電子與信息工程畢業(yè)論文無(wú)源電流變送器顯示儀的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　無(wú)源電流變送器顯示儀的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) <

2、;/p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是把電流變送器輸入的電流通過(guò)放大器放大，再通過(guò)單片機(jī)把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號(hào)，最終在LE

3、D上顯示出來(lái)。在設(shè)計(jì)中利用了MSP430 系列單片機(jī)的低功耗、高性能的功能和特點(diǎn), 并在此基礎(chǔ)上,以8通道16 位單片機(jī)MSP430F2013為核心,提出了一種低功耗、小型化變送器參數(shù)顯示法的設(shè)計(jì)方法。給出了變送器參數(shù)顯示儀的各部分電路硬件設(shè)計(jì)框圖和軟件流程圖。它具有性能價(jià)格比高、體積小、抗干擾性強(qiáng)、互換性好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn), 顯示儀電路由并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、電流取樣電路、倒相與放大電路、AD轉(zhuǎn)換、單片機(jī)顯示電路等組成，最小工作電流能夠低

4、至3mA。顯示儀無(wú)需單獨(dú)供電，可以從電流變送中直接取電。</p><p>　　本論文對(duì)電流變送器輸出的信號(hào)通過(guò)顯示儀顯示出來(lái)的研究，設(shè)計(jì)出一種顯示儀。這種電流變送器顯示儀是將電流變送器輸出的電流信號(hào)進(jìn)行接收并且通過(guò)單片機(jī)對(duì)其以數(shù)據(jù)顯示在顯示儀上?？朔似渌C(jī)電流變送器的結(jié)構(gòu)布線復(fù)雜和抗干擾性差等缺點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)的電流變送器輸出無(wú)法精確的顯示的問(wèn)題。所采用的MSP430單片機(jī)芯片也具有運(yùn)算速度快、編程效率高、抗干

5、擾能力強(qiáng)、低功耗等特點(diǎn)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：電流變送器；低功耗；數(shù)字顯示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design is the current transducer input current through the amplifier, then through the m

6、icrocontroller to the current signal into a digital signal, and ultimately displayed on the LED. Use in the design of low-power MSP430 family of microcontrollers, high-performance functions and features And on this basis

7、, the 8-channel 16-bit MSP430F2013 microcontroller core, a smart, compact design method of multi-parameter transmitter. It has high performance and low cost, small size, immunity to inter</p><p><b>　　朗

8、讀</b></p><p>　　顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　字典</b></p><p>　　This paper on the current transmitter output displayed by display device design, Design a display device th

9、is indicator is the current transmitter output current of the transmitter and receiver current signal to its data through the microcontroller device on the display.。Other computer wiring complexity of the current structu

10、re of the transmitter and the poor anti-interference characteristics to solve the traditional current transducer output can not show the precise issues。MSP430 Microcontrolle</p><p>　　Key words：Current trans

11、ducer low power consumption Digital display</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究背景1</p><p>　　1.2電流變送器的發(fā)展概述1</p&g

12、t;<p>　　1.3 XTR104應(yīng)用電路與同步串行接口1</p><p>　　第2章 顯示器的種類與選取3</p><p>　　2.1 LED點(diǎn)陣屏3</p><p>　　2.1.1 LED點(diǎn)陣屏驅(qū)動(dòng)3</p><p>　　2.1.2 LED點(diǎn)陣屏分類3</p><p>　　2.1.

13、3 點(diǎn)陣屏的特點(diǎn)4</p><p>　　2.2 液晶顯示4</p><p>　　2.3 LED數(shù)碼管4</p><p>　　2.3.1 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)6</p><p>　　2.3.2 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)6</p><p>　　第3章 硬件的方案與設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1

14、 　MSP430F2013的特點(diǎn)8</p><p>　　3.2 LED及其驅(qū)動(dòng)電路9</p><p>　　3.3 MCU及A/D采集12</p><p>　　3.4 電流取樣與供電電路13</p><p>　　3.5 放大器13</p><p>　　3.6 成型總電路圖14</p>

15、<p>　　第4章 軟件的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1 MSP430單片機(jī)原理15</p><p>　　4.2 MSP430單片機(jī)的微功耗特點(diǎn)及保護(hù)器15</p><p>　　4.3 程序的編寫16</p><p><b>　　第五章 調(diào)試19</b></p><p&g

16、t;<b>　　總結(jié)21</b></p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】22</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題研究背景</b></p><p>　　隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電流變送器的需求

17、日益增加，應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣。電流變送器在測(cè)量行業(yè)和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化工作中起著越來(lái)越大的作用,這說(shuō)明電流變送器顯示儀也越來(lái)越需求并且技術(shù)已經(jīng)成熟了。最早的電流變送器出現(xiàn)在19世紀(jì)末期，距現(xiàn)在也有100多年的歷史了。1965年的 Viatran成立，并將當(dāng)時(shí)用于航天工業(yè)最新的壓力測(cè)量技術(shù)帶入了工業(yè)市場(chǎng)。 從此， 我們就把變送器技術(shù)的發(fā)展水平同客戶的實(shí)際應(yīng)用需求結(jié)合起來(lái)。 我們技術(shù)的進(jìn)步會(huì)不斷地滿足客戶實(shí)際的發(fā)展需要。我們?cè)O(shè)計(jì)的第一款變送器

18、是用于工業(yè)測(cè)試的，而現(xiàn)在我們的變送器已經(jīng)用于機(jī)械控制和過(guò)程控制，包括石油和天然氣領(lǐng)域。 我們的變送器也達(dá)到了食品和醫(yī)藥工業(yè)的衛(wèi)生過(guò)程標(biāo)早在國(guó)MULLER+ZIEGLER繼電器公司由Max Muller和Karl Ziegler于1911年成立，對(duì)電流變送器就有很好的研究。</p><p>　　1.2電流變送器的發(fā)展概述</p><p>　　變送器是把傳感器采集到的微弱的電信號(hào)放大并轉(zhuǎn)送，或

19、將傳感器輸人的非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)同時(shí)放大一邊供遠(yuǎn)方測(cè)量和控制的信號(hào)源。根據(jù)需要還可以將模擬量變換成數(shù)字量。</p><p>　　集成電流變送器亦稱電流環(huán)電路，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同可以劃分成一下兩種類型：一種電壓/電流變送器，亦稱電流環(huán)接收器（典型產(chǎn)品為RCV420）,是現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較為常用模擬通訊方案之一，發(fā)將是電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)從環(huán)路一端傳送到另一端，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離通訊，且不易受干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中得到

