毕业论文MSP460单片机控制的数字电压表.doc

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1、 摘要摘要：本文介绍一种基于MSP430系列单片机的电压测量电路,该电路采用MSP430F247以实现测量直流电压范围0-1000伏的数字电压表、并且电路可以换档测量、误差要求小于0.5%，显示部分使用了6个数码管。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了MSP430F247单片机的原理以及其特点。该电路具有设计新颖、功能强大、精度比较高、可扩展性强等优点。关键词：数字电压表,MSP430单片机 目录序 言3第一章 MSP430单片机介绍41.1 单片机概述41.1.1 单片微型计算机41.1.2单片机的特点41.1.3单片机的应用51.2 MSP430系列单片机61.2.1 MSP430

2、系列单片机的特点61.2.2 MSP430系列单片机的发展和应用81.2.2 MSP430单片机结构9第二章 方案及设计原理112.1 方案论证：112.1.1电源系统112.1.2衰减电路112.1.3方案的确定122.2、设计指标122.3、系统设计原理框图122.3.1、电源模块132.3.2、电压衰减模块132.3.3、模拟开关132.3.4、电压放大调整模块132.3.5、显示模块132.3.6、单片机系统13第三章 软、硬件设计142.1硬件设计142.1.1电源模块142.1.2衰减电路152.1.3档位调整及调整放大模块162.1.4显示模块172.2软件设计182.2.1软件

3、设计182.2.2程序总体框图182.2.3程序总体框图20第四章 调 试214.1 调试结果214.1.1 5V档测量结果214.1.2 50V档测量结果214.1.3 500V档测量结果214.2结论22总 结23一、绪论1.1背景（数字电压表的发展，430单片机的特点、发展、应用）1.2课题的目的1.3课题的意义1.4课题主要研究的内容及设计指标1.5系统总体方案1.6论文章节的安排二、系统的硬件设计2.1单片机最小系统（应用方案，比较，确定，包含晶振等）2.2.电压放大调整模块2.3衰减电路模块（包含方案，比较，确定）2.4模拟开关2.5显示模块（包含方案，比较，确定）2.6电源模块（

4、包含方案，比较，确定）2.7JTAG接口设计三、系统软件设计3.1程序设计的环境简介3.2系统程序总体设计的思路3.3主程序设计（思路、流程图）3.4中断设计（思路、流程图、部分程序）四、系统调试及性能分析13系统总体调试（介绍、连接图）4、1调试结果（实验数据、列表、分档位测量结果）4、2性能分析五、总结六、参考文献16七、致谢17八、附录18附录一、原理图.18附录二、PCB图.19附录三、元器件清单列表附录四、总程序序 言随着我国国民经济的快速增长，产业结构也随之不断调整。先进科学技术的出现为我国工业的快速发展提供了基础。近些年来，以计算机技术，通讯技术、消费电子技术为主的电子信息技术的

5、高速发展和国际互联网络（Internet）的广泛应用已经改变了人们的生活方式。世界各国都在为发展以计算机技术、通讯技术、消费电子技术为主要内容的信息产业制定宏伟的发展规划,以期望在21世纪的政治、经济和技术竞争中处于主动有利的地位。信息技术对其他各产业的贡献越来越大,信息产业正逐渐成为其他产业的支柱。信息产业的发展程度、信息流通、畅通与否已成为评价各个国家的经济发展水平的一个重要标准。在人类步入全球信息化社会的进程中，全球性电子信息技术正在发挥着巨大的作用。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（交直流输入电压）转换成不连续、离散的数

6、字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，有精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。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，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。本章重点介绍带A/D转换器的单片机构成的基于单片机的数字电压表的工作原理，MSP430系列单片机的应用，此电路分三档测量，分别为5V档，50V档，500V档，并且误差小于0.5%。

7、第一章 MSP430单片机介绍1.1 单片机概述1.1.1 单片微型计算机微型计算机(微机)具有体积小、价格低、使用方便、可靠性高等一系列优点，因此一问世就显示出强大的生命力，被广泛用于国防、工农业生产和商业管理等领域。特别是近年来微处理器的高速发展，使其已渗透到人类生活的各个领域，给人类世界带来了难以估量的变革。纵观微处理器的发展，可以明显地看出其正朝着两个方向进行： 一是朝着面向数据运算、信息处理等功能的系统机方向发展。系统机以速度快、功能强、存储量大、软件丰富、输入/输出设备齐全为主要特点，采用高级语言编程，适用于数据运算、文字信息处理、人工智能、网络通信等场合。 另一方面，在有些应用领

