基于MSP430G2553的电压表设计

基于MSP430G2553的电压表设计 数字式直流电压表

一、整体说明

在电子技术中，往往离不开对电压的测量，作为一种测量电压的仪器——电压表是近代电子技术领域的常用工具之一，在许多领域得到广泛应用。基于TI单片机设计的数字式直流电压表主要由MSP430G2553、LCD12864和分压电路三部分组成。分压电路先将输入的电压信号衰减一定的倍数，后通过控制双路选择开关设定测量的量程，分别有0~3V和0~15V两个档，以便实现精确读数；分压处理后的电压信号由MSP430G2553内部的ADC10模块转换成数字信号；再通过LCD12864液晶屏进行串行显示。经多次测量实验得出误差范围在2%以内。

二、原理图

基于MSP430G2553单片机设计的数字式直流电压表的电路图如图1所示。由于MSP430开发板已具备单片机最小系统结构，只需添加显示电路和分压电路。LCD12864通过串口方式显示，只需占用单片机2个I/O口；分压电路可以通过开关S1选择量程档位，只占用1个I/O口。

图1 直流电压表电路图

三、接口定义

MSP430G2553的接口说明如表1所示。图1中的复位和晶振部分是MSP430开发板固有的部分，故不再说明。P1.0接液晶屏的SID脚，作为串行的数据口用；P1.1则接液晶屏的SCLK脚，控制串行的同步时钟；P1.4接分压电路的输出端。LCD12864的接口说明如表2所示。当PSB脚接低电平时，串口模式被选择。在该模式下，只用2根线（SID与SCLK）来完成数据传输。RS接高电平，不使用片选功能。注意：信号源与单片机之间要共地。

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基于MSP430G2553的电压表设计 表1 MSP430G2553的接口说明

引脚号 2 3 6 引脚名 P1.0 P1.1 P1.4 接口说明 接12864的5脚（R/W） 接12864的6脚（E） 接分压电路的输出端 备注

表2 LCD12864的接口说明

引脚号 1 2 4 5 6 15 19 20 引脚名 VSS VDD RS(CS) R/W(SID) E(CLK) PSB LED_A LED_K 接口说明 电源地 电源正端 电源正端 P1.0 P1.1 电源地 电源正端 电源地 备注 四、程序流程图

（一）主函数

主函数的流程框图如图1所示。主函数主要是调用系统初始化函数和循环开启ADC转换，这是由于ADC10采用单通道单次转换模式，

系统初始化 开始 每次采样后需要重新开启ADC，才会进行下一次信号采样转换。另外，开启ADC转换 信号的采样与处理以及电压值的显示都是通过中断来完成。 （二）系统初始化函数

系统初始化的流程框图如图2所示。该函数对看门狗的工作模式、所需的I/O口以及ADC10和12864进行定义或初始化配置。 （三）ADC初始化函数

ADC初始化的流程框图如图3所示。该函数的任务是对转换控制寄存器ADC10CTL0和ADC10CTL1的初始化配置。其中，ADC10CTL0 需要配置的是ADC10的开关、采样周期、参考电压、ADC10中断使能；而ADC10CTL1则只需要对外部采样通道和ADC的工作模式进行选择。 （四）液晶屏初始化

液晶屏初始化的流程框图如图4所示。该函数需要写指令控制：清屏指令、功能设定为基本指令集操作、地址归0、开显示且关闭光标及其反白显示。

图1 主函数流程图

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基于MSP430G2553的电压表设计 系统初始化开始 设看门狗为定时器模式 使能看门狗中断 设P1.0~P1.1口为输出 设P1.4作A4通道 选择电压量程 ADC初始化 液晶屏初始化 结束 图2 系统初始化流程图

ADC初始化开始 ADC10CTL0&=~ENC ADC10CTL0|=ADC10ON ADC10CTL0|=SREF_0 ADC10CTL0|=ADC10IE ADC10CTL1|=INCH_4+CONSEQ_0 _EINT( ) 结束 图3 ADC初始化流程图

