發(fā)展?fàn)顩r，國(guó)家要多投入人力對(duì)這方面的研究，多多學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)要多辦些中外合資的企業(yè)，多多學(xué)習(xí)國(guó)外的技術(shù)工藝，這樣才能縮小和別的國(guó)家的差距。1.2 本次設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容傳統(tǒng)的電壓表大多是由量程較小的電流表和一定阻值的電阻串接而成，其指針的偏轉(zhuǎn)是由內(nèi)部的電流所決定的，這種電壓表制造起來也比較麻煩，同時(shí)其精度也不高，讀數(shù)誤差大。本設(shè)計(jì)則采用MSP430單片機(jī)設(shè)計(jì)出來的一款低功耗，高精度的數(shù)字電壓表，從一定程度上解決了傳統(tǒng)電壓表帶來的劣勢(shì)。本次設(shè)計(jì)采用TI生產(chǎn)的MSP430單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用其內(nèi)部集成的12位的ADC。把ADC采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的處理，其結(jié)果顯示在1602液晶上，從而實(shí)現(xiàn)了電壓測(cè)量的功能。本設(shè)計(jì)電壓的測(cè)量范圍為03.3V的直流電壓，測(cè)量精度能達(dá)到0.01V，當(dāng)測(cè)量值大于3.3V時(shí)， 1602液晶還會(huì)有超出量程提示信息。2 方案論證基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的方法有很多，數(shù)字電壓表的核心大致可以分為3個(gè)模塊，分別是主控制器，A/D轉(zhuǎn)換器和顯示器，然而根據(jù)這三部分的不同，就可以有不同的設(shè)計(jì)法。2.1 設(shè)計(jì)方案的提出 第一種方案，控制器可選用傳統(tǒng)的89C51單片機(jī)，AD轉(zhuǎn)換器選用ADC0809,組成數(shù)字電壓表的核心部分。 第二種方案，控制器選用MSP430單片機(jī)，AD轉(zhuǎn)換器選用MSP430內(nèi)部的ADC，組成數(shù)字電壓表的核心部分。2.2 設(shè)計(jì)方案的比較第一種方案選用的控制器是比較熟悉的51單片機(jī)，各方面都很成熟，操作起來也很簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但是其體積比較大，功耗高，且處理速度也一般。AD轉(zhuǎn)換器選用ADC0809,ADC0809操作起來很方便，但是它是一個(gè)8位的A/D轉(zhuǎn)換器，這就決定了它的轉(zhuǎn)換精度不會(huì)太高。 第二種方案選用的控制器是TI的MSP430單片機(jī)，這款單片機(jī)超低功耗，且處理速度也相當(dāng)快，體積也較小，但是它也有缺點(diǎn)，就是操作起來比較復(fù)雜（相對(duì)于51單片機(jī)），價(jià)格也較高。AD轉(zhuǎn)換器選用MSP430內(nèi)部自帶的12位的ADC，其轉(zhuǎn)換精度較高，轉(zhuǎn)換速度快，但是它操作起來較麻煩（相對(duì)于ADC0809）。2.3 設(shè)計(jì)方案的選擇以上兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方案做起來簡(jiǎn)單，但是做出來的電壓表體積較大，且功耗較高，精度較低。雖然第二種方案做出來相對(duì)麻煩點(diǎn)，但是它做出來的電壓表不但體積小，而且功率比較低，另外測(cè)量精度也相當(dāng)高。因此我選擇了第二種方案，用MSP430單片機(jī)加上內(nèi)部的ADC作為數(shù)字電壓表的核心部分。3 方案實(shí)現(xiàn)方案實(shí)現(xiàn)主要分為四個(gè)部分，分別是模塊介紹，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和仿真，最后再出實(shí)物，并且仿真和實(shí)物還要進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。圖 3-1 系統(tǒng)總體框圖3.1 模塊介紹3.1.1 MSP430F149單片機(jī) MSP430 系列單片機(jī)是TI（德州儀器）在1996年推向市場(chǎng)的一種16位的單片機(jī)，其功耗比較低，且是精簡(jiǎn)指令集（RISC）5。MSP430單片機(jī)使用的是“馮諾依曼”結(jié)構(gòu)，這種體系的特點(diǎn)是，程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)在同一地址空間，使用的是同一組地址數(shù)據(jù)總線。(1) MSP430F149單片機(jī)引腳圖 圖3-2 MSP430F149引腳圖(2) MSP430F149單片機(jī)的特點(diǎn) 處理能力強(qiáng)MSP430單片機(jī)是一款采用了RISC的16位單片機(jī)，它具有較多的尋址方式,許多模擬指令以及 27 條內(nèi)核指令；大量寄存器和單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以進(jìn)行多種運(yùn)算和操作。