8、域中，如智能化仪器仪表、电讯设备、自动控制设备、汽车乃至家用电器等，要求的运算、控制功能相对并不很复杂，但对体积、成本、功耗等的要求却比较苛刻。为适应这方面的需求，产生了一种将中央处理器、存储器、I/0接口电路以及连接它们的总线都集成在一块芯片上的计算机，即所谓的单片微型计算机，简称单片机(Single Chip Microcomputer)。单片机在设计上主要突出了控制功能，调整了接口配置，在单一芯片上制成了结构完整的计算机，因此，单片机也称为微控制器(MCU)。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书介绍的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

9、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。1.1.2单片机的特点单片机具有如F特点： 小巧灵活、成本低、易于产品化，它能方便地组装成各种智能式控制设备以及各种智能仪器仪表。 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳性价比。 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠地工作，这是其他机型无法比拟的。 可以很方便地实现多机和分布式控制，使整个系统的效率和可靠性大为提高。 著名的半导体厂商美国德州仪器(TI)在20世纪70年代首先推出了TMSl000系列4位单片机。20世纪8

10、0年代到90年代，国内主要使用Intel的MCS51系列和Motorola的68HC系列8位单片机。目前主要的单片机厂商还有Atmel、Microchip、Philips等。 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，全世界去年销售量已达数亿片。1.1.3单片机的应用 单片机可以应用到人类生活的各个领域中去。以下列出的都是单片机应用比较活跃的领域： 工业控制：单片机的结构特点决定了它特

11、别适用于各种控制系统。它既可以作单机控制器，又可作为多级控制的前沿处理机用于控制系统，应用领域相当广泛。 例如，在通用工控中，可用于各种机床控制、电机控制、工业机器人、各种生产线、各种过程控制、各种检测系统等；在军事工业中，可用于导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装置、航天导航系统等；在汽车工业中，可用于点火控制、变速器控制、防滑刹车、排气控制等。 智能化的仪器仪表：单片机用于包括温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等各类仪器仪表中，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，功能大大提高。 日常生活中的电器产品：单片机可用于电子秤、录像机、录音机、彩电、洗衣机、高级

12、电子玩具、冰箱、照相机、家用多功能报警器等。 计算机网络与通信方面：单片机可用BIT Bus、CAN、以太网等构成分布式网络系统，还可以用于调制解调器、各种智能通信设备(例如小型背负式通信机、列车无线通信等)、无线遥控系统等。 计算机外部设备：单片机可用于温氏硬盘驱动器、微型打印机、图形终端、CRT显示器等。总之，单片机具有体积小、功能强、价格便宜等优点，是微机应用产品化的最佳选择。单片机的出现也改变了传统的电路设计方法，过去经常采用模拟电路、脉冲电路、组合逻辑实现的电路系统，现在相当一部分可以用各种单片机(或叫做微控制器)予以取代。传统的逻辑设计方法正在演变成软件和硬件相结合的方法，许多电路

13、设计问题将转化为程序设计问题。1.2 MSP430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”解决方案。1.2.1 MSP430系列单片机的特点 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

14、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)。

15、 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。 在这里，需要对低功耗问题作一些说明。 首先，对一个处理器而言，活动模式时的功耗必须与其性能一起来考察、衡量，忽略性能来看功耗是片面的。在计算机体系结构中，是用W/MIPS(瓦特/百万指令每秒)来衡量处理器的功耗与性能关系的，这种标称方法是合理的。：MSP430系列单片机在活动模式时耗电250 uA /MIPS，这个指标是很高的(传统的MCS51单片机约为1020mA/MIPS)。 其次，作为一个应用系统，功耗是整个

16、系统的功耗，而不仅仅是处理器的功耗。比如，在一个有多个输入信号的应用系统中，处理器输入端口的漏电流对系统的耗电影响就较大了。MSP430单片机输入端口的漏电流最大为50nA，远低于其他系列单片机(一般为110 uA)。 另外，处理器的功耗还要看它内部功能模块是否可以关闭，以及模块活动情况下的耗电，比如低电压监测电路的耗电等。还要注意，有些单片机的某些参数指标中，虽然典型值可能很小，但最大值和典型值相差数十倍，而设计时要考虑到最坏情况，就应该关心参数标称的晟大值，而不是典型值。总体而言，MSP430系列单片机堪称目前世界上功耗最低的单片机，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

17、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

18、(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(1

19、01l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,CD驱动模块能直接驱动液晶多达160段；F15X和F16X系

20、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MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作。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

21、。另外，MSP430系列单片机均为工业级器件，运行环境温度为-40一+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FIASH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，

22、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。BOOTST

23、RAP具有很高的保密性，口令字可达32个字节长度。1.2.2 MSP430系列单片机的发展和应用 TI公司从1996年推出MSP430系列开始到2000年初，推出了33X、32X、31X等几个系列。MSP430的33X、32X、3lx等系列具有L,CD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有ROM型(C)、OTF型(P)和EPROM型(E)等芯片。EPROM型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。这也表明了这几个系列的开发模式，即用户可以用EPROM型开发样机，用OTP型进行小批量生产，而ROM型适应大批量生产的产品。MSP430的3XX系列，在国内几乎没有使用。 随着FLA