20、廣泛的應(yīng)用，特別是在傳感和測(cè)量應(yīng)用反面。電流變送器使用標(biāo)準(zhǔn)在4~20mA 的電流信號(hào)。電流變送器有兩種類型:二線制和三線制。二線制變送器是電流變送器和傳感器位于現(xiàn)場(chǎng)端，在二線制傳輸方式中，供電源，負(fù)載電阻、變送器是串聯(lián)的，即二根導(dǎo)線同時(shí)傳送變送器所需的電源和輸出電流信號(hào)，其工作電源和信號(hào)公用一根導(dǎo)線。電流變送器使用電流信號(hào)作為傳輸信號(hào)，有較高的抗干擾能力，但由于傳輸距離較遠(yuǎn)，加上工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性在設(shè)計(jì)上要考慮到抗干擾措施[1]。<

21、/p><p>　　1.3 XTR104應(yīng)用電路與同步串行接口</p><p>　　XTR104作為電橋信號(hào)輸人是4~20mA二線電流變送器，它將電橋激勵(lì)電路、信號(hào)放大電路、線性化校正電路、電流輸出電路等集成在一個(gè)芯片上，使實(shí)際應(yīng)用十分方便。由于該器件能適應(yīng)各種電橋信號(hào)輸入，總的變送誤差在較寬的溫度范圍內(nèi)（—40~+85），溫度差別小，具有較高的電源抑制比和共摸抑制比的優(yōu)良性能，因此，在工業(yè)過(guò)程

22、控制、檢測(cè)儀表等方面得到廣泛的應(yīng)用[2]。</p><p>　　Stellaris同步串行接口是與具有Freeseale SPI、Microwire或Texas Instruments同步串行接口的外設(shè)器件進(jìn)行同步串行通信的主機(jī)或從機(jī)接口。</p><p>　　Stellaris SSI具有以下特性：</p><p>　　主機(jī)或從機(jī)操作：時(shí)鐘位速率和預(yù)分頻可編程,獨(dú)

23、立的發(fā)送和接收FIFO，16位寬，8個(gè)單元深；Freescale SPI、Mierowire或Texas Instruments同步串行接口的可編程操作；數(shù)據(jù)幀大小可編程。范圍為4～16位；內(nèi)部回送測(cè)試(1oopback test)模式，可以進(jìn)行診斷／調(diào)試測(cè)試。</p><p>　　SSI對(duì)外設(shè)器件接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行串行到并行的轉(zhuǎn)換。CPU訪問(wèn)數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息。發(fā)送和接收路徑利用內(nèi)部FIFO存儲(chǔ)單元進(jìn)行緩沖，該

24、FIFO能夠在發(fā)送模式和接收模式下獨(dú)立存儲(chǔ)多達(dá)8個(gè)16位值。</p><p>　　根據(jù)74HC595工作時(shí)序的要求，選用主控器件LM3S301同步串行接口技術(shù)中的Freescale SPI模式，根據(jù)所設(shè)置的數(shù)據(jù)大小，每個(gè)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度均在4～16位之間，并且從最高有效位(MSB)開始發(fā)送[15]。</p><p>　　首先我們知道設(shè)計(jì)該顯示儀主要分為硬件設(shè)計(jì)跟軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件方面主要是

25、根據(jù)設(shè)計(jì)書里面的主要內(nèi)容跟基本要求選擇合適的低功耗器件，在大學(xué)里學(xué)習(xí)了51單片機(jī)，但是我們都知道51單片機(jī)是8位處理器，還有復(fù)雜的指令集、功能差、操作弱、高功耗等特點(diǎn)，不能滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求，所以要重新選擇一中合適的單片機(jī)。在老師的指導(dǎo)下對(duì)多種對(duì)多種元器件進(jìn)行比較選擇，最后我們選擇了MSP430F2013單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的主要低功耗器件。然后結(jié)合74HCC595的串入并出的驅(qū)動(dòng)功能，使最后的數(shù)值能在led上顯示出來(lái)。然后就是軟件部分，

26、軟件部分主要包括MSP430F2013單片機(jī)的程序編寫。兩線制4～20mA電流傳輸使用非常廣泛，由于電流傳輸?shù)膬?yōu)越性和兩線制接線的方便性，這已經(jīng)成為了變送器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)輸出。本文針對(duì)兩線制4～20mA 輸出的變送器設(shè)計(jì)了一個(gè)LED 顯示的表頭，使用了TI 公司的MSP430微處理器和一些放大器，穩(wěn)壓電源等器件。這是一個(gè)低成本單性能非常好的方案?？梢援a(chǎn)品化，而其方案成本比市場(chǎng)上的方案更低。目前市場(chǎng)上銷售的兩線制表頭主要LED,LCD 兩種形

27、式，，但本表頭設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)就是他是無(wú)源的，可</p><p>　　第2章 顯示器的種類與選取</p><p>　　數(shù)字顯示儀是在模擬式指示儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。特別在20世紀(jì)60年代末數(shù)字集成電路的出現(xiàn)，使數(shù)字顯示儀表得到迅速的發(fā)展。 </p><p>　　相對(duì)于其他顯示儀，數(shù)字顯示儀有一下特點(diǎn)：</p><p><b>　

28、　1 準(zhǔn)確度高</b></p><p><b>　　2 靈敏度高</b></p><p><b>　　3 無(wú)讀數(shù)誤差</b></p><p>　　4 傳輸距離不受限制，與計(jì)算機(jī)通信</p><p>　　5 自診斷、自檢測(cè)不易判讀被測(cè)量的變化趨勢(shì);數(shù)字跳動(dòng)頻繁而影響判讀 </p>

29、;<p>　　隨著顯示儀發(fā)展的越來(lái)越成熟，數(shù)字顯示儀也已經(jīng)走向多元化。</p><p>　　2.1 LED點(diǎn)陣屏</p><p>　　LED點(diǎn)陣屏通過(guò)LED點(diǎn)陣組成，以紅色或綠色燈珠亮滅來(lái)顯示文字、圖片、動(dòng)畫、視頻等，是各部分組件都模塊化的顯示器件，通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。LED點(diǎn)陣顯示屏制作簡(jiǎn)單，安裝方便，被廣泛應(yīng)用于各種公共場(chǎng)合，如汽車報(bào)站器、廣告屏以及