它的這些特點(diǎn)保證了程序執(zhí)行的高效性。 超低功耗MSP430 單片機(jī)之所以有超低功耗的功能，是因?yàn)樗档土穗娫措妷汉挽`活的控制時(shí)鐘運(yùn)行。第一，MSP430單片機(jī)使用1.8-3.6V 的電壓的作為電源電壓。當(dāng)單片機(jī)工作在1MHz 的時(shí)鐘下，芯片的工作電流最低為165A左右，RAM 工作在保持模式下的最低電流只有0.1A。 第二，它的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)的也很獨(dú)特。在 MSP430 單片機(jī)中有兩種不同的時(shí)鐘體系，分別是基本時(shí)鐘系統(tǒng)和內(nèi)部振蕩器（DCO）時(shí)鐘系統(tǒng)。可以使用一個(gè)或兩個(gè)晶體振蕩器。系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生 CPU 和各功能模塊所需要的時(shí)鐘，這些時(shí)鐘可以根據(jù)用戶的需要，通過軟件可以控制打開或關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)對(duì)功耗的控制。 片內(nèi)資源豐富MSP430 單片機(jī)片內(nèi)外設(shè)很豐富，主要有看門狗、定時(shí)器A0、定時(shí)器A1、定時(shí)器B0、模擬比較器A、串口（UART）、串行外設(shè)接口（SPI）、I2C、LCD驅(qū)動(dòng)器、10位/12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、I/O端口、 DMA、USB控制器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）等。 方便高效的開發(fā)環(huán)境MSP430 單片機(jī)有三種類型的器件,分別是FLASH型，ROM型和OTP型，它們的開發(fā)方法也有區(qū)別，對(duì)于 ROM 型和 OPT 型的器件是通過仿真器燒寫或者掩膜芯片，而 FLASH 型器件的開發(fā)調(diào)試環(huán)境則十分便利，因?yàn)槠鋬?nèi)部有 JTAG 調(diào)試接口，而且還有可進(jìn)行電擦寫功能的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用把程序先下載到 FLASH 中，再利用軟件控制程序運(yùn)行，通過 JTAG 接口獲得片內(nèi)信息供開發(fā)者調(diào)試，這種方式十分方便，只需一個(gè) JTAG 調(diào)試器和一臺(tái) PC 機(jī)就可以進(jìn)行開發(fā)了。 (3) MSP430F149單片機(jī)的應(yīng)用MSP430單片機(jī)有很多的優(yōu)點(diǎn)，如超低功耗，強(qiáng)大的處理能力，運(yùn)算速度快，豐富的片內(nèi)資源，系統(tǒng)工作穩(wěn)定和方便高效的開發(fā)環(huán)境等，也正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，才使得其得到廣泛的應(yīng)用，如用于電量計(jì)量，用于水表，熱表，氣表以及用于人體醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)等。 這些廣泛的應(yīng)用正是由于它具有以上的很多優(yōu)點(diǎn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的是MSP430F149單片機(jī)，它屬于MSP430x1x系列單片機(jī)，這是較早的產(chǎn)品，這款單片機(jī)體積小，性價(jià)比高，使用靈活，由于產(chǎn)品生產(chǎn)比較的早，各方面的技術(shù)很成熟，這也便于查閱相關(guān)的資料。本次設(shè)計(jì)是做一個(gè)量程為03.3V的數(shù)字電壓表，其核心就是AD轉(zhuǎn)換，我選用了MSP430單片機(jī)內(nèi)部的12位ADC，其精度比較高，并且也很穩(wěn)定，通過模擬輸入端采集外界的電壓信號(hào)，然后把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，本次設(shè)計(jì)為了其精確性，連續(xù)采集了32次，然后對(duì)其求平均值，然后把測(cè)量值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓值。MSP430f149單片機(jī)還要驅(qū)動(dòng)一塊1602液晶，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果顯示在液晶上，用戶也很清楚的看到測(cè)得的電壓值。3.1.2 ADC12 MSP430F149內(nèi)部的ADC12模塊支持快速的12-bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換。