24、SH技术的迅速发展，TI公司也将这一技术引入MSP430系列单片机中。2000年推出了F11X/11x1系列，这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和I/O引脚数比较少，但是价格比较低廉。在2000年7月推出了带ADC或硬件乘法器的F13X/F14X系列。在2001年7月到2002年又相继推出了带L,CD控制器的F41x、F43X、F44X。 TI在2003到2004年期间推出了F15X和F16X系列产品。在这一新的系列中，有了两个方面的发展。一是增加了RAM的容量，如F161l的RAM容量增加到了10KB，这样就可以引入实时操作系统(RTOS)或简单文件系统等。二是从外围模块来说，增加了

25、12C、DMA、DACl2和SVS等模块。 另外，TI在2004年下半年推出了MSP430X2lx系列，该系列是对MSP430X1XX片内外设的进一步精简，价格低廉，适合做一些简单应用。 近两年，TI公司针对某些特殊应用领域，利用MSP430的超低功耗特性，还推出了一些专用单片机，如专门用于电量计量的MSP430FFA2X，用于水表、气表、热表等具有无磁传感模块的MSP430FW42X，以及用于人体医学监护(血糖、血压、脉搏等)的MSP430FG42X单片机。用这些单片机来设计相应的专用产品，不仅具有MSP430的超低功耗特性，还能大大简化系统设计。 根据1rI在MSP430系列单片机上的发展

26、计划，在今后将陆续推出性能更高、功能更强的F5XX系列，这一系列单片机运行速度可达2530MIPS，并具有更大的FLASH(128KB)及更丰富的外设接口(CAN、USB等)。 MSP430系列单片机不仅可以应用于许多传统的单片机应用领域，如仪器仪表、自动控制以及消费品领域，更适合用于一些电池供电的低功耗产品，如能量表(水表、电表、气表等)、手持式设备、智能传感器等，以及需要较高运算性能的智能仪器设备。1.2.2 MSP430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

27、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。2.3.1 MSP430结构概述MSP430系列单片机结构如图2-l所示。图2-l MSP430系列单片机结构 从图2-l中可以看出，MSP430系列单片机的结构具有以下明显特征： 16位CPJ通过总线连接到存储器和外围模块。 直接嵌入仿真处理，具有JTAG接口。 多时钟能够降低功耗，多总线能够降低噪声。 16位

28、数据宽度，数据处理更为有效。 MSP430系列单片机包含以下主要功能部件：1CPU：MSP430系列单片机的CPJ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各系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLA

29、SH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。第二章 方案及设计原理2.1 方案论证2.1.1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，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

30、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OPA2277后级以便提升电压。2.1.2衰减电路方案一：将电压分为2000V，200V，20

31、V，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2000V，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500V，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。2.1.3方案的确定经过实际电路的检测我们发现当430单片机使用-1.25V到+2.05V电压供电时当使用显示电路时系统不能正常工作，衰减电路衰减后直接经模拟开关送给单片机时当档位不慎

32、打错后会因电压过高而引起整个系统的烧坏。在实际应用中2000V电压也是很少出现的。综合上述观点我们采用电源的方案二，和衰减电路的方案三。2.2、设计指标1、电压测试范围：交流0500V、直流-500V+500V;2、精度：优于0.5%;3、硬件主板PCB：77mm*106mm;4、系统工作输入电压：工频220V;2.3、系统设计原理框图此次设计的数字电压表由以下模块组成：电压衰减电路，电压放大模块，显示模块以及电源模块。MSP430单片机电路的核心，对电压进行数据采集并对采集到的数据进行处理，并将数据通过数码管只管地显示出。下图是系统设计框图。电压衰减模 拟 开 关电压放大MSP430单片机显

33、 示提供各部分电源的电源模块图 1 系统设计框图2.3.1、电源模块电源模块是从工频交流220V 电网电压通过双9V变压器后经整流桥后通过三端稳压器LM7805以及LM7905出来正负5V直流电源，然后再通过LM4014产生正负1.22V直流电源在正5V后面再通过三端稳压器UA78M33产生3.3V直流电源。2.3.2、电压衰减模块电压衰减是电压表的最前级输入，衰减电路的好坏直接影响到整个电压表的稳定性以及精度。2.3.3、模拟开关档位转换是电压表切换量程的重要环节，用模拟开关可以很好的克服普通开关因为换挡时的引起的接触电阻而影响电路稳定性以及仪表的使用寿命。2.3.4、电压放大调整模块电压放