30、公告牌等。</p><p>　　2.1.1 LED點(diǎn)陣屏驅(qū)動(dòng)</p><p>　　由LED點(diǎn)陣顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，器件宜采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式工作，由于LED管芯大多為高亮度，因此某行或某列的單體 LED驅(qū)動(dòng)電流可選用窄脈沖，但其平均電流應(yīng)限制在20mA內(nèi)．多數(shù)點(diǎn)陣顯示器的單體LED的正向壓降約在2V左右．但大亮點(diǎn)∮10的點(diǎn)陣顯示器單體 LED的正向壓降約為6V。</p>

31、<p>　　大屏幕顯示系統(tǒng)一般是將由多個(gè)LED點(diǎn)陣組成的小模塊以搭積木的方式組合而成的，每一個(gè)小模塊都有自己的獨(dú)立的控制系統(tǒng)，組合在一起后只要引入一個(gè)總控制器控制各模塊的命令和數(shù)據(jù)即可，這種方法既簡(jiǎn)單而且具有易展、易維修的特點(diǎn)。</p><p>　　LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡(jiǎn)單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式，動(dòng)態(tài)顯示采用掃描的方

32、式工作，由峰值較大的窄脈沖驅(qū)動(dòng)，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的脈沖信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。</p><p>　　2.1.2 LED點(diǎn)陣屏分類</p><p>　　LED點(diǎn)陣屏有單色和雙色兩類，可顯示紅，黃，綠，橙等。LED點(diǎn)陣有4×4、4×8、5×7、5×8、 8×

33、;8、16×16、24×24、40×40等多種；根據(jù)圖素的數(shù)目分為等，雙原色、三原色等，根據(jù)圖素顏色的不同所顯示的文字、圖像等內(nèi)容的顏色也不同，單原色點(diǎn)陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙原色和三原色點(diǎn)陣顯示內(nèi)容的顏色由圖素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極體點(diǎn)亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，假如按照脈沖方式控制二極體的點(diǎn)亮?xí)r間，則可實(shí)現(xiàn)256或更高級(jí)灰度顯示，即可實(shí)現(xiàn)真彩色顯示。</p><

34、;p>　　2.1.3 點(diǎn)陣屏的特點(diǎn)</p><p>　　亮度高：相對(duì)0603或0805等形式的分立表貼，LED可以有更多的光通量被反射出。</p><p>　　可實(shí)現(xiàn)超高密度：室內(nèi)可高達(dá)62.500點(diǎn)/平米（P4）</p><p>　　混色好：利用發(fā)光器件本身的微化處理和光的波粒二象性，使得紅光粒子，純綠光光粒子種粒子都將得到充分地相互混合攪勻。</p

35、><p>　　環(huán)境性能好：耐濕、耐冷熱、耐腐蝕</p><p>　　抗靜電性能優(yōu)勢(shì)超強(qiáng)：制作環(huán)境有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)還有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的絕緣設(shè)計(jì)。</p><p>　　可視角度大：140度（水平方向）</p><p>　　通透性高: 新一代點(diǎn)陣技術(shù)憑借晶片自身的高度純度性能，以及幾近100%通率的環(huán)氧樹脂材料，達(dá)到了接近完美的通透率</p>&

36、lt;p>　　從上面我們了解到LED點(diǎn)陣屏功能十分全面能顯示能顯示圖片、動(dòng)畫等等十分復(fù)雜的信號(hào)，各種特點(diǎn)也十分突出。但是功能越強(qiáng)也意味著點(diǎn)陣屏的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，然而我們所要設(shè)計(jì)的是顯示3位數(shù)字的輸出，對(duì)于圖片動(dòng)畫的沒(méi)有要求的，所以把點(diǎn)陣屏用做本設(shè)計(jì)的數(shù)字顯示很不合適。</p><p><b>　　2.2 液晶顯示</b></p><p>　　液晶顯示器(LCD)

37、是現(xiàn)在非常普遍的顯示器。它具有體積小、重量輕、省電、輻射低、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。液晶顯示器（LCD）的原理與陰極射線管顯示器（CRT）大不相同。LCD是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件。包括段顯示方式的字符段顯示器件；矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件；矩陣顯示方式的大屏幕液晶投影電視液晶屏等。液晶顯示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通電時(shí)導(dǎo)通，使液晶排列變得有秩序，使光線容易通過(guò)；不通電時(shí)，排列則變得混亂，阻止光線通過(guò)。但是同樣對(duì)于本設(shè)

38、計(jì)所要求的只顯示3位數(shù)字來(lái)說(shuō)有點(diǎn)小題大做了。而且液晶顯示的設(shè)計(jì)也相對(duì)比較困難。不適合本實(shí)驗(yàn)的數(shù)字顯示。</p><p>　　2.3 LED數(shù)碼管</p><p>　　LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的元器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃、公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是

39、類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色也有幾種。LED數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等

40、等。下面介紹下常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖。</p><p>　　圖1 這是一個(gè)7段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10引腳的LED數(shù)碼管</p><p>　　圖 2.1LED數(shù)碼管圖</p><p>　　數(shù)碼管分為共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管、共陰極的LED數(shù)碼管兩種。下圖例舉的是共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管，共陽(yáng)就是7段的顯示字碼共用一個(gè)電源的正。led數(shù)碼管原理圖示意：</p>&

41、lt;p>　　圖2.2 引腳示意圖</p><p>　　從上圖可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個(gè)條件：1、是要在VT端（3/8腳）加正電源；2、要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0”電平。這樣才能顯示的。 </p><p>　　共陽(yáng)極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖圖2.3：</p><p>　　圖2.3 共陽(yáng)極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)

42、構(gòu)原理圖</p><p>　　共陰極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖：</p><p>　　圖2,4 共陰極LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　表2.1 顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制電平信號(hào)</p><p>　　LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們需要的數(shù)位，根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，我們可以

43、把他分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。</p><p>　　2.3.1 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) </p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位轉(zhuǎn)換器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用

44、的I/O口才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。</p><p>　　2.3.2 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) </p><p>　　數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連接在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)

45、立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管是不會(huì)亮的。</p><p>　　透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留

