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1、南京邮电大学 毕 业 设 计（论 文）题 目基于MSP430的数字电压表专 业光电信息工程学生姓名班级学号指导教师指导单位光电工程学院日期：2015年1月19日至2015年6月12日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日摘 要在现代检测技术中，因为指针式仪表存在许多缺点，人们往往不再采用其进行测量，转而用高精度的数
2、字化仪表进行测量。 本论文采用MSP430单片机来实现数字电压表的功能，本数字电压表由MSP430F169作为主控器件，A/D转换器采用MSP430自带转换器，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现数字电压表的硬件电路和软件设计。利用外部硬件电路对不同档位的输入电压进行处理，使电压达到单片机测量范围，实现基本的数字电压表功能，使其可以测量-15V15V的8路输入电压值，并且误差控制在0.5%以内，最后在12864液晶屏上显示。 该系统的数字电压表电路元件较少，成本低，调节工作简单等优点。在电压测量中有较强的实用性。关键字：MSP430单片机；数字电压表ABSTRAC
3、TIn modern measuring technology, because of many disadvantages the pointervoltmeter may have, we usually no longer use it to carry on the survey, transfers uses the high accuracy the digitized measuring appliance to carry on the survey.This paper uses single MSP430 to realize the functions of digita
4、l voltmeter,the digital voltmeter takes the master control chip by MSP430F169, A/D switch uses MSP430 bringing switch，using the flexible programming design and the rich I/O port of MCU, and the control accuracy，realizes the digital voltmeters hardware circuit and the software design.Using external h
5、ardware circuit to deal with input voltage of different to realize the basic digital voltmeter function, make it possible to survey -15V15V 8 group input voltage value,and control the error within 0.5%,and finally displays in the 12864 LCD screen.This digital voltmeter circuit system has many advant
6、ages such as less components,low cost,simple adjustment work etc.It has strong practicability in the voltage measurement.Keywords:MSP430 MCU;Digital Voltmeter目 录第一章 绪论11.1数字电压表的研究意义11.2数字电压表的研究概况21.3本文的工作3第二章 MSP430单片机介绍42.1单片机概述42.2MSP430系列单片机5第三章方案设计论述与选择103.1方案论述103.2设计指标10第四章 基于MSP430的数字电压表的设计12
7、4.1系统设计124.2硬件设计124.3软件设计19第五章系统连接及性能测试225.1系统连接225.2性能测试22结束语25致谢26参考文献27附录28第一章 绪论1.1数字电压表的研究意义随着我国产业结构的不断调整，电子科学技术的不断发展，电子测量技术也变得越来越普遍，同时对测量精度和其他功能的要求也越来越高。而电压测量最为普遍，所以需求也非常大，电压表就成为一种必不可少的测量仪器。传统的指针式刻度电压表功能单一，精度低，容易引起视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展
8、性强、集成方便还可与PC实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流或交流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。数字电压表出现在50年代初，60年代末逐渐发展起来。它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出
9、现，一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域，提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求，即为了实时控制及数据处理的需要。另一方面。也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。所以，数字化测理仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的。同时，为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展。如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。如今，数字电压表已绝大部分已取代了传统的模拟指针式电压表。因为传统的模拟指针式电压表功能单一，精度低，读数的时候也非常不方便，很容易出错。而采用单片机的数字电压表由于测量精度高，速度快，读