34、大调整模块可以调整因衰减电路设计的不足，调整输入电压，使单片机能够正确识别输入信号。2.3.5、显示模块显示模块是为可以让用户准确了解所测电压的大小。2.3.6、单片机系统单片机系统是整个系统的核心，是处理一切输入信号以及输出信号的重要部分。第三章 软、硬件设计2.1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。2.1.1电源模块如图2所示，是整个系统的电源模块原理图。电源模块是从工频交流220V 电网电压通过一系列的电路产生正负5V直流电源以及正负1.22V和3.3V直流电源。图 2 电源电路2.1.2衰减电路如图3所示为衰减电路原理图

35、。当输入电压为500V时，5V档输出为：50V档的输出电压为：500V档的输出电压为：图 3 电压衰减电路2.1.3档位调整及调整放大模块如图4所示为为档位调整模块的原理图。再在该系统中，单片机输出的控制信号通过比较器LM393与正1.22V进行比较后直接控制模拟开关4051。模拟开关4051输出的信号通过双运放OPA2277的第一个运放进行一级放大，输出后经过双运放的第二个运放进行电压调整后直接输入到单片机中。图 4 开关及电压放大电路2.1.4显示模块如图5所示，为显示模块的原理图。在电路中，上面一个2803起到控制字形的作用，下面一个2803起到控制为的作用，当选中哪位后电源通过限流排阻

36、（330R）提供电流。图 5 显示电路2.2软件设计2.2.1软件设计软件编制是在软件设计和硬件资源合理分配（主要包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源、I/O口等）的基础上，由程序设计语言把模块结构转换成计算机能接受的形式即具体的程序编制。软件编制软件测试是保证软件质量的关键，它是对需求分析、设计和编码的最后复审。软件测试、纠错和软件可靠性三者密不可分。测试是企图发现错误，纠错是诊断已发现的错误，并且改正这些错误。可靠性是衡量测试与纠错结果的基准。一系列全面的测试是软件可靠性的唯一保证。软件测试软件测试是保证软件质量的关键，它是对需求分析、设计和编码的最后复审。软件测试、纠错和软件可靠性

37、三者密不可分。测试是企图发现错误，纠错是诊断已发现的错误，并且改正这些错误。可靠性是衡量测试与纠错结果的基准。一系列全面的测试是软件可靠性的唯一保证。2.2.2程序总体框图程序框图说明了整个系统工作的一种流程，图6是程序总体流程图。否是是否开 始检测晶振是否震荡端口设置及寄存器初始化定时器TB设置,选择A0为AD输入数据采样结束？数据处理并送LED寄存器判断小数点位置及量程并设置相应寄存器END图6 总体流程图2.2.3程序总体框图A/D转换是一个把量程内的模拟量转换为数字量的过程，经过转换后的数据就可以进行数据分析处理。此设计中就是把输出的电压经过分压后送入单片机自带的A/D运算器进行数据分

38、析处理的。RETI否是否是中断入口设置AD寄存器AD转换是否结束AD标志寄存器是否被标记V2+LED扫描图7 中断流程图第四章 调 试4.1 调试结果本系统在测量时采用双路稳压电源，可提供-30V +30V直流电压，用调压器提供交流电压，可提供0-300V交流电，用万用表同时进行电压测量，与电压表测得的数据进行比较分析。 4.1.1 5V档测量结果表4-1 5V档测量结果万用表（V）-5.25-2.4801.211.912.833.804.384.855.44显示电压（V）-5.238-2.47601.2541.9612.8923.8544.4584.9435.520结果分析：通过测试结果得到

39、此档位的误差小于8。4.1.2 50V档测量结果表4-2 50V档测量结果数字万用表（V）10.6415.3420.0225.0630.4550.87显示电压（V）10.7315.4219.8824.9530.5551.05结果分析：通过测试结果得到此档位的误差小于5。4.1.3 500V档测量结果表4-3 500V档测量结果数字万用表（V）80.9495.78108.03120.06显示电压（V）080.3094.8107.9120.1结果分析：通过测试结果得到此档位的误差小于5。4.2结论经以上测试数据此数字电压表的测量精度能优于5，并且测量数据显示比较稳定，但由于测量电压范围的限制现只能测得300V交流电，250V以上电压还有待实验的证实，对此我充满信心。总 结通过一个月的努力，我完成了单片式交直流电压表的设计，因为实验仪器的限制，调压器只能提供300V的最大电压，所以电压表测到的实际值为0300V，此外，电路可以分三档测量，预期的误差是小于5，但是实际误差为3，比预计的要精确。若此单片机仅仅用来做此电压表似乎有点大材小用，MSP430F247完全能够用来实现一个带有电压电流及功率测量甚至能够加上温度检测以及有频率测量的仪表，但因为时间的限制未能很好地完善。待此次比赛结束我会继续改善它，争取做到更好。- 27 -