46、現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。</p><p>　　對(duì)于LED數(shù)碼管的研究我們不難發(fā)現(xiàn)它很適合本設(shè)計(jì)要求的數(shù)字顯示，本設(shè)計(jì)要求的是直接利用電流變送器的電流工作無(wú)需加電源。所以強(qiáng)調(diào)的是低功耗，而LED數(shù)碼管能在低電壓、小電流的情況下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，

47、并且能與CMOS、ITL等電路兼容。還有本設(shè)計(jì)需要做出實(shí)物，LED數(shù)碼管也可放在PCB電路板上按紅綠蘭順序呈直線排列，以專用驅(qū)動(dòng)芯片控制。而且數(shù)碼管體積小、重量輕、抗沖擊能力強(qiáng)，發(fā)光時(shí)間極短，高頻特性好，單色性好，亮度高。 所以很是適合本設(shè)計(jì)的數(shù)字顯示。</p><p>　　第3章 硬件的方案與設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件電路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖如圖所示，電流變送器輸送的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)LM

48、V358放大器將信號(hào)放大輸人到MSP430F2013單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換通道，單片機(jī)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行處理后通過(guò)LED顯示出來(lái)，在過(guò)程中采用74HC595作為驅(qū)動(dòng)芯片達(dá)到設(shè)計(jì)要求的至少顯示3位數(shù)值。整個(gè)電路實(shí)施方式如下所述：</p><p>　　圖3.1電路總體框圖</p><p>　　3.1 　MSP430F2013的特點(diǎn)</p><p>　　MSP430F

49、2013是一款高性能16位微控制器。它的工作頻率高達(dá)16M IPS,且無(wú)需任何外部器件,其全面可編程時(shí)鐘在整個(gè)溫度與電壓范圍內(nèi)非常穩(wěn)定,能夠在< 1μs的時(shí)間內(nèi)從超低功耗500mA待機(jī)模式喚醒到全速工作模式。在外圍擴(kuò)展方面,MSP430F2013還集成了16位Σ - ΔAD、16位定時(shí)器、看門狗定時(shí)器、調(diào)電檢測(cè)(BOR) 、USI通訊模塊(支持SP I, I2C)等,MSP430F2013的MCU平臺(tái)可滿足對(duì)超低功耗工業(yè),如計(jì)量、

50、便攜式儀表以及智能傳感的需要。如圖：</p><p>　　圖3.2 MSP430F2013單片機(jī)</p><p>　　上圖就是我們所用到的MSP430F2013單片機(jī)的原理圖，信號(hào)從左邊輸入經(jīng)單片機(jī)處理再?gòu)娘@示器顯示出來(lái)，其中圖中的D2、D3、D4分別控制LED三個(gè)數(shù)碼管的顯示，DATA、CLK端連接驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)的傳送。</p><p>　　然后我們知道MS

51、P430F2013單片機(jī)具有很高的集成度，可完成信號(hào)的放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、軟件濾波, 同時(shí)將處理的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。AD轉(zhuǎn)換后將16位數(shù)字信號(hào)以4～20mA電流環(huán)輸出,為滿足信號(hào)傳輸過(guò)程中對(duì)噪聲、安全性和距離等方而的要求,在MCU和AD轉(zhuǎn)換之間通過(guò)光電隔離。</p><p>　　通過(guò)設(shè)定SD16AE和SD16 INCTL0,使得P1.0和P1.1的工作狀態(tài)分別為A0+、A0- 。系統(tǒng)采用內(nèi)部參考電壓,測(cè)量信號(hào)的

52、電壓輸入為0～500 mV,在前端模擬量的輸入要用穩(wěn)壓管進(jìn)行限幅。系統(tǒng)可以根據(jù)外界信號(hào)的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的精度,只需拉高P2.6同時(shí)調(diào)節(jié)外部輸入的模擬量為所測(cè)量的最大值,這時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)整PGA (程控增益放大器)。以穩(wěn)定內(nèi)部調(diào)整器工作放大器和外部晶體管構(gòu)成的反饋回路。調(diào)整電壓輸出VCC為+3V. 由于外接調(diào)整管2SK30A提供的電流較小,所以使用了NPN型三極管直接從供電回路獲得4～20mA電流。</p><p>

53、　　3.2 LED及其驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　由于MSP430F2013單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力比較弱，不能滿足設(shè)計(jì)所要求的顯示儀顯示3位數(shù)值，雖然可以三極管設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是這樣對(duì)于單片機(jī)的I/O串行借口要求比較高，msp430F2013單片機(jī)很難實(shí)現(xiàn)，所以再三考慮后選擇了74HC595寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　LED 驅(qū)動(dòng)采用動(dòng)態(tài)定時(shí)刷新驅(qū)動(dòng)，采用一片74HC595

54、作為段驅(qū)動(dòng)芯片，每一段單獨(dú)限流。LED 數(shù)碼管需要采用高亮的型號(hào)才能保證在次低功耗電路中的亮度。74HC595采用兩線驅(qū)動(dòng)，將鎖存線與時(shí)鐘線合在一塊，節(jié)省單片機(jī)的IO 口。74HC595芯片自身靜態(tài)功耗很低。位驅(qū)動(dòng)采用單片機(jī)管腳直接驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　74HC595 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的通用移位寄存器, 并行輸出端具有輸出鎖存功能。顯示器由4 個(gè)LED 數(shù)碼管構(gòu)成, LED 數(shù)碼管的段選碼與位選碼由

55、2 片74HC595 移位寄存器控制; 移位寄存器的控制信號(hào)由主控器件LM3S301 產(chǎn)生, 通過(guò)SQH 引腳和SER 引腳級(jí)聯(lián)2 片74HC595,將74HC595 的移位時(shí)鐘信號(hào)( SCK) 、鎖存時(shí)鐘信號(hào)(RCK) 、串行數(shù)據(jù)信號(hào)( SI) 分別接控制器LM3S301的SSICLK、SSIFss、SSITx 引腳。74HC595是具有8位移動(dòng)寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出

56、功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。數(shù)據(jù)在SCHcp的上升沿輸入，在stcp的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7’）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能 OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。</p><p>　　圖3.3 74HC595驅(qū)動(dòng)電

57、路</p><p>　　74HC595各個(gè)引腳的功能：</p><p>　　Q1~7 是并行數(shù)據(jù)輸出口，就是儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出口</p><p>　　Q7' 串行輸出口，其應(yīng)該接SPI總線的MISO接口。</p><p>　　STcp 存儲(chǔ)寄存器的時(shí)鐘脈沖輸入口。</p><p>　　

