基于MSP430的电阻测量系统的设计.docx

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基于MSP430的电阻测量系统的设计

基于MSP430的电阻测量系统的设计

摘要

在仪器仪表应用领域中,电阻测量是一个比较普遍的要求。

本系统将介绍采用MSP430单片机实现电阻测量系统。

本设计基于单片机技术原理,以MSP430单片机芯片作为核心,用点阵式液晶显示芯片LCD1602完成液晶显示功能,增加了显示的美观性与直观性;有电流源电路、放大器电路、跟随器电路组成的恒流源作为电源为MSP430单片机提供稳定的电流;在模拟信号采集和输出模块中运用TI公司生产的PGA204可编程增益仪表放大器,使产品实现了高精度、微功耗以及微小型封装的完美组合,对模拟信号进行前置滤波放大,减小无用信号的干扰,提高了稳定性。

本系统的大部分功能通过软件编程来实现,LCD显示功能,提供了友好的人机交互界面,能适合各种工作场合。

关键词:

MSP430单片机,1602芯片,PGA204芯片,电阻测量,恒流源

TheDesignofResistanceMeasurementSystem

basedonMSP430

ABSTRACT

Theinstrumentsusedinthefieldofresistanceandthemeasurementisamorepopulardemand.thissystemwillintroducetheMSP430monolithicintegratedcircuitsforresistancemeasurementsystem.

ThisdesignrevivificationtheorytoMSP430monolithicintegratedcircuits,withachipasacorefour-three-threeformationLCDdisplaychipLCD1602throughliquidcrystaldisplaythefunctions,andvisualizationanddisplayofcurrent;acircuitorcircuit,anamplifierwiththeconstantflowofelectricalpowersourceasforthesupplyofthecurrentmonolithicintegratedcircuitsMSP430,ThesignalcollectingandoutputofamoduleoftheuseofprogrammaticPGA204gainappearanceofanamplifier,theproductofhighprecision,asmallpackageTDPandperfectcombinationofasignal,whichfiltering,lessinterferencefromnosignal,andimprovesstability.

ThesystemoffunctionalprogrammingbysoftwaretoimplementandLCDdisplayprovidesfunctionalityandfriendlyman-machineinteractionandinterfacetotheworkplace.

KEYWORDS:

MSP430monolithicintegratedcircuits,1602chip,PGA204chip,measurementofresistance,constantcurrentsource

前言1

第1章系统的总体设计方案2

1.1设计概要2

1.1.1系统的设计特点2

1.1.2系统的主要组成2

1.1.3系统的总体电路框图2

第2章系统的硬件设计4

2.1单片机系统4

2.1.1MSP430结构概述4

2.2.2MSP430F14X系列单片机的介绍5

2.1.2MSP430F14X系列的A/D转换6

2.1.3MSP430单片机的最小系统电路7

2.2恒流源部分9

2.2.1电流源9

2.2.2放大器9

2.2.3跟随器11

2.3LCD显示部分11

2.3.11602芯片简介11

2.3.2显示电路13

2.4时钟电路14

2.4.1S-3530A芯片的特性14

2.5电源电路16

第3章系统软件设计18

3.1初始化程序设计18

3.1.1端口初始化18

3.1.2A/D初始化19

3.1.3定时器A的初始化20

3.2A/D采集程序21

3.3显示模块流程图22

3.4测试程序24

结论29

谢辞30

参考文献31

附录33

外文资料翻译37

前言

在科学研究和工程应用中,我们经常会遇到需要进行电阻测量的场合,传统的方法是伏安法,这种方法需同时测电压和电流,所以系统误差较大。

众所周知,在科学技术与社会生产高度发达的今天,智能测试仪器与仪器仪表系统发展迅速,被测对象的跨度既广泛又具有多样性。

计算机技术的迅猛发展使仪器仪表的发展上了一个新台阶,传统的检测设备被智能化仪器所取代。

智能化仪表的两个主要的发展方向是大型自动测试系统和便携式低功耗智能仪表,电阻测量问题也就成为电路设计所需考虑的重要因素之一。

在本文中,我将提出一种基于MSP430的通用型电阻测量仪表系统的设计方案。

本设计是基于单片机的电阻测量,应用恒流源测电阻具有测量电路简单、快速、准确等特点。

与普通的电阻测量方法相比较:

该测量仪表的测试电流小并加有多种保护电路,具有很高的安全性能。

主要用于军工、国防、民用爆破等行业的点火工品的低电阻的测量。

近年来随着以计算机为轴心的各种各样信息处理装置的诞生,为适应这种新形势,信息家电,网络终端,广播-通信等用途的LCD市场也将迅速扩大,而且如今LCD发展方向不仅在于大屏幕,而且在中小屏幕方面,例如汽车导航系统,摄像机,数字式照相机,便携式电视,娱乐/游戏机,摄影机等有着进一步的发展。

