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目 錄
第一章 緒論 1
1.1數(shù)字電壓表的研究意義 1
1.2數(shù)字電壓表的研究概況 2
1.3本文的工作 3
第二章 MSP430單片機(jī)介紹 4
2.1單片機(jī)概述 4
2.2MSP430系列單片機(jī) 5
第三章 方案設(shè)計(jì)論述與選擇 10
3.1方案論述 10
3.2設(shè)計(jì)指標(biāo) 10
第四章 基于MSP430的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 12
4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
4.2硬件設(shè)計(jì) 12
4.3軟件設(shè)計(jì) 19
第五章 系統(tǒng)連接及性能測(cè)試 22
5.1系統(tǒng)連接 22
5.2性能測(cè)試 22
結(jié)束語(yǔ) 25
致 謝 26
參考文獻(xiàn) 27
附錄 28
1.3本文的工作
1）對(duì)系統(tǒng)總體框架進(jìn)行分析根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)設(shè)計(jì)基于MSP430的數(shù)字壓表的硬件系統(tǒng)以模塊設(shè)計(jì)法為依據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)；
2）設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)發(fā)揮單片機(jī)的處理功能強(qiáng)大運(yùn)算速度快的特點(diǎn)對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示；
3）針對(duì)系統(tǒng)的總體框架和硬件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)更合理的去完成系統(tǒng)測(cè)電壓的目的；
4）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)調(diào)試使得基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡可能的滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)；
第三章 方案設(shè)計(jì)論述與選擇
3.1 方案論述
3.1.1電源系統(tǒng)
方案一：由變壓器輸出雙9V交流電壓通過(guò)整流橋輸出正負(fù)5V直流電壓。在+5V與地之間接入一個(gè)LM4041和一個(gè)正向?qū)ǖ亩䴓O管，從而產(chǎn)生+2.05V電壓，在地與負(fù)5V之間接入一個(gè)LM4041產(chǎn)生一個(gè)-1.25V電壓，將+2.05和-1.25分別接到430單片機(jī)的DVCC和DVSS使單片機(jī)正常工作。將正負(fù)5V提供給模擬開(kāi)關(guān)4051和比較器LM393以及運(yùn)算放大器OPA2277使系統(tǒng)前級(jí)能正常工作。將+5V提供給后級(jí)顯示電路。
方案二：由變壓器輸出雙9V交流電壓通過(guò)整流橋輸出正負(fù)5V直流電壓。在+5V與地之間接入U(xiǎn)A78M33C直接產(chǎn)生3.3V直流電壓提供給430單片機(jī)工作。在+5V與地之間接入一個(gè)LM4041，從而產(chǎn)生+1.22V電壓，提供給比較器LM393作為基準(zhǔn)。在地與負(fù)5V之間接入一個(gè)LM4041產(chǎn)生一個(gè)-1.22V電壓提供給運(yùn)算放大器OPA2277后級(jí)以便提升電壓。
方案三：采用單片機(jī)電源方案，使用LM1117將USB電源轉(zhuǎn)換成5V電源，再通過(guò)穩(wěn)壓芯片TL431得到3.3V單片機(jī)工作電壓。
方案四：由變壓器將220V交流電壓轉(zhuǎn)成25V交流輸出，然后將25V輸出通過(guò)整流橋，變成直流電壓。加入濾波電容去除電源紋波，將所得直流電壓利用7912，7812芯片得到±12V直流電壓，再通過(guò)7805，7905得到±5V電壓。
3.1.2衰減電路
方案一：將電壓分為200V，20V，2V檔，輸入電壓經(jīng)電阻分壓經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)4051通過(guò)電壓跟隨器直接給單片機(jī)處理。
方案二：將電壓分為200V，20V，2V檔，輸入電壓經(jīng)電阻分壓，使其最大電壓在系統(tǒng)能夠承受的范圍之內(nèi)。經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)4051通過(guò)放大器以及電壓提升后傳送給單片機(jī)處理。
方案三：將電壓分為50V，5V檔，輸入電壓經(jīng)電阻分壓，使其最大電壓在系統(tǒng)能夠承受的范圍之內(nèi)，經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)4051通過(guò)放大器以及電壓提升后傳送給單片機(jī)處理。
方案四：使用Matlab擬合工具箱。通過(guò)擬合手段得出相關(guān)比例系數(shù)和比例關(guān)系，從而得到衰減后的電壓。
3.1.3方案的確定
由于電源方案四和衰減方案四系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用原件比較少，所以誤差比較小，故采用電源的方案三和衰減電路的方案四。
3.2設(shè)計(jì)指標(biāo)
1）電壓測(cè)試范圍:直流-15V~15V;
2）精度:優(yōu)于0.5%;
3）硬件主板PCB：77mm*106mm;
4）系統(tǒng)工作輸入電壓：交流220V;
系統(tǒng)連接 將P53接口通過(guò)杜邦線（白線）接到GND端，測(cè)量小量程（-3.3V~3.3V）時(shí)，按下K1鍵，直接將P60端與待測(cè)電壓端通過(guò)杜邦線（棕線）相接，從而在液晶顯示屏上得到待測(cè)電壓；測(cè)量大量程（±3.3V~±15V）時(shí)，按下K2鍵，將P60端串接分壓電阻(棕線)，再與待測(cè)電壓端相接（紅線），得到待測(cè)電壓。 系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.1所示： 圖5.1 系統(tǒng)實(shí)物圖 5.2性能測(cè)試 測(cè)試工具：臺(tái)式直流穩(wěn)壓電源、UD360數(shù)字電壓表 接通系統(tǒng)電源，采用分檔測(cè)量臺(tái)式直流穩(wěn)壓輸出電壓與UD360數(shù)字電壓表測(cè)量電壓相比較，得到測(cè)試結(jié)果如下。 采用上述測(cè)量步驟，得到200mV檔測(cè)試結(jié)果如表5.1所示：
表5.1 200mV檔測(cè)試
采用上述測(cè)量步驟，得到2000mV檔測(cè)試結(jié)果如表5.2所示： 表5.2 2000mV檔測(cè)試
采用上述測(cè)量步驟，得到15V檔測(cè)試結(jié)果如表5.3所示： 表5-3 15V檔測(cè)試
采用上述測(cè)量步驟，得到-15V檔測(cè)試結(jié)果如表5.4所示： 表5.4 -15V檔測(cè)試
從表5-1、5-2、5-3、5-4中可以看出，電壓表各檔位測(cè)量正常，測(cè)量精度基本滿足系統(tǒng)要求，誤差均在可以接受范圍之內(nèi)，較好的完成了題目要求。
結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)了三個(gè)多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《基于MSP430的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)》的論文。從開(kāi)始接到論文題目到電壓表的制作完成，再到論文的完成，每一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)，也有很多感受。從對(duì)單片機(jī)，電路焊接等相關(guān)技術(shù)很不了解的狀態(tài)，我開(kāi)始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書(shū)籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩的作品一步一步完善起來(lái)，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲。 本課題由于使用MSP430自帶的12位AD轉(zhuǎn)換功能，具有非常良好的測(cè)量精度；采用12864液晶顯示模塊，能夠顯示漢字，具有良好的人機(jī)交互功能；應(yīng)用反相器從而能夠進(jìn)行負(fù)電壓的測(cè)量。這次設(shè)計(jì)的不足之處是由于時(shí)間的原因未能將量程做的更大，停留在2位數(shù)量程上。 這次做論文的經(jīng)歷使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒(méi)有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就談不上論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后的學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步！
致 謝
本論文是在導(dǎo)師潘世輝高級(jí)工程師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我的熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！
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