基于msp430g2231实现的多路数据采集器

目目 录录 第一章 作品概述.3 第一节 作品功能和单片机介绍3 第二节 设计方案3 第二章 硬件系统设计4 第一节 MSP430G2 系列 Launchpad 开发板介绍4 第二节 信号调理电路介绍5 第三节 显示部分电路7 第四节 硬件装配调试说明8 第三章 软件系统设计.6 第一节 程序概述6 第二节 子程序介绍9 第三节 主程序介绍12 第四节 软件注意事项13 第四章 总结与思考13 2 第一章第一章 作品概述作品概述 第一节第一节 作品功能和单片机介绍作品功能和单片机介绍 运用 MSP430G2231 型单片机对外部输入的 8 路电流信号进行顺序采样，并通过 12864 进 行显示。 本作品选用 MSP430G2231 单片机，该单片机超低功耗，具有 5 种节电模式，1us 内便 可从待机模式唤醒，并具有一个强大的 16 位 RISC CPU、16 位寄存器和常数发生器，有助 于最大限度的发挥代码效率。此单片机还具有丰富的时钟源，包括 LF、OSC 和 VLO。它可 通过串行口系统编程，无需外部编程电压，具有可编程的保密熔丝代码保护，它具有 Spy- Bi-Wire 仿真逻辑接口。另外它还有 10 位 IO 口、8 个比较器通道和 16 位的 Timer_A 定时 器，带 2 路捕获和比较寄存器。此单片机的 IO 口和 Timer_A 定时器都具有强大的中断能 力。 第二节第二节 设计方案设计方案 Laungch PAD 模拟信号调理 128 64 点阵液晶 图 1.1 系统组成结构框图 如图 1.1 所示：外部信号通过模拟信号调理电路将外界输入的 420mA 电流转换成 01.5V 的电压信号用 ADC10 模块进行采集通过单片机的内部运算将电压信号转换成需要显 示的电流信号。模拟信号调理版由采样电阻，低通滤波以及射极跟随器组成。采样电阻将 输入的电流信号转换成电压信号，低通滤波减少存在于输入端的共模干扰，射极跟随器起 到减小输出阻抗以及保护后级电路的作用。模拟信号调理版将输入的 420mA 电流信号转换 成 0.31.5V 的电压信号通过单片机进行采集。采集完成后送往点阵液晶进行显示。该应用 3 充分发挥了 MSP430G2231 的 IO 资源：14（总管脚数）=2（电源和地）+2(JTAG)+2（串行点 阵）+8（ADC 输入） 。 第二章第二章 硬件系统设计硬件系统设计 第一节第一节 MSP430G2MSP430G2 系列系列 LaunchpadLaunchpad 开发板介绍开发板介绍 基于 LaunchPad 的 MSP-EXP430G2 低成本实验板是一款适用于 TI 最新 MSP430G2xx 系列 产品的完整开发解决方案。其基于 USB 的集成型仿真器可提供为全系列 MSP430G2xx 器件开 发应用所必需的所有软、硬件。LaunchPad 具有集成的 DIP 目标插座，可支持多达 20 个引 脚，从而使 MSP430ValueLine 器件能够简便地插入 LaunchPad 电路板中。此外，还可提供 板上 Flash 仿真工具，以直接连接至 PC 轻松进行编程、调试和评估。LaunchPad 实验板还 能够对 eZ430-RF2500T 目标板、eZ430-Chronos 手表模块或 eZ430-F2012T/F2013T 目标板 进行编程。此外，它还提供了从 MSP430G2xx 器件到主机 PC 或相连目标板的 9600 波特 UART 串行连接。其实物图如图 2.1 所示。 4 图 2.1 MSP430G2 系列 Launchpad 开发板实物图 MSP-EXP430G2 采用 IAR EmbeddedWorkbench 集成开发环境(IDE)或 CodeComposerStudio(CCS)编写、下载和调试应用。调试器是非侵入式的，这使用户能够借 助可用的硬件断点和单步操作全速运行应用，而不耗用任何其他硬件资源。 MSP-EXP430G2LaunchPad 特性: USB 调试与编程接口无需驱动即可安装使用，且具备高达 9600 波特的 UART 串行通信速 度 支持所有采用 PDIP14 或 PDIP20 封装的 MSP430G2xx 和 MSP430F20xx 器件 分别连接至绿光和红光 LED 的两个通用数字 I/O 引脚可提供视觉反馈 两个按钮可实现用户反馈和芯片复位 器件引脚可通过插座引出，既可以方便的用于调试，也可用来添加定制的扩展板 高质量的 20 引脚 DIP 插座，可轻松简便地插入目标器件或将其移除 5 第二节第二节 信号调理及电源供电电路介绍信号调理及电源供电电路介绍 2.1：电源供电电路：电源供电电路 图 2.2 电源供电原理 如图 2.2 所示，采用 9V 适配器供电，11175V 可产生 5V 电压。1117-3.3V 可产生 3V 电 压。5V 供液晶使用，3.3V 供单片机以及信号调理电路使用。 6 2.2：信号调理电路：信号调理电路 图 2.3 信号调理电路原理图 如图 2.3 所示，420mA 电流信号经 75 欧姆采样电阻转换成 0.3V1.5V 电压信号，经过 低通滤波器后进入运放，通过射极跟随器连接到单片机 IO 口。在输入运放之前采用一阶 低通滤波来减小高频的共模干扰，射极跟随器起的作用是，保护后级电路和实现阻抗匹配。 