該模塊有一個(gè)12位的SAR內(nèi)核，采樣選擇控制，基準(zhǔn)發(fā)生器和一個(gè)16字的轉(zhuǎn)換與控制緩沖器。轉(zhuǎn)換與控制緩沖器允許多達(dá)16路獨(dú)立的ADC采樣并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，無需任何CPU干預(yù)。 ADC12轉(zhuǎn)換值計(jì)算方法 轉(zhuǎn)換值N=4095*（Vin VR-）/(VR+ - VR-)，其中Vin為模擬輸入電壓，VR+為正的參考電壓，VR-為負(fù)的參考電壓。 3.1.3 1602液晶1602液晶是一種專門用來顯示字母、符號(hào)、數(shù)字等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它能夠同時(shí)顯示16X2即32個(gè)字符（16列2行）。它是由若干個(gè)5X11或5X7的點(diǎn)陣字符位組成的。 (1) 1602液晶引腳圖圖3-3 1602液晶引腳圖表3-1 1602液晶引腳說明(2) 1602液晶控制表表3-2 顯示模式設(shè)置表3-3 顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置表3-4 數(shù)據(jù)指針設(shè)置表3-5 其它設(shè)置3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.2.1 電源電路的設(shè)計(jì)電源是整個(gè)系統(tǒng)工作的原動(dòng)力，在整個(gè)系統(tǒng)中是相當(dāng)重要的，本次設(shè)計(jì)中用到兩種電壓值，5V和3.3V，3.3V電壓是由5V電壓通過LM1117-3.3V穩(wěn)壓塊轉(zhuǎn)換和電容濾波而來的，系統(tǒng)中用到絕大部分的電源為3.3V,因?yàn)镸SP430單片機(jī)要保證低功耗，5V電壓用在一些模塊上，如本次設(shè)計(jì)要用到的1602液晶，它的正常工作電壓就要5V。5V電壓有兩個(gè)來源，一個(gè)是通過USB供電，因?yàn)閁SB提供的電壓正好是5V，還有一個(gè)就是直接外接5V電源。圖3-4電源電路3.2.2單片機(jī)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是單片機(jī)最小系統(tǒng)的一部分，它相當(dāng)于人的心臟，為單片機(jī)正常工作產(chǎn)生所需的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)內(nèi)部是一系列的復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證單片機(jī)正常的工作，要在時(shí)鐘信號(hào)控制下，產(chǎn)生嚴(yán)格的時(shí)序。因此，時(shí)鐘電路顯得尤為重要。時(shí)鐘電路主要由振體振蕩器和電容組成的，如下圖的兩個(gè)時(shí)鐘電路。時(shí)鐘1的頻率為32.768KHZ,可以用于輔助系統(tǒng)時(shí)鐘（ACLK），主系統(tǒng)時(shí)鐘（MCLK）和子系統(tǒng)時(shí)鐘（SMCLK），時(shí)鐘2為外部高速振蕩器，它的頻率相對(duì)較高，頻率為8MHZ，它可分通過分頻作為MCLK和SMCLK的時(shí)鐘源。 圖3-5 時(shí)鐘1 圖3-6 時(shí)鐘23.2.3 單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路的主要功能是在上電時(shí)對(duì)單片機(jī)的進(jìn)行一些初始化，如寄存器等，還有當(dāng)程序運(yùn)行失控時(shí)或者使系統(tǒng)處于死鎖，可以通過手動(dòng)復(fù)位，可以使使單片機(jī)重新啟動(dòng)。復(fù)位有3種方式，分別是：上電復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位和外部脈沖復(fù)位。本次設(shè)計(jì)用到的MSP430F149采用的是低電平復(fù)位，當(dāng)上電瞬間，電容兩端的電壓不能突變，所有RST也就相當(dāng)于和地相連，這叫上電復(fù)位。當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)，可通過手動(dòng)按下S1，使RST與地相連，完成復(fù)位，這叫做手動(dòng)復(fù)位。圖3-7 復(fù)位電路3.2.4 ADC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) ADC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路是本次設(shè)計(jì)中最核心的東西，然而也是最簡(jiǎn)單的一塊，因?yàn)樗稍趩纹瑱C(jī)的內(nèi)部，硬件電路就不用我們自己去設(shè)計(jì)了，我們只用把模擬量從模擬輸入端輸入進(jìn)去，然后編寫程序控制它，就可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能了。