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【TI 技术资料分享】+ 基于launchpad的简易数字万用表

2019-07-28 19:10发布

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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
图片1.png

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：
图片2.png
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
图片3.png
三：电路实现 图片4.png
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。 图片5.png
图片6.png
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。 图片7.png
4：液晶显示模块 图片8.png
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 图片9.png
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 图片10.jpg
源码：
  1. /*
  2. * main.c
  3. */
  4. #include <msp430.h>
  5. typedef struct REG{
  6. unsigned bit0 : 1;
  7. unsigned bit1 : 1;
  8. unsigned bit2 : 1;
  9. unsigned bit3 : 1;
  10. unsigned bit4 : 1;
  11. unsigned bit5 : 1;
  12. unsigned bit6 : 1;
  13. unsigned bit7 : 1;
  14. }REG;
  15. typedef enum STATE{
  16. WELCOME = 1,
  17. VOLTAGE,
  18. RESISTANCE
  19. }STATE;
  20. #define uchar unsigned char
  21. #define uint  unsigned int
  22. #define jump_ROM 0xCC
  23. #define start 0x44
  24. #define read_EEROM 0xBE
  25. typedef unsigned char byte;
  26. typedef unsigned int word;
  27. #define N_SAMPLE 12
  28. #define P1 ((REG *) 0x0021)
  29. #define RS P1->bit7
  30. #define DQ P1->bit4           //DS18B20数据口
  31. void dispnum(unsigned int a,unsigned char x,unsigned char y) ;
  32. void dispuserset(unsigned int a,unsigned char x,unsigned char y);
  33. volatile STATE state = WELCOME;
  34. word adc_value[N_SAMPLE];
  35. unsigned char TMPH,TMPL;
  36. void Key_Init(void)
  37. {
  38. P2SEL &= ~BIT6 + ~BIT7;
  39. P2REN |= BIT6 + BIT7;
  40. P2OUT |= BIT6 + BIT7;
  41. P2IE |= BIT6 + BIT7;
  42. P2IES |= BIT6 + BIT7;
  43. P2IFG &= ~BIT6 + ~BIT7;
  44. }
  45. void TimerA0_Init(void)
  46. {
  47. TACCR0 = 30000;
  48. TACCR1 = 20000;
  49. TACTL = TASSEL_2 + MC_2 + ID_3;
  50. TACCTL1 = CCIE;
  51. TACTL |= TACLR;
  52. }
  53. void ADC_Init(void)
  54. {
  55. ADC10CTL1 = CONSEQ_2;
  56. ADC10CTL0 = ADC10SHT_2 + MSC + ADC10ON + ADC10IE;
  57. ADC10DTC1 = N_SAMPLE;
  58. ADC10SA = (word) adc_value;
  59. }
  60. void ADC_Channel_Select(word channel)
  61. {
  62. ADC10CTL1 &= 0x0fff;
  63. ADC10CTL1 |= channel;
  64. ADC10AE0 &= 0x00;
  65. ADC10AE0 = (1 << (channel >> 12));
  66. }