由此可见LCD的应用之广泛,所以在电子产品作为主力军的21世纪里用单片机控制液晶显示器的电阻测量具有广阔的发展前景。

第1章系统的总体设计方案

1.1设计概要

通常,电阻测量在准确度、分辨率、测量范围上有很大不同,且三者很难同时达到最优。

为了克服传统电阻测量的缺点,本设计提出了一种优化方法的电阻测量电路。

有恒流源部分为系统提供稳定的电流,该部分包括电流源电路、放大器电路和跟随器电路;LCD显示电路、数字时钟电路和单片机电路。

1.1.1系统的设计特点

1.单片机的电阻测量,应用恒流源提供的稳定电流（电流已知）测电阻具有测量电路简单、快速、准确等特点。

2.通过MSP430单片机的A/D转换通道使模拟量数字化,测量电阻上的电压[1]。

3.有LCD液晶显示部分可直接读出电阻上的阻值,因此可得电阻值。

1.1.2系统的主要组成

本系统主要包括电流源电路、放大器电路、跟随器电路、单片机电路、LCD液晶显示电路以及时钟电路。

1.1.3系统的总体电路框图

该系统的硬件电路由电流源电路、放大器电路、跟随器电路、单片机电路、显示电路和时钟电路组成。

图1-1为系统的原理框图。

由图1-1可以看出整个系统具有结构简单等特点。

时钟电路记录系统时间,显示电路用来显示正常测量时的电阻实时值。

电源电路是任何一个测量电路所不可缺少的重要环节,电源主要为整个电路提供可靠的电源,另外考虑到工作的需要有复位功能,因此也为系统提供了复位信号,可以使系统再遇到故障时进行复位[2]。

增益

控制

A/D

R

图1-1系统原理框图

第2章系统的硬件设计

2.1单片机系统

2.1.1MSP430结构概述

MSP430系列单片机是一个特别强的超低功耗性能的单片机品种。

它适合应用在各种要求极低功耗的场合,具有一定的技术特点。

在这个系列中有多个型号,它们由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。

其中FLASH型芯片又可分为几个分支,如11x,11x1,13x,14x等。

它们都具有开发设备简便、可现场编程等特点。

MSP430系列采用存储器?

存储器结构,即用一个公共的空间对全部功能模块寻址,同时用精简的指令对全部功能模块进行操作。

MSP430的CPU运行正交的精简指令集,由16位ALUArithmeticandLogicUnit、指令控制逻辑和16个寄存器组成。

寄存器中有4个具有特殊用途,即程序计数器RO/PCRegisterO/Programcounter、堆栈指针RI/SPStackpointer、状态寄存器和常数发生器R2/SR/CG1SpecialRegister/ConstantGenerator1:

R3/CG2。

除了CGI和CG2,所有寄存器都可作为通用寄存器,用所有指令操作。

常数发生器只用于指令执行时提供常数,但不能存储数据[3]。

对CG1:

CG2访问时的寻址模式可以区分所获得的常数数值。

PCprogramcounter:

SP和SR配合精简指令所实现的控制,可以使应用系统的程序设计实现复杂的寻址模式和软件算法。

对程序存储器进行访问时,对于程序代码总是以字形式取得,而对于数据可以用字或字节指令进行访问。

每次访问均需要16位数据总线MDB;即:

MemoryDataBus和访问当前存储器模块所需的地址总线MAB,即:

MemoryAddressBus。

存储模块由内部模块允许信号自动选中,这样可以减少总的电流消耗。

对于MSP430F系列,程序存储器是FLASH的。

在程序设计中,可以将数据安排在程序存储器中,它们可以用字或字节指令方式访问,因此可以实现查表处理等应用。

64KB空间顶部的16位0FFFF-OFFEO保留用作复位及中断的向量地址。

数据存储器RAM与程序存储器相同,经地址总线MAB和数据总线MDB与CPU相连。

RAM内的数据可以以字或字节宽度访问。

由于RAM与程序存储器是经过相同的地址总线和数据总线与CPU相连,因此程序代码可以装入RAM,也可以在RAM内运行。

这给程序的调试提供了很大的方便。

所有指令都有字节操作或字操作形式。

但是,对堆栈和PC的操作是按字宽度进行的,寻址时必须对准偶地址[4]。

2.2.2MSP430F14X系列单片机的介绍

该系列单片机主要有MSP430F147、MSP430F1471、MSP430F148、MSP430F1481、MSP430F149和MSP430F1491等几种型号。

该系列单片机主要有以下特点。

◆具有很低的供电电压。

单片机的供电电压最低可以低到1.8V,单片机的供电电压范围是:

1.8-3.6V。

◆超低功耗。

这是目前其他单片机没有的特色。

它在休眠的条件下工作的电流只有0.8uA,就是在2.2V、1MHz条件下工作电流只有280uA。

◆快速的唤醒时间。

从休眠方式唤醒只需要6us。

◆快速的指令执行时间。

它采用的是16位的RISC结构,指令执行时间只需要150ns,是传统单