2.3 系统原理图系统原理图 7 图 2.4 系统原理图 第三节第三节 显示部分电路显示部分电路 本作品选用 12864 液晶显示器进行显示，器件实物如图 2.3 所示。 图 3.1 12864 液晶显示器实物图 12864 液晶显示器是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部 含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方 式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 84 行 1616 点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显 示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得 多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 本作品选用 12864 液晶显示器的串行接口方式，仅需 2 根 IO 口即可完成。电路如图 3.2 所示 图 3.2 12864 液晶显示器的串行接口电路连接图 8 第四节第四节 硬件装配硬件装配图图 电流采集板 图 4.1 模拟信号调理板 LaunchPad 图 4.2 LaunchPad 9 底板 图 4.3 底板 整体装配图 图 4.4 整体装配图 10 装配方法：1.将模拟信号调理版上焊上插针（共 16 个连接底板）,以及两排排座每排 10 个（连接 LaunchPad） ，20 孔的插座（连接 LCD） （如图 4.1 所示） 2在 Launch 上焊上两排插针（如图 4.2 所示） 。 3.在万用版上焊上 8 个 2 端子，插上 16 个插针并用排线接出，并打上固定 孔（如图 4.3 所示） 。 4.将信号调理版插在 LaunchPad 上。 5.将 LCD 插在信号调理版上 6.将点阵液晶用长铜柱固定在万用版上，接上 59V 的电源适配器即可（如 图 4.4） 第五节第五节 模拟信号调理版模拟信号调理版 PCBPCB 图图 图 5.1 PCB 板正面 11 图 5.2 PCB 板反面 第三章第三章 软件系统设计软件系统设计 第一节第一节 程序概述程序概述 程序通过 AD10 模块的采样模式 1：顺序采样方式轮询的对八路电流输入信号进行采样， 采样间隔通过主循环中的延时设置。通过 IO 口串行控制液晶，每次计算完成后，将结果 送串行液晶予以显示。 第二节第二节 子程序介绍子程序介绍 AD 初始化程序：初始化程序： 入口参数：无入口参数：无 出口参数：无出口参数：无 void AD_Init(void) ADC10CTL0 |= SREF_1+REFON+ADC10IE;/将 AD10 基准设置为 1.5V 开启 AD 允许中 断 12 ADC10CTL0 |= ADC10SHT_3+MSC;/打开 AD 转换，过采样率设置为 64 个采样周期 ADC10CTL1 |= ADC10SSEL_3+SHS_0;/选择 250K 的采样时钟，用 ADC10SC 触发采集 ADC10CTL1 |= CONSEQ_1+INCH_7;/连续采样模式，从通道 07 ADC10CTL0 |= ADC10ON; ADC10AE0 |= 0xFF; ADC10CTL0 |= ADC10SC+ENC; 时钟初始化程序：时钟初始化程序： 入口参数：无入口参数：无 出口参数：无出口参数：无 void clk_init(void) BCSCTL1 |= CALBC1_1MHZ; DCOCTL |= CALDCO_1MHZ;/上面两句将内部 DCO 校准至 1MHz /while(IFG1 /delay_ms(100); / BCSCTL2 |= SELM_0;/MCLK 采用 1M 的内部 DCO BCSCTL2 |= DIVS_2;/SMCLK 采用 250K 的时钟 IO 初始化程序：初始化程序： 入口参数：无入口参数：无 出口参数：无出口参数：无 void io_init(void) P2SEL / 2231 将其初始化为晶振输入端，所以要关掉第二功能选择 P2DIR |= BIT6+BIT7;/将其置为输出方向 /P1OUT =0; P1SEL = 0xFF;/将 IO 选择为 AD 输入 /P1SEL|=BIT6; P1DIR = 0; 液晶初始化：液晶初始化： 入口参数：无入口参数：无 出口参数：无出口参数：无 void lcd_init (void) wr_lcd (comm,0x30); /30-基本指令动作 13 wr_lcd (comm,0x01); /清屏，地址指针指向 00H delay_ms(100); wr_lcd (comm,0x06); /光标的移动方向 wr_lcd (comm,0x0c); /开显示，关游标 串行液晶底层驱动：串行液晶底层驱动： 入口参数：入口参数：func：功能数据：功能数据 data：数据：数据 出口参数：无出口参数：无 void wr_lcd(uchr func,uchr data) uchr i,i1,i3,i2,CF; SID_H; for(i=0;i5;i+) SCK_H; SCK_L; /5 起始位 SID_L; SCK_H; SCK_L;/写使能 