【TI 技术资料分享】+ 基于launchpad的简易数字万用表

3万 · 2015-1-23 22:08

本帖最后由 dirtwillfly 于 2015-1-23 22:08 编辑

一：本设计基于MSP430G2231为核心控制系统，结合适量的硬件设计，配合12864液晶，制作出一个自动量程的电压，电阻，温度测试仪表。电压量程在0-11V,电阻档量程：0-100kΩ，温度适于室温测量。此表多适用于电子DIY爱好者使用。
二：原理

当被测电压VDD时，由上图可知，我们只需测出V值，即可知道VDD值。VDD=V*(R9+R10)/R10.而V的值可用430的ADC采集得到。

2. 电阻测量：

原理和电压测量一样当VDD已知，R10已知，V已知时。R9的阻值：R9=(VDD/V-1)*R10。

3：温度测量：基于18B20。DS1820 数字温度计以9 位数字量的形式反映器件的温度值。

DS1820 通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS1820 之间仅需一条连

接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。

因为每个 DS1820 都有一个独特的片序列号，所以多只DS1820 可以同时连在一根单线总线上，

这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC 环境控制、探测建筑物、仪

器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。

整体设计思路

三：电路实现

1：电阻与电压测量外围硬件电路图，电压测量时，高电位端接红表笔，低电位端接黑表笔。通过运放的电压跟随，解决了数字万用表仅使用于测量恒压源的窘境，但同时也由于运放的限制，测量电压范围变小。当测量电压低于2V时，ADC0采集的电压值有效，作为测量值，而ADC1采样无效。每次测量都是由大量程开始，通过程序判断，该量程是否合适，如量程太大，进行小量程切换。

2：电阻的测量是本设计的经典，不借助于模拟开关，手动开关选档。而借助于单片机IO口的上拉输出，高阻态输入完成自动选档。如当P12为高电平时，P13为高阻态时，R5与被测电阻形成通路分IO口电压，然后再经358跟随供AD采集。通过切换P12，P13的输入输出状态即可实现档位切换。

18B20具有很多优秀的特性，如零待机功耗，独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯，报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。

3：电源模块

因为用的是MSP430的LAUNCHPAD开发板，故3,5V供电电压不用单独制作。只需产生运放需要要的12V电压，本设计依赖34063的芯片的升压，由5V升到12V。

4：液晶显示模块

此设计也是经典之举，尽管抬高了此作品的造价，因430总共只有10个可操控IO口，而一般的显示模块都得用8个左右，而用12864的串行模式，同时运用MSP430的SPI通信，既方便又高效的完成了液晶显示的操作。同时采用5分钟定时息屏操作，从根本上解决了低功耗的问题，环保，节约。关于12864这里不再赘述。

4：按键模块

因为设计温度是一直显示，所以就只需对电阻，电压进行选择。所以运用了两个按键作为人际交互手段，而复位按键由MSP430开发板自身提供。

实物图

源码：

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/*

 * main.c

 */

#include <msp430.h>

typedef struct REG{

 unsigned bit0 : 1;

 unsigned bit1 : 1;

 unsigned bit2 : 1;

 unsigned bit3 : 1;

 unsigned bit4 : 1;

 unsigned bit5 : 1;

 unsigned bit6 : 1;

 unsigned bit7 : 1;

}REG;

typedef enum STATE{

 WELCOME = 1,

 VOLTAGE,

 RESISTANCE

}STATE;

#define uchar unsigned char

#define uint  unsigned int

#define jump_ROM 0xCC

#define start 0x44

#define read_EEROM 0xBE

typedef unsigned char byte;

typedef unsigned int word;

#define N_SAMPLE 12

#define P1 ((REG *) 0x0021)

#define RS P1->bit7

#define DQ P1->bit4           //DS18B20数据口

void dispnum(unsigned int a,unsigned char x,unsigned char y) ;

void dispuserset(unsigned int a,unsigned char x,unsigned char y);

volatile STATE state = WELCOME;

word adc_value[N_SAMPLE];

unsigned char TMPH,TMPL;

void Key_Init(void)