10、数时也非常的方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量，工业自动化仪表，自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心可以扩展成各种通用数字仪表专用数字仪表，以及各种非电量的数字化仪表如温度计、湿度计、酸度计、重量厚度仪等几乎覆盖了电子电工测量工业测量自动化仪表等各个领域。除此之外，数字电压还有着传统指针电压表无可比拟的优点：读数直观准确、显示范围宽、分辨力高、转入阻抗高功耗小、抗干扰强等。因此，对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。但是传统的数字电压表设计通常以大规模ASIC 专用集成电路为核心器件并
11、辅以少量中规模集成电路及显示器件构成，可是这种设计方法灵活性差，系统功能固定难以更新扩展不能满足日益发展的电子工业要求。而应用微处理器单片机为核心单元的数字电压表其灵活性高，系统功能扩展简单，性能稳定可靠在这些背景下设计一种以单片机为基础结构简单工作可靠灵活性好的数字电压表是很有意义的。1.2数字电压表的研究概况最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC化
12、）。数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。目前，由内部自带A/D转换的单片机构成的数字电压表已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域显示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。目前，数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度。因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。A/D转换器分成四种：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换
13、器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。 目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器，其中双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜。但是其转换速度慢，因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。而逐次逼近式A/D转换器转换速度快，但精度相对较差。因此未来的A/D转换器将兼顾精度和速度，成本也会随着集成电路的发展而降低。 未来，数字电压表肯定会采用越来越先进的技术与科技，不仅如此，新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，许多数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成给电路设计和安装调试、维修带来极大方便。表面安装技术（SMT
14、）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路（SMIC）和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印刷板上再用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷板安装密度大为增加可靠性得到明显提高。为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题数字/模拟条图双显示仪表已成为国际流行款式它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。1.3本文的工作1）对系统总体框架进行分析根据系统所要实现的目标设计基于MSP430的数字压表的硬件系统以模块设计法为依据进行系统各个部分的具体设计；2
15、）设计基于单片机的数字控制系统发挥单片机的处理功能强大运算速度快的特点对被测电压进行实时检测和显示； 3）针对系统的总体框架和硬件设计的特点设计相应的软件系统更合理的去完成系统测电压的目的； 4）对系统进行整机调试使得基于单片机的数字电压表的实验结果尽可能的满足设计指标；第二章 MSP430单片机介绍2.1单片机概述2.1.1单片微型计算机单片机又称单片微控制器，是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等
16、电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。 单片机（Microcontrollers）诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为
17、性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。 当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使
18、用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机分为通用型和专用型两大类，通常所说的单片机和本文介绍MSP430系列单片机都是指通用型单片机。通用型单片机是把可开发的资源全部提供给使用者。专用型的单片机也叫专用微控制器，是针对某些应用专门设计的例如频率合成调谐器、录音机机芯控制器、打印机控制器等。2.1.2单片机的特点1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可
19、靠性高。2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。4）易扩展片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。5）优异的性能价格比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB
20、和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。 单片机由于应用面广，生产批量大而使成本低廉(目前最低价格为每片35元人民币)，系统结构简单而使可靠性增加，采用CMOS工艺大大降低了功耗。因此单片机问世之后很快成为微型计算机的一个重要分支，发展极为迅速。从4位、8位、16位到32位单片机种类已有数百种。2.2MSP430系列单片机MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。称之为
21、混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。2.2.1MSP430单片机的特点虽然MSP430系列单片机推出时间不是很长，但由于其卓越的性能，在短短几年时间里发展极为迅速，应用也日趋广泛。MSP430系列单片机针对各种不同应用，包括一系列不同型号的器件。主要特点有：1）超低功耗 MSP430系列单片机的电源电压采用1.8-3.6V低电压，RAM数据保持方式下耗电仅0.1uA活动模式耗电250 uA/MIPS(MIPS：每秒百万条指令数)，I/O输入端口的漏电流最大仅50 uA。 MSP430系列单片机有独特的时钟系
22、统设计，包括两个不同的时钟系统，基本时钟系统和锁频环(FLL和FLL+)时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。由时钟系统产生CPU和各功能模块所需的时钟并且这些时钟可以在指令的控制下打开或关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时使用的功能模块不同即采用不同的工作模式芯片的功耗有明显的差异。在系统中共有一种活动模式(AM)和5种低功耗模式(LPM0-LPM4)。 另外，MSP430系列单片机采用矢量中断，支持十多个中断源，并可以任意嵌套。用中断请求将CPU唤醒只要6 uS，通过合理编程，既以降低系统功耗又可以对外部事件请求作出快速响应。总体而言，MSP430系列单片机堪称目前世界上功耗最低的
23、单片机，其应用系统可以做到用一枚电池使用10年。2）强大的处理能力 MSP430系列单片机是16位单片机采用了目前流行的、颇受学术界好评的精简指令集(RISC)结构，一个时钟周期可以执行一条指令(传统的MCS51单片机要12个时钟周期才可以执行一条指令)，使MSP430在8MHz晶振工作时，指令速度可达8MIPS(注意，同样8MIPS的指令速度，在运算性能上16位处理器比8位处理器高远不止两倍)。TI不久还将推出2530MIPS的产品。 同时，MSP430系列单片机中的某些型号采用了一般只有DSP中才有的16位多功能硬件乘法器、硬件乘-加(积之和)功能。DMA等一系列先进的体系结构，大大增强了
24、它的数据处理和运算能力可以有效地实现一些数字信号处理的算法(如FFT、DTMF等)。这种结构在其他系列单片机中尚未使用。3）高性能模拟技术及丰富的片上外围模块 MSP430系列单片机结合TI的高性能模拟技术，各成员都集成了较丰富的片内外设。视型号不同可能组合有以下功能模块：看门狗(WDT)，模拟比较器A，定时器A(Timer_A)，定时器B(Timer_B)，串口0，l(USART0、1)，硬件乘法器，液晶驱动器，10位，12/14位ADC，12位DAC，I2C总线，直接数据存取(DMA)，端口l6(PlP6)，基本定时器(Basic Timer)等。 其中，看门狗可以在程序失控时迅速复位，模
25、拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出高精度(101l位)的A/D转换器；16位定时器(Timer_A和Timer_B)具有捕获/比较功能；大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等，多功能串口(I_JSART)可实现异步、同步和I2c串行通信，可方便地实现多机通信等应用；具有较多的FO端口，最多达6*8条，I/O口线，FO输出时，不管是灌电流还是拉电流，每个端口的输出晶体管都能够限制输出电流(最大约6mA)，保证系统安全；Pl、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入，12位A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200Ksps，能够满足大多数数据采集应用；L,C
26、D驱动模块能直接驱动液晶多达160段；F15X和F16X系列有两路12位高速DAC，可以实现直接数字波形合成等功能；硬件I2C串行总线接口可以扩展I2c接口器件；DMA功能可以提高数据传输速度，减轻CPL的负荷。 MSP430系列单片机的丰富片内外设，在目前所有单片机系列产品中是非常突出的，为系统的单片解决方案提供了极大的方便。4）系统工作稳定 上电复位后，首先由DCO_CLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做CPU时钟MCL.K时发生故障，DCO会自动启动，以保证系
27、统正常工作。这种结构和运行机制，在目前各系列单片机中是绝无仅有的。另外，MSP430系列单片机均为工业级器件，运行环境温度为-40至+85，运行稳定、可靠性高，所设计的产品适用于各种民用和工业环境。 5）方便高效的开发环境 目前MSP430系列有OTP型、FLASH型和ROM型3种类型的器件，国内大量使用的是FLASH型。这些器件的开发手段不同，对于OTP型和ROM型的器件是使用专用仿真器开发成功之后再烧写或掩膜芯片。 对于FI.ASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FIASH存储器，因此采用先通过JTAG接口下载程序到FLASH内，再由JTAG接口
28、控制程序运行、读取片内CPU状态，以及存储器内容等信息供设计者调试，整个开发(编译、调试)都可以在同一个软件集成环境中进行。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要专用仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和c语言。目前较好的软件开发工具是IAR Workbench V2：10。 这种以FLASH技术、JTAG调试、集成开发环境结合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，在单片机开发中还较为少见。其他系列单片机的开发一般均需要专用的仿真器或编程器。另外，2001年TI公司又公布了BOOTSTRAP技术，利用它可在保密熔丝烧断以后，只要几根硬件连线，通过软件口令字(密码)，就可更改并运
