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[導讀]摘要:描述了一種簡易的交流數(shù)字電壓表的系統(tǒng)設計。系統(tǒng)以MSP430F448為核心,該單片機內部集成了12位的A/D轉換器,轉換器帶有內部參考源、采樣保持、自動掃描特性,極大地簡化了硬件設計。因為單片機內部中斷資源豐

摘要:描述了一種簡易的交流數(shù)字電壓表的系統(tǒng)設計。系統(tǒng)以MSP430F448為核心,該單片機內部集成了12位的A/D轉換器,轉換器帶有內部參考源、采樣保持、自動掃描特性,極大地簡化了硬件設計。因為單片機內部中斷資源豐富,電壓轉換、定時等都采用中斷觸發(fā),減少了系統(tǒng)響應時間,提高了軟件執(zhí)行效率。此外該單片機的液晶驅動能力可達160段,可以直接將A/D轉化數(shù)據顯示在LCD上。
關鍵詞:數(shù)字電壓表;MSP430F448;A/D;LCD顯示

    MSP430F44x系列是TI公司推出的一款超低功耗的16位單片機,其運算速度快而且體積小。片內集成了8路12位A/D、串行通信接口、看門狗定時器、比較器、硬件乘法器等外圍設備模塊,從而降低了應用電路的復雜程度,提高了系統(tǒng)的可靠性。該芯片可以工作于2.5 V和3.3 V兩種電壓下,并且可以處于休眠狀態(tài),此時的頻率只有32768 Hz,功耗非常低,環(huán)境溫度范圍為-40~+125℃。這些優(yōu)點非常適合設計便攜式,且要求長時間連續(xù)工作,環(huán)境溫度變化寬的智能儀器儀表設備。MSP430F44x系列單片機具有其他單片機無法比擬的優(yōu)點,用其來實現(xiàn)交流電壓的測量是一種很好的設計方案。

1 系統(tǒng)總體方案設計
    本系統(tǒng)主要由以下4大模塊組成:中央處理器、電源電路、電壓極性轉換電路和顯示電路。
    為了保證硬件電路設計的通用性,采用單級性電壓測量的方法,將輸入的雙極性電壓轉換成單級性電壓進行測量。然后將轉換后的電壓送入單片機A/D模擬通道進行模數(shù)轉換,最終將轉換的數(shù)字信號在LCD液晶上顯示。系統(tǒng)設計框圖如圖1所示。



2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 電壓極性轉換電路
    從圖2的電路中可以得到,首先通過變壓器將220 V的交流電壓降成8 V的交流電壓,再經過極性轉換電路將雙極性的交流電壓轉換為單級性的交流電壓。電路中的R405電位器主要用于調節(jié)參考電壓,R404電位器用于調節(jié)交流輸入電壓的幅度。經過上面電路的處理,可以將輸入的交流電壓轉換成0~3 V的單級性交流電壓,這樣很容易使用MSP430單片機自帶的A/D轉換通道進行模擬量采集,從而實現(xiàn)交流電壓的測量。其中,極性轉換電路主要由放大電路實現(xiàn),在此我采用MCP601放大芯片。


2.2 電源電路
    用電池給系統(tǒng)供電,由于MSP430系列有內置模擬電源和模擬地,所以要進行模擬電源和數(shù)字電源的轉換,以便給芯片供電。然后將電池電源轉換為3V左右的電源給系統(tǒng)供電。具體電路如圖3所示。


2.3 A/D轉換、輸出顯示電路及JTAG接口電路
    A/D轉換用到了模擬輸入通道A0,LCD顯示用到了S0至S20,使用4MUX模式。液晶所需要的模擬信號由外接的等值電阻產生。具體電路如圖4所示。



3 系統(tǒng)軟件設計
    對于交流采集,需要在1個工作周期內采集40個點,即時間間隔為500μs,時間間隔采用定時器實現(xiàn)。







4 測試結果分析
    電路測試結果如表1所示。


    通過上述結果分析,測量較高值時測量精度有點低,誤差大。但數(shù)值小的時候測量精度很高。不足之處是本設計的外圍分壓電路是通過調節(jié)電位器來實現(xiàn)的分壓效果,實際電路受到電壓源等因素影響較大,這之間會因為電壓值的不同而引起效果好壞的改變。

5 結論
    文中的程序通過MSP430開發(fā)工具IAR EmbeddedWorkbench編譯、運行。在實驗室做成一個簡易電路,并將程序下載到電路板上進行運行,發(fā)現(xiàn)此電路可以實現(xiàn)測量交流電壓的功能,但在精確度方面需要進一步改進。

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