{

 P2SEL &= ~BIT6 + ~BIT7;

 P2REN |= BIT6 + BIT7;

 P2OUT |= BIT6 + BIT7;

 P2IE |= BIT6 + BIT7;

 P2IES |= BIT6 + BIT7;

 P2IFG &= ~BIT6 + ~BIT7;

}

void TimerA0_Init(void)

{

 TACCR0 = 30000;

 TACCR1 = 20000;

 TACTL = TASSEL_2 + MC_2 + ID_3;

 TACCTL1 = CCIE;

 TACTL |= TACLR;

}

void ADC_Init(void)

{

 ADC10CTL1 = CONSEQ_2;

 ADC10CTL0 = ADC10SHT_2 + MSC + ADC10ON + ADC10IE;

 ADC10DTC1 = N_SAMPLE;

 ADC10SA = (word) adc_value;

}

void ADC_Channel_Select(word channel)

{

 ADC10CTL1 &= 0x0fff;

 ADC10CTL1 |= channel;

 ADC10AE0 &= 0x00;

 ADC10AE0 = (1 << (channel >> 12));

}

 



inline void SPI_Init(void)

{

 USICTL0 |= USIPE6 + USIPE5 + USIMST + USIOE;

 USICTL1 |= USICKPH + USIIE;

 USICKCTL = USIDIV_4 + USISSEL_2;

 USICTL0 &= ~USISWRST;

 __enable_interrupt();

}

void SPI_Transmit(byte data)

{

 USISRL = data;

 USICNT = 8;

// while (!(USIIFG & USICTL1));

 LPM0;

}

/********************************************************************

* 名称 : delay()

* 功能 : 延时函数

* 输入 : 无

* 输出 : 无

***********************************************************************/

void delay(unsigned int yN)

{

 unsigned int i;

 for(i=0; i<yN; i++)

      ;

}

/********************************************************************

* 名称 : Reset()

* 功能 : 复位DS18B20

* 输入 : 无

* 输出 : 无

***********************************************************************/

uchar Reset(void)

{

 uchar deceive_ready;

 DQ = 0;

 delay(29);

 DQ = 1;

 delay(3);

 deceive_ready = DQ;

 delay(25);

 return(deceive_ready);

}

/********************************************************************

* 名称 : read_bit()

* 功能 : 从DS18B20读一个位值

* 输入 : 无

* 输出 : 从DS18B20读出的一个位值

***********************************************************************/

uchar read_bit(void)

{

 uchar i;

 DQ = 0;

 DQ = 1;

 for(i=0; i<3; i++);

 return(DQ);

}

/********************************************************************

* 名称 : write_bit()

* 功能 : 向DS18B20写一位

* 输入 : bitval（要对DS18B20写入的位值）

* 输出 : 无

***********************************************************************/

void write_bit(uchar bitval)

{

DQ=0;if(bitval==1)

DQ=1;

delay(5);

DQ=1;

}

/********************************************************************

* 名称 : read_byte()

* 功能 : 从DS18B20读一个字节

* 输入 : 无

* 输出 : 从DS18B20读到的值

***********************************************************************/

uchar read_byte(void)

{

 uchar i,m,receive_data;

 m = 1;

 receive_data = 0;

 for(i=0; i<8; i++)

 {

  if(read_bit())

  {

   receive_data = receive_data + (m << i);

  }

  delay(6);

 }

 return(receive_data);

}

/********************************************************************

* 名称 : write_byte()

* 功能 : 向DS18B20写一个字节

* 输入 : val（要对DS18B20写入的命令值）

* 输出 : 无

***********************************************************************/

void write_byte(uchar val)

{

 uchar i,temp;

 for(i=0; i<8; i++)

 {

  temp = val >> i;

  temp = temp & 0x01;

  write_bit(temp);

  delay(5);

 }

}



/********************************************************************

* 名称 : GETDATA()

* 功能 : 获取数据

* 输入 : 无

* 输出 : 温度值，整数

***********************************************************************/

unsigned int GETDATA()

{

 unsigned int temp;

  DQ = 0;