58、SHcp 移位寄存器的時(shí)鐘脈沖輸入口。</p><p>　　OE 輸出使能端，低電平有效。</p><p>　　MR 芯片復(fù)位端，低電平有效。</p><p>　　Ds 串行數(shù)據(jù)輸入端。</p><p><b>　　應(yīng)用說(shuō)明：</b></p><p>　　每當(dāng)s

59、pi-shcp上升沿到來(lái)的時(shí)侯，spi-ds引腳當(dāng)前電平值在移位寄存器中左移一位，在下一個(gè)上升沿到來(lái)時(shí)移位寄存器中的所有位都會(huì)向左移一位，同時(shí)Q7'也會(huì)串行輸出移位寄存器中高位的值，這樣連續(xù)進(jìn)行8次，就可以把數(shù)組中每一個(gè)數(shù)（8位的數(shù)）送到移位寄存器； 然后當(dāng)spi_stcp上升沿到來(lái)時(shí)，移位寄存器的值將會(huì)被鎖存到鎖存器里，并從Q1~7引腳輸出。</p><p>　　圖3.4 管腳示意圖</p>

60、<p><b>　　管腳說(shuō)明：</b></p><p>　　圖3.5 管腳的輸入輸出圖</p><p>　　常見的多位數(shù)碼管顯示器驅(qū)動(dòng)電路是將所有的N 位段選碼并聯(lián), 由一片74HC595 控制, 其電路圖如下圖 所示。由于所有LED 的段選碼是由一個(gè)74HC595 并行輸出端口控制, 因此, 每一時(shí)刻, N位LED 顯示相同字符。若每位顯示不同字符,

61、就必須采用掃描的方法, 即在每一時(shí)刻只使用一位顯示字符。此時(shí), 74HC595 并行輸出端口輸出響應(yīng)字符段選碼, 而位選則控制I/O 端口在該顯示位送入的選通電平, 以保證該位顯示響應(yīng)字符。如此輪流, 使每位分時(shí)顯示該位字符。由于74HC595 具有鎖存的功能, 而且串行輸入段選碼需要一定時(shí)間, 因此, 無(wú)需延現(xiàn)象即可獲得視覺(jué)暫留效果。但是, 此種方法有兩個(gè)缺點(diǎn)：硬件方面: N 位LED顯示要求N 條I/O 端口線, 需要占用較多的主控

62、器件端口, 使得端口的使用率降低; 軟件方面: 為實(shí)現(xiàn)串行移位及鎖存輸出功能, 需編寫專門的源程序產(chǎn)生74HC595 所需的標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)序, 代碼比較長(zhǎng), 且調(diào)試的升級(jí)十分繁瑣。</p><p>　　圖3.6 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p>　　3.3 MCU及A/D采集</p><p>　　MCU 采用TI 公司新推出的MSP430F2013型單片機(jī)。他是一個(gè)

63、16位的超低功耗單片機(jī)，內(nèi)部資源具有2KB 的FLASH,一個(gè)具有兩個(gè)定時(shí)模塊的定時(shí)器，F(xiàn)LASH 信息存儲(chǔ)器，16位的A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部1.2.4.8.16.32倍的PGA 放大器，內(nèi)部DCO 振蕩器，以及內(nèi)部低頻VLO 振蕩器，低電壓復(fù)位監(jiān)視器，復(fù)位電路，以及j 調(diào)試接口。MSP430F2013芯片內(nèi)部資源豐富，幾乎不用添加外部器件就可以獨(dú)立工作，而其功耗可以使用靈活的時(shí)鐘模塊和低功耗模式達(dá)到超低功耗的目的，所以本設(shè)計(jì)采用此芯片能

64、達(dá)到超低功耗的性能。</p><p>　　3.4 電流取樣與供電電路</p><p>　　電源我們采用TI的并聯(lián)基準(zhǔn)電壓TL431芯片，他是一個(gè)良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流并聯(lián)型的穩(wěn)壓電源，自身穩(wěn)壓功耗大約100μA左右,穩(wěn)壓在3V左右。對(duì)于設(shè)計(jì)要求比較復(fù)合。電流在4mA時(shí)可以大約供出電流3.9mA，在20mA時(shí)通過(guò)自身流過(guò)多余的16mA電流，所以輸出電壓一直是穩(wěn)定的。此電壓作為表頭整

65、機(jī)電源。TL431電路接法采用典型應(yīng)用電路，只要注意最小工作電流要滿足要求即可。電路中具有一個(gè)防止接反二極管C1保護(hù) 。</p><p>　　圖3.7 電流的取樣與供電</p><p><b>　　3.5 放大器</b></p><p>　　由于MSP430F2013的A/D 輸入共模電壓范圍不能低于地，所以如果要采集回路電流，必須將回路電流

66、使用運(yùn)算放大器放大采集回來(lái)，所以使用放大器反向放大方法將采集電阻上的電壓反向放大到A/D 的共模范圍內(nèi)，這樣就可以正確的采集了，但是放大器的共模電壓范圍也比較窄，本設(shè)計(jì)采用的是低電壓低功耗的普通單電源放大器，所以要使放大器正常工作，必須給放大器提供負(fù)電源才可以。負(fù)電源產(chǎn)生的方法比較多，可以使用專用的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，如ICL7660等，但是考慮到電路板面積和成本，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)輸出矩形波，然后使用二極管整流方法，使用了兩個(gè)電容和兩個(gè)二極管即

67、可達(dá)到要求。成本優(yōu)勢(shì)十分明顯，電路也更加簡(jiǎn)捷。負(fù)電源共給放大器使用，我們選擇TI 公司的LMV358放大器：</p><p>　　圖3.8 電流取樣與反向放大電路</p><p>　　此放大器功耗很低大約100μA 左右。負(fù)電源絕對(duì)可以滿足放大器的要求。單片機(jī)輸出矩形波方法橫多，可以使單片機(jī)輸出內(nèi)部時(shí)鐘，或者使用定時(shí)器輸出?；芈冯娏鞑杉ㄟ^(guò)在系統(tǒng)地線以下接20歐姆的電流采樣電阻，被告測(cè)