液晶屏初始化开始 写指令0x01 写指令0x30 写指令0x02 写指令0x0c 结束 图4 液晶屏初始化流程

（五）中断函数

中断函数用到了ADC中断函数和看门狗中断函数。ADC中断函数的流程框图如图5所示，每4个ADC10CLKS周期会产生一次中断，ADC10会将采集到的电压值自动保存在转换存储寄存器ADC10MEM中，直接读取该寄存器就可以取出数据，再通过固定的转换公式转换成测得的电压值。看门狗中断函数的流程框图如图6所示，每隔1s会产生一次中断，更新液晶屏显示的电压值。

ADC中断开始 读取采样数据 处理数据 结束 图5 ADC中断流程图

看门狗中断开始 LCD显示 结束 图6 看门狗中断流程图

五、程序代码

/******************************************************************/ /* 程序说明：直流电压表（串行LCD显示） */ /* P1.0控制RW，并行的读/写选择信号，串行的数据口 */ /* P1.1控制E，并行的使能信号，串行的同步时钟 */

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基于MSP430G2553的电压表设计 /* P1.4接被测电压信号源,信号源与单片机要共地 */ /* PSB低电平是串行,直接接地；RS接高电平 */ /* 注：程序运行前先选择量程Voltage_Range，并将P1.4口接上对应通 */ /* 道，若选Range_3V接①道，若选Range_15V接②道，否则烧坏芯片 */ /******************************************************************/ #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define BIT(x) (1<<(x))

#define Range_3V 0 //量程为0~3V #define Range_15V 1 //量程为0~15V

/********************************************************* 函数声明

*********************************************************/ void System_Init(void); void ADC_Init(void); void LCD_Init();

void LCD_Send(uchar type,uchar transdata); void Delay_nms(uint n);

void LCD_Pos(uchar x,uchar y);

void LCD_Display_String(const uchar *pt,uchar num); void LCD_Display(long int Data);

void LCD_Display_Digit(long int num);

uchar LCD_Table[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','.','V'}; long int Voltage; //全局变量Voltage uint Voltage_Range;

/********************************************************* 函数功能：系统初始化 入口参数：无 出口参数：无 函数说明：无

*********************************************************/ void System_Init(void) {

WDTCTL = WDT_ADLY_1000; //看门狗工作在定时器模式，1s中断一次 IE1 |= WDTIE; //使能看门狗中断

P1DIR |= BIT0 + BIT1; //相应的位端口设置为输出 P1SEL |= BIT4; //P1.4为A4通道

Voltage_Range = Range_15V; //Range_3V即量程为3V，Range_15V即量程为15V ADC_Init(); //ADC初始化; LCD_Init(); //液晶初始化 }

/********************************************************* 函数功能：ADC初始化 入口参数：无 出口参数：无

4

基于MSP430G2553的电压表设计 函数说明：无

*********************************************************/ void ADC_Init (void) {

ADC10CTL0 &= ~ENC; //复位转换允许位

ADC10CTL0 |= ADC10ON + ADC10SHT_0 + SREF_0 + ADC10IE ;

//设置转换控制寄存器ADC10CTL0，ADC10ON=0x010，使ADC10内核工作 //ADC10SHT_0=0*0x800u，确定采样周期为4xADC10CLKs //SREF_0=0*0x2000u,选择参考电压为VR+=AVCC,VR-=AVSS //ADC10IE=0x00使对应通道转换后产生中断

ADC10CTL1 |= INCH_4 + CONSEQ_0;

//设置AD转换控制寄存器ADC10CTL1,INCH_0=0*0x1000u,选择通道A4 //CONSEQ_1=1*2u,设置工作模式为单通道、单次转换模式 ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;

//设置转换控制寄存器ADC12CTL0，ENC=0x002使转换允许位为1 //ADC12SC=0x001使采样/转换控制位为1 _EINT(); //总中断使能 }

/***************************ADC中断函数****************************/ #pragma vector = ADC10_VECTOR

__interrupt void ADC10_Interrupt(void) {

uint data;

data = ADC10MEM; //将AD采样值存入data

if(Voltage_Range == Range_3V) //V(实际)=(VR+ - VR-)*data/1023 + VR- Voltage = (uint)(35.4*data/10.23); //Voltage是实际电压值的1000倍 else