3.2.5 超出量程報(bào)警指示電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)電壓表的量程為0-3.3V，當(dāng)被測(cè)電壓超過3.3V時(shí)，1602液晶上就會(huì)給出錯(cuò)誤的提示信息，用戶就知道被測(cè)電壓超過量程了。3.2.6 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路有很多種，如我們可以通過數(shù)碼管和液晶，數(shù)碼管操作簡(jiǎn)單，很容易編程控制，但是它顯示的內(nèi)容有限，因此本次設(shè)計(jì)中選擇了1602液晶，它能顯示16X2（2行16列）個(gè)字符，由單片機(jī)的P6.3、P6.4和P6.5分別控制RS、RW和E這3個(gè)控制端，P2口作為數(shù)據(jù)的傳輸端口，與液晶的D0-D7口相連。圖3-8 液晶電路3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.3.1軟件的整體設(shè)計(jì) 首先，初始化MSP430單片機(jī)，先進(jìn)行1602液晶和ADC的初始化，當(dāng)沒有進(jìn)行測(cè)量時(shí)，1602液晶顯示為0.00V。當(dāng)要進(jìn)行測(cè)量電壓時(shí)，啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，連續(xù)采集32次值后，把這些值都保存在數(shù)組中，在第32次采集結(jié)束時(shí)，求這32次的平均值，再把測(cè)量的平均值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，調(diào)用1602液晶的寫數(shù)據(jù)函數(shù)，把電壓寫在1602液晶上。另外我還加入了超過量程指示功能，當(dāng)電壓值超過量程時(shí)，液晶上會(huì)有提示信息。3.3.2程序流程圖當(dāng)P6.0（A0）端口有電壓信號(hào)輸入時(shí)，單片機(jī)開始進(jìn)行系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)初始化主要包括兩個(gè)部分，分別是ADC的初始化和1602液晶的初始化，然后就開始啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，判斷是否采集32次，采集32次的原因是為了防止偶然性，提高轉(zhuǎn)換的精確性，如果是32次，求這32次的平均值，否則重新開始采集。當(dāng)求得32次的平均值后，再利用ADC的轉(zhuǎn)換公式，把其轉(zhuǎn)換成電壓，如果電壓小于3.3V，在1602液晶上顯示電壓值，否則顯示錯(cuò)誤信息。圖3-9 程序流程圖3.3.3 開發(fā)工具和語言介紹本次設(shè)計(jì)使用的開發(fā)工具是IAR Embedded Workbench，它對(duì)C/C+語言高度優(yōu)化，同時(shí)也是一個(gè)強(qiáng)大的編輯器和一個(gè)項(xiàng)目工程管理器，更重要的是它的仿真調(diào)試方面很強(qiáng)大。這款開發(fā)工具適用于許多8位、16位和32位的MCU，本次用到的MSP430單片機(jī)屬于16位的單片機(jī)，因此也適用。MSP430單片機(jī)開發(fā)語言有兩種，分別匯編語言和C語言，傳統(tǒng)的匯編語言開發(fā)出來的代碼，運(yùn)行效率高，但是開發(fā)難度相對(duì)較大，并且代碼很難移植。盡管C語言沒有匯編的效率高，但是現(xiàn)在很多編譯器都對(duì)C語言進(jìn)行優(yōu)化，而且單片機(jī)的鐘頻率也很高，效率方面已經(jīng)不是問題了，另外C語言開發(fā)相當(dāng)簡(jiǎn)單，而且很容易移植。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了C語言。3.4 仿真驗(yàn)證3.4.1 proteus 簡(jiǎn)介 proteus12這款軟件是英國(guó)Labcenter electroics公司出版的，它是世界上著名的仿真軟件，從原理圖的繪制，代碼的調(diào)試到單片機(jī)的仿真，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)，它可以仿真的處理器很多，如我們常用的80C51,proteus還可以與keil實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào)，也就是可以單步調(diào)試，為開發(fā)帶來了極大的方便，本次設(shè)計(jì)用的MSP430單片機(jī)也可以仿真，還有ARM這種高端的處理器也能進(jìn)行仿真。在編譯器方面它也支持很多種，如keil,IAR,MPLAB等。3.4.2 proteus 仿真圖圖3-10 proteus 仿真圖3.4.3 結(jié)果對(duì)比 仿真驗(yàn)證還是比較重的一部分，因?yàn)橹白龅亩际抢碚撋系?。由于元件?kù)里面沒有MSP430F149，所以我選擇了MSP430F249，通過查看數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解到這兩款單片機(jī)的功能基本一樣，完全可以用MSP430F249代替MSP430F149。 