68、量電流最大值由電流變送器決定，一般為20mA，即所取電壓最大值為400mV。而送至單片機(jī)A/D輸入的最高電壓為600mV（由單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定），因此，放大器的電壓增益為</p><p><b>　　倍</b></p><p>　　決定電壓增益的電阻R4、R5、R7均取為10kΩ電阻，其中R7采用精密可調(diào)電位器。電阻要求溫漂要小,對(duì)精度要求不大。人機(jī)接口使用2個(gè)按鍵以及4

69、位LED 數(shù)碼管，單片機(jī)采集按鍵狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管與操作者交互。按鍵所采用獨(dú)立端口按鍵。</p><p>　　3.6 成型總電路圖</p><p>　　到這里我們的硬件設(shè)計(jì)也基本完成了，本設(shè)計(jì)中運(yùn)用了多種比較有針對(duì)性的器件。比如選擇LMV358放大器是因?yàn)楣暮艿椭挥?00μA左右，選擇用74HC595做驅(qū)動(dòng)芯片，是因?yàn)樗遣捎秒p線驅(qū)動(dòng)，將鎖存線與時(shí)鐘線合在一起，從而可以節(jié)省單片機(jī)的

70、接口；選擇MSP430F2013單片機(jī)是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的基本構(gòu)架是16位的，有運(yùn)算速度快、編程效率高、抗干擾能力強(qiáng)等等特點(diǎn)，最重要是MSP430單片機(jī)的低功耗是其他單片機(jī)無(wú)法比擬的。通過(guò)對(duì)這些元器件的熟知和設(shè)計(jì)原理的認(rèn)識(shí)，可以輕松的設(shè)計(jì)出完成的成型電路。</p><p>　　圖3.9總體方案電路圖</p><p><b>　　第4章 軟件的設(shè)計(jì)</b></p>

71、;<p>　　4.1 MSP430單片機(jī)原理</p><p>　　在結(jié)構(gòu)上MSP430系列單片機(jī)集成了一部計(jì)算機(jī)的各個(gè)基本組成部分。雖然其工作原理與普通微機(jī)并無(wú)差異，但MSP430系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上更加突出了體積小、功能強(qiáng)、面向控制的特點(diǎn)，具有很高的性能價(jià)格比[2]。</p><p>　　1．MSP430系列單片機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器和外圍模塊組成，這些部件通過(guò)內(nèi)部地址總線、數(shù)

72、據(jù)總線和控制總線相連構(gòu)成單片微機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　2. MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指令集的宗旨來(lái)設(shè)計(jì)的。具有豐富的寄存器資源、強(qiáng)大的處理控制能力和靈活的操作方式。</p><p>　　3. MSP430的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)采用了統(tǒng)一編址方式，可以使得對(duì)外圍模塊寄存器的操作象普通的RAM單元一樣方便、靈活。MSP430存儲(chǔ)器的信息類型豐富，并具有很強(qiáng)的系統(tǒng)外圍模塊擴(kuò)展的能力[3

73、]</p><p>　　4.2 MSP430單片機(jī)的微功耗特點(diǎn)及保護(hù)器</p><p>　?。?）高集成度的完全單片化設(shè)計(jì)。</p><p>　　將很多外圍模塊集成到了MCU芯片中，增大硬件的容量。內(nèi)部以低功耗、低電壓的原則設(shè)計(jì)，這樣系統(tǒng)不僅功能強(qiáng)、性能可靠、成本降低，而且便于進(jìn)一步微型化和便攜化。 </p><p>　　（2）內(nèi)部電路可選

74、擇性工作。</p><p>　　MSP430F2013單片機(jī)可以通過(guò)特殊功能寄存器選擇使用不同的功能電路，即依靠軟件選擇其中不同的外圍功能模塊，對(duì)于不使用的模塊使其停止工作，以減少無(wú)效的功耗。 </p><p>　　（3）具有高速和低速兩套時(shí)鐘。</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行頻率越高，電源功耗就會(huì)相應(yīng)增大。為更好地降低功耗，該單片機(jī)可采用三套獨(dú)立的時(shí)鐘源：高速的主時(shí)

75、鐘、低頻時(shí)鐘（如32.768kHz）以及DCO片內(nèi)時(shí)鐘?？稍跐M足功能需要的情況下按一定比例降低MCU主時(shí)鐘頻率，以降低電源功耗。在不需要高速運(yùn)行的情況下，可選用副時(shí)鐘低速運(yùn)行，進(jìn)一步降低功耗。通過(guò)軟件對(duì)特殊功能寄存器賦值可改變CPU的時(shí)鐘頻率，或進(jìn)行主時(shí)鐘和副時(shí)鐘切換。</p><p>　?。?）具有多種節(jié)能工作模式。</p><p>　　MSP430單片機(jī)具有五種節(jié)能模式：LPM0、LP

76、M1、LPM2、LPM3、LPM4。這五種模式為其功耗管理提供了極好的性能保證。圖1顯示了活動(dòng)狀態(tài)（AM）與各種節(jié)能模式下消耗的實(shí)際工作電流大小[14] </p><p>　　新型的智能保護(hù)裝置使用雙CPU結(jié)構(gòu)，采用兩片MSP430單片機(jī)作為控制器，分別為主控單片機(jī)和輔助控制單片機(jī)。主控單片機(jī)通過(guò)自帶的ADC模塊測(cè)量電網(wǎng)電壓、電流、剩余電流、有功功率和變壓器溫度等信息。主控單片機(jī)根據(jù)測(cè)量得到的信息控制繼電器完成過(guò)

77、熱保護(hù)、智能限電與反時(shí)限切除負(fù)載等功能。而且主控單片機(jī)通過(guò)自帶的異步串行接口控制GSM通訊控制模塊，這樣裝置可以把各種電網(wǎng)信息與各支路繼電器分合狀態(tài)發(fā)給號(hào)碼簿上的手機(jī)用戶，而用戶也可以通過(guò)手機(jī)完成儀器自檢和各支路的分合閘等操作[5]。</p><p>　　輔助單片機(jī)通過(guò)自帶的ADC模塊實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)的線路電流與剩余電流，在線路電流過(guò)大時(shí)，第一時(shí)間向主控單片機(jī)發(fā)出信號(hào)指令；而在剩余電流過(guò)大時(shí)，在設(shè)定時(shí)限后立即向主控單