if(func=1) SID_H; else SID_L; SCK_H; SCK_L;/功能位 SID_L; SCK_H; SCK_L;/写 0 for(i3=0;i32;i3+) for(i1=0;i14;i1+) CF=data if(CF=0x80) SID_H; else SID_L; SCK_H; SCK_L; data=data1; for(i2=0;i24;i2+) SID_L; SCK_H; SCK_L; 14 液晶显示液晶显示 入口参数：无入口参数：无 出口参数：无出口参数：无 void chn_disp1 (uchr const *chn) uchr i,j; /wr_lcd (comm,0x30); wr_lcd (comm,0x80); for(j=0;j4;j+) for (i=0;i16;i+) wr_lcd (dat,chnj*16+i); void Write_Num(int addr,int val1,int val2) wr_lcd (comm,addr); if(val1!=0x2E) val1=val1+0x30; val2=val2+0x30; wr_lcd (dat,val1); wr_lcd (dat,val2); 将采样值转换成电流值将采样值转换成电流值 入口参数：无入口参数：无 出口参数：无出口参数：无 void Calculate(void) /_DINT(); int i; for(i=0;i8;i+) Disp_Tabi=AD_Resulti*0.195503; /_EINT(); 第三节第三节 主程序介绍主程序介绍 首先关闭看门狗，将 10 个 IO 口配置成 8 路 AD 输入，两个 IO 输出（控制液晶） 。运用 DCO 将校准至 1M 的时钟供系统使用。进行 LCD 初始化，显示液晶上的“常量数字” 。并 15 对 AD10 进行初始化，1.5V 基准源，250K 采样时钟，从通道 7 至 0 进行轮询顺序采样。 每当有 ADC10SC 触发式进行采集。采集间隔通过主循环中的 delay_ms()控制（这里设置 的为 50ms） 。采样值计算完成后送液晶显示。 void main() WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD; io_init(); clk_init(); lcd_init(); chn_disp1(tab); AD_Init(); _EINT(); while(1) delay_ms(50); ADC10CTL0 |= ENC+ADC10SC; Calculate(); /Write_Num(0x81,Disp_Tab0/100,(Disp_Tab0%100)/10); /Write_Num(0x82,0x2E,(Disp_Tab0%100)%10); Write_Num(0x85,Disp_Tab1/100,(Disp_Tab1%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab1%100)%10); Write_Num(0x91,Disp_Tab2/100,(Disp_Tab2%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab2%100)%10); Write_Num(0x95,Disp_Tab3/100,(Disp_Tab3%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab3%100)%10); Write_Num(0x89,Disp_Tab4/100,(Disp_Tab4%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab4%100)%10); Write_Num(0x8D,Disp_Tab5/100,(Disp_Tab5%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab5%100)%10); Write_Num(0x95,Disp_Tab6/100,(Disp_Tab6%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab6%100)%10); Write_Num(0x9D,Disp_Tab7/100,(Disp_Tab7%100)/10); Write_Num(0x86,0x2E,(Disp_Tab7%100)%10); 第四节第四节 调试注意事项调试注意事项 1:开启 ENC 之后任何的初始化语句都无效，也就是说想要成功的完成初始化必须要在关闭 ENC 的情况下完成。 2：DCO 可以较为精准的时钟频率只要用两句语句即可完成： BCSCTL1 |= CALBC1_1MHZ; DCOCTL |= CALDCO_1MHZ;/上面两句将内部 DCO 校准至 1MHz 3：不要重复的进行液晶的刷新，要加延时。 16 4：设置 ADC10 的 IO 口时只需设置 ADC10AE 即可，别的不用管。 5：对于 ADC10 来说，250K 的采样时钟以及 64 的过采样率能够采集到最为稳定的值。 6：对于 G2231 有限的内存来说，尽量多使用 Sta