P6.0口為模擬輸入端，在一個(gè)電位器上取不同的電壓，通過AD轉(zhuǎn)換把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，顯示在1602液晶上，仿真結(jié)果和直流電壓表的結(jié)果基本一樣，這也就達(dá)到目的了。 另外，還要注意的是使用AD轉(zhuǎn)換時(shí)，當(dāng)一次數(shù)據(jù)采集完成后，CPU會(huì)通知用戶，有兩種方式，分別是硬件中斷和查詢狀態(tài)標(biāo)志位，我們都知道中斷大大提高了CPU的利用率，所以我們首選ADC中斷，但是問題來了，proteus無法識(shí)別硬件中斷，也就是仿真時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，因此我選擇了查詢法。4 功能擴(kuò)展4.1 擴(kuò)展內(nèi)容 前面我已經(jīng)完成了對(duì)直流電壓的測(cè)量，而且測(cè)量值也比較精確了，然后我就想在此基礎(chǔ)上對(duì)交流電壓進(jìn)行測(cè)量，通過查找資料，我找到一款芯片(LTC1966),它能把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成其對(duì)應(yīng)的有效值，再經(jīng)過運(yùn)放（LM324）等元件進(jìn)行濾波和阻抗變換，然后就可以把電壓送入我們做的直流數(shù)字電壓表進(jìn)行測(cè)量了，其有效值就在數(shù)字電壓表上顯示出來了。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流信號(hào)有效值的測(cè)量。4.2擴(kuò)展電路原理圖圖 4-1 交流轉(zhuǎn)換為有效值電路4.3 工作原理 LTC1996能實(shí)現(xiàn)把真實(shí)的RMS（有效值）轉(zhuǎn)換成直流，并且它有兩個(gè)輸入端，可以接收單端信號(hào)，也可以接入差模輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換信號(hào)的頻率為50-1KHZ時(shí)比較精確,使用時(shí)候很簡(jiǎn)單只用在外接一個(gè)電容就可以實(shí)現(xiàn)我們的功能了。交流信號(hào)Vi通過IN2輸入進(jìn)來，經(jīng)過LTC1966把其轉(zhuǎn)換成真有效值，而且是一個(gè)直流，由于Vout輸入端為高阻狀態(tài)，需要進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換，另外還要對(duì)Vout的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，所以我使用了LM324（運(yùn)算放大器），解決了上述兩個(gè)問題，最后把LM324得到的電壓就是穩(wěn)定的直流了，然后把它送給單片機(jī)，就可以像測(cè)直流一樣，把交流電壓的有效值顯示在1602液晶上了。如果輸入的交流信號(hào)輻值太大，LTC1996的轉(zhuǎn)換誤差大，所以要次設(shè)計(jì)選用的輻值為200mV,頻率為500HZ的交流信號(hào)，如果需要測(cè)量大電壓，可以通過電壓互器把其變到200mV,然后再進(jìn)行測(cè)量。4.4 功能演示 圖 4-2 功能演示圖 上圖輸入的是幅值為200mV,頻率為500HZ的交流信號(hào)，它的有效值我們可以根據(jù)公式很容易的算出，為142mV左右，通過液晶上顯示的為145mV,有3mV的誤差，這部分誤差主要來源于3個(gè)部分，第一個(gè)是真有效值轉(zhuǎn)換部分的誤差，第二個(gè)部分是經(jīng)過LM324進(jìn)行濾波和阻抗變換造成的誤差，第三個(gè)部分是AD轉(zhuǎn)換部分也有微小的誤差。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，做的數(shù)字電表測(cè)直流的量程為0-3.3V，分辨率為0.01V,測(cè)得電壓在1602液晶上顯示，當(dāng)被測(cè)電壓測(cè)出量程時(shí)，在1602液晶上會(huì)有提示信息。最后又在測(cè)直流的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，讓它測(cè)交流信號(hào)，經(jīng)過LTC1966和LM324實(shí)現(xiàn)了交流信號(hào)（A=200mV,f=500HZ）有效值的測(cè)量。在制作中遇到很多困難，如當(dāng)模擬輸入端口時(shí)，懸空的端口容易受到其它信號(hào)的干擾，這時(shí)候即使沒有被測(cè)電壓，1602液晶上也有電壓顯示。為了解決這個(gè)問題，我把這個(gè)懸空的端口通過一個(gè)大電阻進(jìn)行下拉，這樣問題解決了。這個(gè)問題在用軟件仿真時(shí)，不存在的，在實(shí)物上才有的。所以理論和實(shí)際還是有差距的。