78、片機(jī)發(fā)出信號(hào)指令。主控單片機(jī)將該信號(hào)指令作為優(yōu)先級(jí)最高的中斷信號(hào)，然后立即進(jìn)行跳閘操作。這樣就達(dá)到了在線路電流過(guò)大與發(fā)生觸電事故時(shí)快速動(dòng)作的目的，此外輔助單片機(jī)還可作為主單片機(jī)的定時(shí)器[6`7]。在對(duì)線路電流的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，當(dāng)線路電流超過(guò)額定值的500％時(shí)，輔助單片機(jī)立即向主單片機(jī)輸出跳變信號(hào)，而主控單片機(jī)接到信號(hào)后立即驅(qū)動(dòng)主繼電器執(zhí)行跳閘操作；而當(dāng)線路電流超過(guò)額定電流而小于額定電流的500％時(shí)，主控單片機(jī)延遲一段時(shí)間后驅(qū)動(dòng)支路繼電器執(zhí)行

79、跳閘操作，延遲的時(shí)間原則上與線路電流超過(guò)額定值的程度成反比，而支路繼電器的跳閘的順序則遵循循環(huán)限電的原則，力求達(dá)到公平[8]。在對(duì)剩余電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)過(guò)程中，儀器可以根據(jù)四個(gè)小時(shí)內(nèi)剩余電流的最大值來(lái)自動(dòng)的選擇跳閘的檔位，可以保證在不同天氣環(huán)境狀況下剩余電流的保護(hù)都能穩(wěn)定的動(dòng)作，此外，儀器可以對(duì)剩余電流保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，從而使支路保護(hù)和總保護(hù)都能準(zhǔn)確的動(dòng)作。16個(gè)鍵組成的鍵盤可以方便的完成人機(jī)交互</p><p>

80、;<b>　　4.3 程序的編寫</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件主要需要完成以下功能，A/D 采集，負(fù)電壓產(chǎn)生，LED 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，菜單化參數(shù)設(shè)定以及標(biāo)定，按鍵檢測(cè)，參數(shù)存儲(chǔ)及讀取。所以要根據(jù)以上要求分配單片機(jī)內(nèi)部資源。A/D 設(shè)定：A/D 的設(shè)定主要是設(shè)定其工作方式，連續(xù)與單次工作方式，設(shè)置模擬采集通道，圖中采用A0和A1通道，設(shè)定A0通道連接外部管教，A1接內(nèi)部地。設(shè)定A/D 的時(shí)鐘

81、，設(shè)定輸出2進(jìn)制碼格式等。定時(shí)器設(shè)定：定時(shí)器主要完成方波輸出，以及LED 定時(shí)刷新。采用中斷方式。分配內(nèi)部模塊CCR1為定時(shí)輸出方波脈沖，脈沖頻率可調(diào)，比內(nèi)部時(shí)鐘輸出更加靈活。內(nèi)部模塊0作為定時(shí)器，大約定時(shí)在16ms 左右，這樣刷新LED 的頻率在60Hz 左右，不會(huì)頻閃，在模塊0定時(shí)周期內(nèi)檢測(cè)按鍵，按鍵檢測(cè)的速度有點(diǎn)快，可以在內(nèi)部對(duì)此時(shí)間分頻，比如每6個(gè)中斷檢測(cè)一次按鍵即可。校準(zhǔn)和設(shè)定參數(shù)保存讀?。菏褂脝纹瑱C(jī)內(nèi)部的FLASH 信息存儲(chǔ)

82、器作為存儲(chǔ)器，每次校準(zhǔn)完畢保存，每次上電再讀取。MSP430F2013單片機(jī)的FLASH 只有2kB，所以要完成本表頭的設(shè)計(jì)工作。需要的是仔細(xì)的編寫程序，要節(jié)約每一個(gè)存儲(chǔ)空間，巧妙的編程思路和方法。</p><p>　　編程思路是這樣的：先對(duì)相關(guān)的端口寄存器進(jìn)行初始化，啟動(dòng)看門狗后，讀取并處理A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，取得LED字型后最后顯示出來(lái)。整個(gè)軟件流程圖如下框圖所示：</p><p>　　

83、圖4.1 軟件流程圖</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)處理顯示部分說(shuō)明：首先，在程序中先定義一個(gè)數(shù)值index然后對(duì)其取值，并把值放到result的數(shù)組里面，取完32次值后程序完成結(jié)束。然后執(zhí)行下一個(gè)語(yǔ)句，首先對(duì)Average進(jìn)行清零。然后對(duì)result數(shù)組里面的值進(jìn)行累加。因?yàn)橐奂?2次，為了避免程序的繁瑣，這里我用了一個(gè)循環(huán)語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。之后是對(duì)已累加完成的Average取平均值。實(shí)現(xiàn)的方法是對(duì)已完成的

84、Average向左移動(dòng)5位取值，程序的數(shù)值都以二進(jìn)制存在，向左移動(dòng)5位正好縮小32倍，從而取得平均值。接著是對(duì)數(shù)值的輸出，比如我們最后要輸出的數(shù)字是258，首先我們對(duì)該數(shù)值縮小100倍取整數(shù)，然后輸人對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管0位顯示數(shù)值2。接著我們?cè)谟迷瑼verage中的數(shù)值減去Dispbuf[0]中放大100倍后的數(shù)值（也就是200）并縮小10倍取整數(shù)，然后輸人對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管1位顯示數(shù)值5.最后還是用原Average的數(shù)值減去dispbuf[0]中

85、放大100倍后的數(shù)值和dispbuf[1]中放大10倍后的數(shù)值（258-200-50=8）,輸人對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管2顯示出來(lái)?；境绦蛉缦拢?lt;/p><p>　　#pragma vector = SD16_VECTOR</p><p>　　__interrupt void SD16ISR(void)</p><p><b>　　{ </b><

86、;/p><p>　　static uchar index;</p><p>　　Results[index++] = SD16MEM0; // Move results, IFG is cleared</p><p>　　if(index == 32)</p><p>　　{ uchar i;<

87、/p><p>　　Average = 0;</p><p>　　for(i = 0; i < 32; i++)</p><p>　　Average += Results[i];</p><p>　　Average >>= 5; // 向左移動(dòng)5位，平均值/32</p>&

88、lt;p>　　Average *=600; // 平均值放大600倍</p><p>　　Average >>=16 ; // 向左移動(dòng)16位，平均值/65536 </p><p>　　index = 0;</p>&