  69. inline void SPI_Init(void)
  70. {
  71. USICTL0 |= USIPE6 + USIPE5 + USIMST + USIOE;
  72. USICTL1 |= USICKPH + USIIE;
  73. USICKCTL = USIDIV_4 + USISSEL_2;
  74. USICTL0 &= ~USISWRST;
  75. __enable_interrupt();
  76. }
  77. void SPI_Transmit(byte data)
  78. {
  79. USISRL = data;
  80. USICNT = 8;
  81. // while (!(USIIFG & USICTL1));
  82. LPM0;
  83. }
  84. /********************************************************************
  85. * 名称 : delay()
  86. * 功能 : 延时函数
  87. * 输入 : 无
  88. * 输出 : 无
  89. ***********************************************************************/
  90. void delay(unsigned int yN)
  91. {
  92. unsigned int i;
  93. for(i=0; i<yN; i++)
  94.       ;
  95. }
  96. /********************************************************************
  97. * 名称 : Reset()
  98. * 功能 : 复位DS18B20
  99. * 输入 : 无
  100. * 输出 : 无
  101. ***********************************************************************/
  102. uchar Reset(void)
  103. {
  104. uchar deceive_ready;
  105. DQ = 0;
  106. delay(29);
  107. DQ = 1;
  108. delay(3);
  109. deceive_ready = DQ;
  110. delay(25);
  111. return(deceive_ready);
  112. }
  113. /********************************************************************
  114. * 名称 : read_bit()
  115. * 功能 : 从DS18B20读一个位值
  116. * 输入 : 无
  117. * 输出 : 从DS18B20读出的一个位值
  118. ***********************************************************************/
  119. uchar read_bit(void)
  120. {
  121. uchar i;
  122. DQ = 0;
  123. DQ = 1;
  124. for(i=0; i<3; i++);
  125. return(DQ);
  126. }
  127. /********************************************************************
  128. * 名称 : write_bit()
  129. * 功能 : 向DS18B20写一位
  130. * 输入 : bitval（要对DS18B20写入的位值）
  131. * 输出 : 无
  132. ***********************************************************************/
  133. void write_bit(uchar bitval)
  134. {
  135. DQ=0;if(bitval==1)
  136. DQ=1;
  137. delay(5);
  138. DQ=1;
  139. }
  140. /********************************************************************
  141. * 名称 : read_byte()
  142. * 功能 : 从DS18B20读一个字节
  143. * 输入 : 无
  144. * 输出 : 从DS18B20读到的值
  145. ***********************************************************************/
  146. uchar read_byte(void)
  147. {
  148. uchar i,m,receive_data;
  149. m = 1;
  150. receive_data = 0;
  151. for(i=0; i<8; i++)
  152. {
  153.   if(read_bit())
  154.   {
  155.    receive_data = receive_data + (m << i);
  156.   }
  157.   delay(6);
  158. }
  159. return(receive_data);
  160. }
  161. /********************************************************************
  162. * 名称 : write_byte()
  163. * 功能 : 向DS18B20写一个字节
  164. * 输入 : val（要对DS18B20写入的命令值）
  165. * 输出 : 无
  166. ***********************************************************************/
  167. void write_byte(uchar val)
  168. {
  169. uchar i,temp;
  170. for(i=0; i<8; i++)
  171. {
  172.   temp = val >> i;
  173.   temp = temp & 0x01;
  174.   write_bit(temp);
  175.   delay(5);
  176. }
  177. }

  179. /********************************************************************
  180. * 名称 : GETDATA()
  181. * 功能 : 获取数据
  182. * 输入 : 无
  183. * 输出 : 温度值，整数
  184. ***********************************************************************/
  185. unsigned int GETDATA()
  186. {
  187. unsigned int temp;
  188.   DQ = 0;
  189.   Reset();
  190.   write_byte(jump_ROM);
  191.   write_byte(start);
  192.   Reset();
  193.   write_byte(jump_ROM);
  194.   write_byte(read_EEROM);
  195.   TMPL = read_byte();
  196.   TMPH = read_byte();
  197.   temp = TMPL>>4 + 4<<TMPH;
  198.   return temp;
  199. }
  200. void LCD_Write_Cmd(byte com)
  201. {
  202. RS = 1;
  203. SPI_Transmit(0xf8);
  204. SPI_Transmit(0xf0 & com);
  205. SPI_Transmit(0xf0 & (com << 4));
  206. RS = 0;
  207. }
  208. void LCD_Write_Dat(byte dat)
  209. {
  210. RS = 1;
  211. SPI_Transmit(0xfa);
  212. SPI_Transmit(0xf0 & dat);
  213. SPI_Transmit(0xf0 & (dat << 4));
  214. RS = 0;
  215. }
  216. void LCD_Pos(byte x, byte y)
  217. {
  218. byte pos;
  219. switch(x)
  220. {
  221. case 0:
  222.   x = 0x80;
  223.   break;
  224. case 1:
  225.   x = 0x90;
  226.   break;
  227. case 2:
  228.   x = 0x88;
  229.   break;
  230. case 3:
  231.   x = 0x98;
  232.   break;
  233. default:
  234.   break;
  235. }
  236. pos = x + y;
  237. LCD_Write_Cmd(pos);
  238. }