  Reset();

  write_byte(jump_ROM);

  write_byte(start);

  Reset();

  write_byte(jump_ROM);

  write_byte(read_EEROM);

  TMPL = read_byte();

  TMPH = read_byte();

  temp = TMPL>>4 + 4<<TMPH;

  return temp;

}

void LCD_Write_Cmd(byte com)

{

 RS = 1;

 SPI_Transmit(0xf8);

 SPI_Transmit(0xf0 & com);

 SPI_Transmit(0xf0 & (com << 4));

 RS = 0;

}

void LCD_Write_Dat(byte dat)

{

 RS = 1;

 SPI_Transmit(0xfa);

 SPI_Transmit(0xf0 & dat);

 SPI_Transmit(0xf0 & (dat << 4));

 RS = 0;

}

void LCD_Pos(byte x, byte y)

{

 byte pos;

 switch(x)

 {

 case 0:

  x = 0x80;

  break;

 case 1:

  x = 0x90;

  break;

 case 2:

  x = 0x88;

  break;

 case 3:

  x = 0x98;

  break;

 default:

  break;

 }

 pos = x + y;

 LCD_Write_Cmd(pos);

}



void LCD_Init(void)

{

 LCD_Write_Cmd(0x30);

 LCD_Write_Cmd(0x0c);

 LCD_Write_Cmd(0x01);

 LCD_Write_Cmd(0x02);

 LCD_Write_Cmd(0x80);

}

void LCD_Write_Str(byte x, byte y, char *str)

{

 LCD_Pos(x, y);

 while (*str)

 {

  LCD_Write_Dat(*str++);

 }

}

void LCD_Clear_Screen(void)

{

 LCD_Write_Cmd(0x34);

 LCD_Write_Cmd(0x30);

 LCD_Write_Cmd(0x01);

}

void Disp_Welcome_Msg(void)

{

 LCD_Write_Str(0, 1, "自动量程仪表");

 LCD_Write_Str(1, 0, "温度:   °C");

 LCD_Write_Str(2, 0, "1:电阻  2:电压");

 LCD_Write_Str(3, 0, "    欢迎使用");

}

word filter(void)

{

 word ad_val;

 int i;

 for (i = 0; i < N_SAMPLE; i++)

 {

  ad_val += adc_value[i];

 }

 ad_val /= N_SAMPLE;

 return ad_val;

}

 void Measure_Voltage(void)

{

 word ad_val = 0;

 byte flag=0;

 LCD_Write_Str(2, 0, "                ");

 LCD_Write_Str(2, 0, "电压:");

 LCD_Write_Str(3, 0, "                ");

 ADC_Channel_Select(INCH_1);

 ADC10CTL0 &= ~ENC;

 while (ADC10CTL1 & BUSY); // Wait if ADC core is active

 ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;  // Sampling and conversion start

 LPM0;

 ad_val = filter();

 if (ad_val > 150)

 {

  flag=1;

 }

 else

 {

  flag=0;

  ADC_Channel_Select(INCH_2);

  ADC10CTL0 |= ADC10SC;

  LPM0;

  ad_val = filter();

 }

 if(flag==1)

 {

  ad_val=ad_val*1.05;

  dispuserset(ad_val,3,2);

 }

 else

 {

  ad_val=ad_val*3.60;

  dispuserset(ad_val,3,2);

 }

 LCD_Write_Str(3, 4, "V");

}

inline void Measure_Resistance(void)

{

 byte flag=0;

 word ad_val,temp_adc;

 LCD_Write_Str(2, 0, "                ");

 LCD_Write_Str(2, 0, "电阻:");

 LCD_Write_Str(3, 0, "                ");

 P1DIR |= BIT2;

 P1DIR &= ~BIT3;

 P1OUT |= BIT2;

 ADC_Channel_Select(INCH_0);

 ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;  // Sampling and conversion start

 LPM0;

 ad_val = filter();

 if (ad_val > 150)

  {

   flag=1;

  }

  else

  {

   flag=0;

   P1DIR |= BIT3;

   P1DIR &= ~BIT2;