89、lt;p>　　DispBuf[0] = Average/100; //顯示最后的值</p><p>　　DispBuf[1] = (Average - DispBuf[0]*100)/10;</p><p>　　DispBuf[2] = (Average - DispBuf[0]*100 - DispBuf[1]*10); </p><p&

90、gt;　　_BIC_SR_IRQ(LPM0_bits); // Clear LPM0</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　第五章 調(diào)試</b></p><p>　　在完成

91、電路的設(shè)計(jì)后，我們用protel99 SE軟件把設(shè)計(jì)已經(jīng)完成的電路制作成pcb板。當(dāng)然制作PCB版也有許多需要注意的事項(xiàng)。</p><p>　　元器件布局時(shí)，在網(wǎng)表輸入以后，所有的元器件都會(huì)放在工作區(qū)的零點(diǎn)，重疊在一起，下一步的工作就是把這些元器件分開，按照規(guī)則擺放整齊，即元器件布局。我用的是手工布局，布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起。所以在有數(shù)字器件和模擬器

92、件時(shí)要分開，盡量遠(yuǎn)離，去耦電容盡量靠近器件的VCC 。還有就是在放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集。然后就是步線了，布線我同樣選擇用手工布線，因?yàn)樽詣?dòng)布線不能把電路圖布的很有規(guī)則，對(duì)于之后生成的PCB板有很大的影響。而且在一些特殊封裝也只能用手工布線。還有就是在PCB板制作的過(guò)程中也學(xué)會(huì)了很多需要注意的地方：比如電源線和地線盡量加粗， 去耦電容盡量與VCC直接連接，將所有的器件管腳設(shè)置為熱焊盤方式，做法是將Filter設(shè)為Pins，

93、選中所有的管腳，修改屬性，在Thermal選項(xiàng)前打勾等等。電路圖PCB圖如下所示：</p><p>　　圖5.1 PCB板示意圖</p><p>　　然后將設(shè)計(jì)好的PCB圖打印出來(lái)，經(jīng)過(guò)熱轉(zhuǎn)印將PCB電路圖印制在覆銅板上；接著，將覆銅板放在濃鹽酸加雙氧水的溶解液里腐蝕；最后，將腐蝕好的電路板進(jìn)行鉆孔，涂上松香水晾干，等待焊接元器件。根據(jù)電路原理圖確定所需的電子元器件清單，將各元器件按PCB

94、位置放好進(jìn)行焊接。電路板焊接好以后，首先要做的是檢查電路板是否存在短接，虛焊等情況。對(duì)壞掉的地方進(jìn)行修補(bǔ)。電路調(diào)試這一環(huán)節(jié)很重要，硬件電路的調(diào)試成功是軟件系統(tǒng)能夠運(yùn)行的前提。在電路板通上電以前一定要確保電路的正確性，尤其是不能出現(xiàn)電源短路的情況。否則，電路有被燒壞的危險(xiǎn)。硬件調(diào)試時(shí)，首先要根據(jù)電路原理圖，對(duì)重要的信號(hào)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)線進(jìn)行測(cè)量，確保得到的值是符合原本設(shè)計(jì)要求的。最后下載程序，把編程好的程序燒寫進(jìn)單片機(jī)。然后調(diào)試，完成最后的顯示

95、工作,如下圖所示。不過(guò)在最后完成調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)電流范圍在3~25mA，覆蓋了設(shè)計(jì)要求的4~20mA。進(jìn)過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在通以3mA的電流時(shí)，在暗環(huán)境下，顯示儀能清楚的顯示出數(shù)字。 最重要還是程序的編寫，一個(gè)好的軟件系統(tǒng)將是一個(gè)系統(tǒng)最終成功的保證。</p><p><b>　　圖5.2總體實(shí)物圖</b></p><p><b>　　總結(jié)</b>&l

96、t;/p><p><b>　　該系統(tǒng)的突出特點(diǎn)：</b></p><p>　　一：在于使用了 TI 的 MSP430F2013 單片機(jī)，并充分的使用了內(nèi)部資源，達(dá)到電路簡(jiǎn)捷，成本低的特點(diǎn)。</p><p>　　二：合理的利用74HC595寄存器來(lái)彌補(bǔ)MSP430F2013單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力弱、I/O串行接口不足的問(wèn)題</p><p&

97、gt;　　三：巧妙的負(fù)電源發(fā)生電路以及回路電流的采集。</p><p>　　四：并聯(lián)型的穩(wěn)壓電源的使用，確保電路代工作電壓的穩(wěn)定和回路電流的通過(guò)。</p><p>　　從去年11月份開始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作，時(shí)至今日，論文基本完成。在剛確定論文設(shè)計(jì)的題目后，我就開始著手資料的收集，在指導(dǎo)老師的指點(diǎn)下，通過(guò)各種渠道開始準(zhǔn)備工作—通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、圖書館搜集相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等。通過(guò)一個(gè)月的

98、深入學(xué)習(xí)，搜集了一大堆與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。并在與指導(dǎo)老師的溝通與探討后，確定了設(shè)計(jì)的基本綱要。發(fā)現(xiàn)了MCS-51的單片機(jī)不能滿足設(shè)計(jì)低功耗的要求，經(jīng)過(guò)再三比較后，選擇了MSP430F2013單片機(jī)來(lái)完成設(shè)計(jì)。然而，我在這之前對(duì)MSP430F2013單片機(jī)一點(diǎn)都沒(méi)有接觸過(guò)，可以說(shuō)是一片空白。所以只能從頭學(xué)起，通過(guò)自學(xué)，網(wǎng)上查找資料，請(qǐng)教專業(yè)課老師使自己對(duì)MSP430F2013單片機(jī)有

99、進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。對(duì)于方案中要求LED顯示至少三位數(shù)值比較頭疼，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行比較，最后選擇了74HC595集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕。在整個(gè)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，對(duì)于出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不要輕視，要通過(guò)正確的途徑去解決，在做事

100、情的過(guò)程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問(wèn)題的。</p><p>　　在設(shè)計(jì)期間非常感謝陳老師給我的幫助，不厭其煩的幫我們解決出現(xiàn)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)上也給我們很好的建議，使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)們?；叵脒@段日子的經(jīng)

101、歷和感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的回憶和收獲。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1]范羽．電流變送器原理及在工業(yè)上的應(yīng)用[J]．廣西輕工業(yè)，2010.5. </p><p>　　[2]Chris Nagy embedded systems design using the T

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