  240. void LCD_Init(void)
  241. {
  242. LCD_Write_Cmd(0x30);
  243. LCD_Write_Cmd(0x0c);
  244. LCD_Write_Cmd(0x01);
  245. LCD_Write_Cmd(0x02);
  246. LCD_Write_Cmd(0x80);
  247. }
  248. void LCD_Write_Str(byte x, byte y, char *str)
  249. {
  250. LCD_Pos(x, y);
  251. while (*str)
  252. {
  253.   LCD_Write_Dat(*str++);
  254. }
  255. }
  256. void LCD_Clear_Screen(void)
  257. {
  258. LCD_Write_Cmd(0x34);
  259. LCD_Write_Cmd(0x30);
  260. LCD_Write_Cmd(0x01);
  261. }
  262. void Disp_Welcome_Msg(void)
  263. {
  264. LCD_Write_Str(0, 1, "自动量程仪表");
  265. LCD_Write_Str(1, 0, "温度:   °C");
  266. LCD_Write_Str(2, 0, "1:电阻  2:电压");
  267. LCD_Write_Str(3, 0, "    欢迎使用");
  268. }
  269. word filter(void)
  270. {
  271. word ad_val;
  272. int i;
  273. for (i = 0; i < N_SAMPLE; i++)
  274. {
  275.   ad_val += adc_value[i];
  276. }
  277. ad_val /= N_SAMPLE;
  278. return ad_val;
  279. }
  280. void Measure_Voltage(void)
  281. {
  282. word ad_val = 0;
  283. byte flag=0;
  284. LCD_Write_Str(2, 0, "                ");
  285. LCD_Write_Str(2, 0, "电压:");
  286. LCD_Write_Str(3, 0, "                ");
  287. ADC_Channel_Select(INCH_1);
  288. ADC10CTL0 &= ~ENC;
  289. while (ADC10CTL1 & BUSY); // Wait if ADC core is active
  290. ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;  // Sampling and conversion start
  291. LPM0;
  292. ad_val = filter();
  293. if (ad_val > 150)
  294. {
  295.   flag=1;
  296. }
  297. else
  298. {
  299.   flag=0;
  300.   ADC_Channel_Select(INCH_2);
  301.   ADC10CTL0 |= ADC10SC;
  302.   LPM0;
  303.   ad_val = filter();
  304. }
  305. if(flag==1)
  306. {
  307.   ad_val=ad_val*1.05;
  308.   dispuserset(ad_val,3,2);
  309. }
  310. else
  311. {
  312.   ad_val=ad_val*3.60;
  313.   dispuserset(ad_val,3,2);
  314. }
  315. LCD_Write_Str(3, 4, "V");
  316. }
  317. inline void Measure_Resistance(void)
  318. {
  319. byte flag=0;
  320. word ad_val,temp_adc;
  321. LCD_Write_Str(2, 0, "                ");
  322. LCD_Write_Str(2, 0, "电阻:");
  323. LCD_Write_Str(3, 0, "                ");
  324. P1DIR |= BIT2;
  325. P1DIR &= ~BIT3;
  326. P1OUT |= BIT2;
  327. ADC_Channel_Select(INCH_0);
  328. ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;  // Sampling and conversion start
  329. LPM0;
  330. ad_val = filter();
  331. if (ad_val > 150)
  332.   {
  333.    flag=1;
  334.   }
  335.   else
  336.   {
  337.    flag=0;
  338.    P1DIR |= BIT3;
  339.    P1DIR &= ~BIT2;
  340.    P1OUT |= BIT3;
  341.    ADC_Channel_Select(INCH_0);
  342.    ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC;  // Sampling and conversion start
  343.    LPM0;
  344.    ad_val = filter();
  345.   }
  346. if(flag==1)
  347. {
  348.    temp_adc=1024-ad_val;  //（带小数显示）
  349.    temp_adc=ad_val*10/temp_adc;
  350.    temp_adc=50*temp_adc;
  351.    dispuserset(temp_adc,3,2);
  352.    LCD_Write_Str(3, 4, "KOH");
  353. }
  354. else
  355. {
  356.    temp_adc=1024-ad_val;  //（整数显示）
  357.    temp_adc=ad_val*10/temp_adc;
  358.    temp_adc=100*temp_adc;
  359.    dispnum(temp_adc,3,2);
  360.    LCD_Write_Str(3, 4, "OH");
  361. }
  362. }
  363. void main(void) {
