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 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
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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
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