29、行内部的程序，这为系统固件的升级提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令字可达32个字节长度。2.2.2MSP430单片机结构 单片机在结构上突破了典型微机按逻辑功能决定芯片结构和侧重于数据处理的传统思想，将构成计算机的中央处理器、存储器、I/O模块、相关接口电路以及连接它们的总线集成在一块芯片上。在众多的单片机中，德州仪器的MSP430系列单片机的结构颇具特色，并具有良好的性能。MSP430系列超低功耗单片机由针对各种不同应用目标、具有不同外围模块的系列芯片组成。本章将介绍MSP430各系列产品，以及MSP430系列单片机中CPU、存储器和外围模块的结构与组织方式。 M
30、SP430系列单片机结构如图2.l所示：图2.lMSP430系列单片机结构 MSP430系列单片机包含以下主要功能部件： 1）CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。这样可以提高指令执行速度和效率，增强MSP430的实时处理能力。 2）存储器：存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息。有程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字的形式取得代码，而对数据可以用字或字节方式访问。其中MSP430各系列
31、单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH.型。 3）外围模块，经过MAB、MDB、中断服务及请求线与CPU相连。MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。它们分别是以下一些外围模块的组合，时钟模块，看门狗，定时器A，定时器B，比较器A，串口0、1，硬件乘法器，液晶驱动器，模数转换，数模转换，端口，基本定时器，DMA控制器等。图2.2MSP430引脚图第三章方案设计论述与选择3.1 方案论述 3.1.1电源系统 方案一：由变压器输出双9V交流电压通过整流桥输出正负5V直流电压。在+5V与地之间接入一个LM4041和一个正向导通的二极管，从而产生+2.05V电压
32、，在地与负5V之间接入一个LM4041产生一个-1.25V电压，将+2.05和-1.25分别接到430单片机的DVCC和DVSS使单片机正常工作。将正负5V提供给模拟开关4051和比较器LM393以及运算放大器OPA2277使系统前级能正常工作。将+5V提供给后级显示电路。 方案二：由变压器输出双9V交流电压通过整流桥输出正负5V直流电压。在+5V与地之间接入UA78M33C直接产生3.3V直流电压提供给430单片机工作。在+5V与地之间接入一个LM4041，从而产生+1.22V电压，提供给比较器LM393作为基准。在地与负5V之间接入一个LM4041产生一个-1.22V电压提供给运算放大器O
33、PA2277后级以便提升电压。方案三：采用单片机电源方案，使用LM1117将USB电源转换成5V电源，再通过稳压芯片TL431得到3.3V单片机工作电压。方案四：由变压器将220V交流电压转成25V交流输出，然后将25V输出通过整流桥，变成直流电压。加入滤波电容去除电源纹波，将所得直流电压利用7912，7812芯片得到12V直流电压，再通过7805，7905得到5V电压。3.1.2衰减电路 方案一：将电压分为200V，20V，2V档，输入电压经电阻分压经模拟开关4051通过电压跟随器直接给单片机处理。 方案二：将电压分为200V，20V，2V档，输入电压经电阻分压，使其最大电压在系统能够承受的
34、范围之内。经模拟开关4051通过放大器以及电压提升后传送给单片机处理。 方案三：将电压分为50V，5V档，输入电压经电阻分压，使其最大电压在系统能够承受的范围之内，经模拟开关4051通过放大器以及电压提升后传送给单片机处理。 方案四：使用Matlab拟合工具箱。通过拟合手段得出相关比例系数和比例关系，从而得到衰减后的电压。3.1.3方案的确定 由于电源方案四和衰减方案四系统简单，使用原件比较少，所以误差比较小，故采用电源的方案三和衰减电路的方案四。3.2设计指标 1）电压测试范围:直流-15V15V; 2）精度:优于0.5%; 3）硬件主板PCB：77mm*106mm; 4）系统工作输入电压：
35、交流220V;第四章 基于MSP430的数字电压表的设计4.1系统设计系统设计框图如图4.1所示： 按键控制电压处理电路输入220V待测电压MSP430单片机AD采样线性电源12864液晶图4.1系统设计框图4.2硬件设计 硬件电路是一个系统正常工作的基础，所以，一个稳定的硬件系统也是整个系统正常工作的关键因素之一。 4.2.1电源模块 电源模块由变压器将220V交流电压转成25V交流输出，然后将25V输出通过整流桥，变成直流电压。加入滤波电容去除电源纹波，将所得直流电压利用7912，7812芯片得到12V直流电压，再通过7805，7905得到5V电压。图4.2为系统电源示意图：图4.2 系统
36、电源示意图利用所得5V电压为单片机及OP07反相器供电。 图4.3为单片机供电电路：图4.3单片机供电电路4.2.2衰减电路 本方案采用Matlab拟合工具箱得出相关比例系数和比例关系。所谓拟合是指已知某函数的若干离散函数值f1,f2,fn，通过调整该函数中若干待定系数f(1, 2,n)，使得该函数与已知点集的差别(最小二乘意义)最小。如果待定函数是线性，就叫线性拟合或者线性回归(主要在统计中)，否则叫作非线性拟合或者非线性回归。表达式也可以是分段函数，这种情况下叫作样条拟合。%比例系数：3.8/0.63%比例关系：Vs=45.58*Vx-63.2Vs=(3.4 3.7 3.9 4.2 4.4
37、 4.6 4.8 5.0 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18)Vx=(1.462 1.468 1.473 1.479 1.483 1.488 1.492 1.496 1.508 1.518 1.528 1.539 1.552 1.563 1.573 1.583 1.596 1.606 1.628 1.653 1.673 1.693 1.715 1.738 1.759 1.782) Matlab拟合图如图4.4所示： 图4.4Matlab拟合图 由Matlab拟合图分析可得到当R1：R2=3.8：0.63衰减电路能较好满足