  364. WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
  365. P1DIR |= BIT7 + BIT4;
  366. SPI_Init();
  367. LCD_Init();
  368. ADC_Init();
  369. Key_Init();
  370. TimerA0_Init();
  371. P1DIR |= BIT0;
  372. // Disp_Welcome_Msg();
  373. for(;;)
  374. {
  375.   switch(state)
  376.   {
  377.   case WELCOME:
  378.    Disp_Welcome_Msg();
  379.    //dispnum(GETDATA(),1,2);
  380.    break;
  381.   case RESISTANCE:
  382.    Measure_Resistance();
  383.    break;
  384.   case VOLTAGE:
  385.    Measure_Voltage();
  386.    break;
  387.   }
  388.   LPM0;
  389. }
  390. }
  391. #pragma vector = USI_VECTOR
  392. __interrupt void USI_ISR(void)
  393. {
  394. USICTL1 &= ~USIIFG;
  395. LPM0_EXIT;
  396. }
  397. #pragma vector = TIMERA1_VECTOR
  398. __interrupt void TIMERA1_ISR(void)
  399. {
  400. switch(TAIV)
  401. {
  402. case 2:
  403.   TACCR1 += 20000;
  404.   LPM0_EXIT;
  405.   break;
  406. }
  407. }
  408. #pragma vector = ADC10_VECTOR
  409. __interrupt void ADC10_ISR(void)
  410. {
  411. LPM0_EXIT;
  412. }
  413. #pragma vector = PORT2_VECTOR
  414. __interrupt void PORT2_ISR(void)
  415. {
  416. if (TACCTL0 & CCIFG)
  417. {
  418.   if (P2IFG & BIT6)
  419.   {
  420.    if (state == VOLTAGE)
  421.    {
  422.     state = WELCOME;
  423.    }
  424.    else
  425.    {
  426.     state = VOLTAGE;
  427.    }
  428.   }
  429.   if (P2IFG & BIT7)
  430.   {
  431.    if (state == RESISTANCE)
  432.    {
  433.     state = WELCOME;
  434.    }
  435.    else
  436.    {
  437.     state = RESISTANCE;
  438.    }
  439.   }
  440.   TACCTL0 &= ~CCIFG;
  441.   TACCR0 += 30000;
  442. }
  443. P2IFG &= ~BIT6 + ~BIT7;
  444. }
  445. /********************************************************************************/
  446. void dispnum(unsigned int a,unsigned char x,unsigned char y)    //整数显示(4位数-9999)
  447. {
  448. unsigned char flag,i=0;
  449. unsigned char out[5];
  450. out[0]=' ';
  451. out[1]=48+(a/1000);
  452. a=a%1000;
  453. out[2]=48+(a/100);
  454. a=a%100;
  455. out[3]=48+(a/10);
  456. out[4]=48+(a%10);
  457. flag=0;
  458. for(i=1;(i<4)&&(flag==0);i++)
  459. {
  460.   if(out[i]==48)
  461.   {
  462.    out[i]=32;
  463.   }
  464.   else
  465.   {
  466.    flag=1;
  467.   }
  468. }
  469. LCD_Pos( x, y);
  470. i=0;
  471. while (i<5)
  472. {
  473.   LCD_Write_Dat(out[i]);
  474.   i++;
  475. }
  476. }
  477. void dispuserset(unsigned int a,unsigned char x,unsigned char y)//小数显示(2位数+2位小数-99.99)
  478. {
  479. unsigned char flag,i=0;
  480. unsigned char out[5];
  481. out[0]=48+(a/1000);
  482. a=a%1000;
  483. out[1]=48+(a/1000);
  484. a=a%100;
  485. out[2]='.';
  486. out[3]=48+(a/10);
  487.     a=a%10;
  488. out[4]=48+a;
  489. flag=0;
  490. for(i=0;(i<2)&&(flag==0);i++)
  491. {
  492.   if(out[i]==48)
  493.   {
  494.    out[i]=32;
  495.   }
  496.   else
  497.   {
  498.    flag=1;
  499.   }
  500. }
  501. LCD_Pos( x, y);
  502. i=0;
  503. while (i<5)
  504. {
  505.   LCD_Write_Dat(out[i]);
  506.   i++;
  507. }
  508. }
复制代码


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11条回答
jinpaidianzi
2019-07-29 03:09
学习一下 争取自己做一个

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