還有一個(gè)問題,就是在使用proteus仿真時(shí)，我在實(shí)物上用的有ADC中斷，當(dāng)用這個(gè)程序仿真時(shí)，proteus仿真出錯(cuò)，通過查閱大量的資料，才知道proteus不能使用硬件中斷，于是改用查詢法，問題得以解決。像這種問題還有很多很多，我從中也學(xué)到很多解決問題的方法。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，自己對(duì)以前學(xué)的單片機(jī)，Altium Designer 和proteus得以加深，同時(shí)也學(xué)會(huì)查閱資料的能力。當(dāng)然本次設(shè)計(jì)也有很多不足之處，如量程不夠大等,今后自己以一定加強(qiáng)對(duì)這方面的學(xué)習(xí)，來解決這些不足之處。 致謝通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了很多東西，如解決問題的能力和自學(xué)能力，因?yàn)檫@次用的單片機(jī)以前也沒有接觸過，所以只能通過自己自學(xué)，還有就是畢業(yè)設(shè)計(jì)會(huì)遇到很多困難，這些都要自己動(dòng)手查閱資料解決。在這里首先要感謝楊勇老師對(duì)我的幫助，告訴我解決問題的方法，以及給予我很多建議，如對(duì)交流電壓有效值測(cè)量的擴(kuò)展等。同時(shí)我還要感謝同學(xué)們對(duì)于我的幫助和支持。參考文獻(xiàn)1 閻石.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社,1985.2 秦龍. 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Ocean Engineering, 2009, 36(6):521-524.附錄A:系統(tǒng)原理圖擴(kuò)展部分原理圖附錄B:實(shí)物照片附錄C:程序代碼main.c/*功能描述：對(duì)P6.0對(duì)應(yīng)的模擬通道進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換后，將32次平均值轉(zhuǎn)換成電壓 在1602液晶上顯示特別說明：如果不進(jìn)行32次平均，則會(huì)看到最低位不停的跳變。*/#include #include 1602.huchar table=0123456789;uint res32; /存放ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果unsigned long average;int v3=0;int flag1=0;int flag2=0;void adc_init();void data_transform(unsigned long data);void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; adc_init(); lcd_init(); _EINT(); lcd_display_string(,0,0); while(1) if(average=4091) flag1=1; if(1=flag2) lcd_display_string( ,1,0); flag2=0; lcd_display_string(ERROR!,1,0); else flag2=1; data_transform(average); if(1=flag1) lcd_display_string( ,1,0); flag1=0; lcd_display_string(value:,1,0); lcd_display(tablev0,1,6); lcd_display(.,1,7); lcd_display(tablev1,1,8); lcd_display(tablev2,1,9); lcd_display(V,1,10); /ADC初始化函數(shù)void adc_init() P6SEL |= 0x01; / 選擇通道0 ADC12CTL0 = ADC12ON + SHT0_15 + MSC; / 打開ADC12, 設(shè)置采樣時(shí)間 ADC12CTL1 = SHP + CONSEQ_2; / 使用采樣定時(shí)器 ADC12IE = 0x01; ADC12CTL0 |= ENC; / 使能轉(zhuǎn)換 ADC12CTL0 |= ADC12SC; / 開始轉(zhuǎn)換/把轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換成電壓，并分離出來void data_transform(unsigned long data) float val_float; int val_int; val_float=(data*3.3/4095.0)*100; val_int=(int)val_float; v0=val_int/100; v1=val_int%100/10; v2=val_int%10; /ADC12的中斷服務(wù)函數(shù)#pragma vector=ADC_VECTOR_interrupt void ADC12ISR (void) static uchar index = 0; resindex+ = ADC12MEM0; if(index = 32) uchar i; average = 0; for(i = 0; i = 5; /除以32求平均值 ind