38、设计要求，我们选用R1为6.1K，R2为1K。4.2.3显示模块 本文采用12864液晶显示模块。FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该
39、模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。12864基本特性为:1）低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）2）显示分辨率:12864点3）内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)4）内置128个168点阵字符5）2MHZ时钟频率显示方式：STN、半透、正显6）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS7）视角方向：6点8）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/109）通讯方式：串行、并口可选10）内置DC-DC转换电路，无需外加负压11）无需片选信号，简化软件设计12）工作温度:0-+55,存储温度:-20+6012864液晶接口信号说明如表4.1所
40、示:表4.112864液晶接口信号说明编号符号电平引脚说明1VSS0V电源地2VDD3.0+5V电源正极3VO-液晶显示对比度调节端4RS（CS）H/L数据/命令选择端（H/L）（串片选）5R/W(SID)H/L读/写选择端（H/L）（串数据口）6E(SCLK)H/L使能信号（串同步时钟信号）7D0H/L数据口8D1H/L数据口9D2H/L数据口10D3H/L数据口11D4H/L数据口12D5H/L数据口13D6H/L数据口14D7H/L数据口15PSBH/L并/串选择：H并行L串行16NC-空脚17RSTH/L复位，低电平有效18NC-空脚19BLAVDD背光电源正极20BLKVSS背光电源
41、负极1）忙标志:BF BF标志提供内部工作情况.BF=1表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据.利用STATUSRD指令,可以将BF读到DB7总线,从而检验模块之工作状态.2）字型产生ROM（CGROM） 字型产生ROM（CGROM）提供8192个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示（DISPLAYON),DDRAM的内容就显示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAYOFF)。DFF的状态是指令DISPLAYON/OFF和RST信号控制的。3）显示数据RAM（DDRAM）模块内部显示数据RAM提供64
42、2个位元组的空间，最多可控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM与CGRAM的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H0006H的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）将选择CGRAM的自定义字型，02H7FH的编码中将选择半角英数字的字型，至于A1以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5（A140D75F），GB（A1A0-F7FFH）。4）字型产生RAM(CG
43、RAM)字型产生RAM提供图象定义(造字)功能,可以提供四组1616点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到CGRAM中，便可和CGROM中的定义一样地通过DDRAM显示在屏幕中。5）地址计数器AC地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM的值时，地址计数器的值就会自动加一，当RS为“0”时而R/W为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6DB0中。6）光标/闪烁控制电路此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定DDRAM中的光标或闪烁位置。 12864显示电路如图4.5
44、所示图4.5显示电路4.2.4A/D转换模块 简介：模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或adc,analog to digital converter），A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、
45、幅值也离散的数字信号，因此，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。原理概述：模拟数字转换器的分辨率是指，对于允许范围内的模拟信号，它能输出离散数字信号值的个数。这些信号值通常用二进制数来存储，因此分辨率经常用比特作为单位，且这些离散值的个数是2的幂指数。例如，一个具有8位分辨率的模拟数字转换器可以将模拟信号编码成256个不同的离散值（因为28= 256），从0到255（即无符号整数）或从-128到127（即带符号整数），至于使用哪一种，则取决于具体的应用。分辨率同时可以用电气性质来
46、描述，使用单位伏特。使得输出离散信号产生一个变化所需的最小输入电压的差值被称作最低有效位（Least significant bit, LSB）电压。这样，模拟数字转换器的分辨率Q等于LSB电压。模拟数字转换器的电压分辨率等于它总的电压测量范围除以离散电压间隔数：这里N是离散电压间隔数。这里EFSR代表满量程电压范围，即是总的电压测量范围，即输入参考高电压与输入参考低电压的差值这里VRefHi和VRefLow是转换过程允许电压的上下限。正常情况下，电压间隔数N=2M，M为ADC模块的精度的位数响应类型:大多数模拟数字转换器的响应类型为线性，这里的“线性”是指，输出信号的大小与输入信号的大小成线性比例。一些早期的转换器的响应类型呈对数关系，由此来执行A-law算法或-law算法编码。误差：模拟数字转换器的误差有若干种来源。量化错误和非线性误差（假设这个模拟数字