Voltage = (uint)(35.4*data/10.23*5.38); }

/***************************WDT中断函数****************************/ #pragma vector = WDT_VECTOR __interrupt void watchdog_timer(void) {

LCD_Display(Voltage); //显示电压值 }

/********************************************************* 函数名称：LCD初始化函数 入口参数：无 出口参数：无 函数说明：无

*********************************************************/ void LCD_Init() {

Delay_nms(5);

LCD_Send(0,0x01); //清屏指令

5

基于MSP430G2553的电压表设计 Delay_nms(5); //延时等待液晶完成复位

LCD_Send(0,0x30); //功能设定：基本指令集操作 Delay_nms(5);

LCD_Send(0,0x02); //地址归0 Delay_nms(5);

LCD_Send(0,0x0c); //开显示,且关闭光标及其反白显示 Delay_nms(5); }

/********************************************************* 函数功能：写指令或数据 入口参数：type,transdata 出口参数：无 函数说明：无

*********************************************************/ void LCD_Send(uchar type,uchar transdata) {

uchar firstbyte = 0xf8; uchar temp,i,j; if(type)

firstbyte |= 0x02; P1OUT &= ~BIT1; for(j=3;j>0;j--) {

switch(j) {

case 3:temp=firstbyte;break;

case 2:temp=transdata&0xf0;break;

case 1:temp=(transdata<<4)&0xf0;break; }

for(i=8;i>0;i--) {

if(temp&0x80) P1OUT |= BIT0; else

P1OUT &= ~BIT0; P1OUT |= BIT1; temp <<= 1;

P1OUT &= ~BIT1; }

Delay_nms(1); }

P1OUT &= ~BIT0; }

/**********************定位函数************************/ void LCD_Pos(uchar x,uchar y) {

6

基于MSP430G2553的电压表设计 int pos; switch(x) {

case 1:pos=0x80;break; case 2:pos=0x90;break; case 3:pos=0x88;break; case 4:pos=0x98;break; default:pos=0x80; }

pos += y;

LCD_Send(0,pos); }

/********************************************************* 函数功能：字符串显示函数 入口参数：*pt ,num 出口参数：无 函数说明：无

*********************************************************/ void LCD_Display_String(const uchar *pt,uchar num) {

uchar i;

for(i = 0;i < (num*2);i++) LCD_Send(1,*(pt++)); }

/********************************************************* 函数功能：数字显示函数 入口参数：num 出口参数：无 函数说明：无

*********************************************************/ void LCD_Display_Digit(long int num) {

uint SHOW[7],i=0;

SHOW[0]=(num/10000); //十位 SHOW[1]=(num/1000); //个位 SHOW[2]=10; //.

SHOW[3]=(num/100); //十分位 SHOW[4]=num/10; //百分位 SHOW[5]=num; //千分位 SHOW[6]=11; //V switch(Voltage_Range) {

case Range_3V: for(i=1;i<7;i++)

LCD_Send(1,LCD_Table[SHOW[i]]); break; case Range_15V: for(i=0;i<7;i++) {

7

基于MSP430G2553的电压表设计 if(i==5)++i; LCD_Send(1,LCD_Table[SHOW[i]]); } break; default: break; } }

/***********************延时函数*************************/ void Delay_nms(uint n) {

uchar i; while(n--)

for(i=0;i<115;i++); }

/************************************************************* 函数名称：显示函数 入口参数：Data 出口参数：无

函数说明：每行最多8个字，2个字母或数字相当于1个字的长度，注意 汉字没法跨格显示。

*************************************************************/ void LCD_Display(long int Data) {

//LCD_Pos(1,0); //第一行 //LCD_Display_String(\

LCD_Pos(2,0); //第二行 LCD_Display_String(\ 数字式电压表\

LCD_Pos(3,0); //第三行 LCD_Display_String(\当前电压:\ LCD_Display_Digit(Data);

//LCD_Pos(4,0); //第四行 //LCD_Display_String(12.13); }

/********************************************************* 函数名称：主函数 入口参数：无 出口参数：无

函数说明：请看完最上面程序说明再运行程序

*********************************************************/ void main() {

System_Init(); while(1) {

ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC; //开启ADC转换 } }

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tb5o.html