   P1OUT |= BIT3;

   ADC_Channel_Select(INCH_0);

   ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;  // Sampling and conversion start

   LPM0;

   ad_val = filter();

  }

 if(flag==1)

 {

   temp_adc=1024-ad_val;  //（带小数显示）

   temp_adc=ad_val*10/temp_adc;

   temp_adc=50*temp_adc;

   dispuserset(temp_adc,3,2);

   LCD_Write_Str(3, 4, "KOH");

 }

 else

 {

   temp_adc=1024-ad_val;  //（整数显示）

   temp_adc=ad_val*10/temp_adc;

   temp_adc=100*temp_adc;

   dispnum(temp_adc,3,2);

   LCD_Write_Str(3, 4, "OH");

 }

}

void main(void) {

 WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;

 P1DIR |= BIT7 + BIT4;

 SPI_Init();

 LCD_Init();

 ADC_Init();

 Key_Init();

 TimerA0_Init();

 P1DIR |= BIT0;

// Disp_Welcome_Msg();

 for(;;)

 {

  switch(state)

  {

  case WELCOME:

   Disp_Welcome_Msg();

   //dispnum(GETDATA(),1,2);

   break;

  case RESISTANCE:

   Measure_Resistance();

   break;

  case VOLTAGE:

   Measure_Voltage();

   break;

  }

  LPM0;

 }

}

#pragma vector = USI_VECTOR

__interrupt void USI_ISR(void)

{

 USICTL1 &= ~USIIFG;

 LPM0_EXIT;

}

#pragma vector = TIMERA1_VECTOR

__interrupt void TIMERA1_ISR(void)

{

 switch(TAIV)

 {

 case 2:

  TACCR1 += 20000;

  LPM0_EXIT;

  break;

 }

}

#pragma vector = ADC10_VECTOR

__interrupt void ADC10_ISR(void)

{

 LPM0_EXIT;

}

#pragma vector = PORT2_VECTOR

__interrupt void PORT2_ISR(void)

{

 if (TACCTL0 & CCIFG)

 {

  if (P2IFG & BIT6)

  {

   if (state == VOLTAGE)

   {

    state = WELCOME;

   }

   else

   {

    state = VOLTAGE;

   }

  }

  if (P2IFG & BIT7)

  {

   if (state == RESISTANCE)

   {

    state = WELCOME;

   }

   else

   {

    state = RESISTANCE;

   }

  }

  TACCTL0 &= ~CCIFG;

  TACCR0 += 30000;

 }

 P2IFG &= ~BIT6 + ~BIT7;

}

/********************************************************************************/

void dispnum(unsigned int a,unsigned char x,unsigned char y)    //整数显示(4位数-9999)

{

 unsigned char flag,i=0;

 unsigned char out[5];

 out[0]=' ';

 out[1]=48+(a/1000);

 a=a%1000;

 out[2]=48+(a/100);

 a=a%100;

 out[3]=48+(a/10);

 out[4]=48+(a%10);

 flag=0;

 for(i=1;(i<4)&&(flag==0);i++)

 {

  if(out[i]==48)

  {

   out[i]=32;

  }

  else

  {

   flag=1;

  }

 }

 LCD_Pos( x, y);

 i=0;

 while (i<5)

 {

  LCD_Write_Dat(out[i]);

  i++;

 }

}

void dispuserset(unsigned int a,unsigned char x,unsigned char y)//小数显示(2位数+2位小数-99.99)

{

 unsigned char flag,i=0;

 unsigned char out[5];

 out[0]=48+(a/1000);

 a=a%1000;

 out[1]=48+(a/1000);

 a=a%100;

 out[2]='.';

 out[3]=48+(a/10);

    a=a%10;

 out[4]=48+a;

 flag=0;

 for(i=0;(i<2)&&(flag==0);i++)

 {

  if(out[i]==48)

  {

   out[i]=32;

  }

  else

  {

   flag=1;

  }

 }

 LCD_Pos( x, y);

 i=0;

 while (i<5)

 {

  LCD_Write_Dat(out[i]);

  i++;

 }

}