一款基于MSP430F6638的時(shí)鐘及溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示電路

謝海武 嚴(yán)桂林 魏學(xué)剛 馬俊

摘 要：環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的溫濕度檢測(cè)。目前，溫濕度檢測(cè)有許多專(zhuān)用設(shè)備，其側(cè)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程，文中基于MSP430F6638微控制器通過(guò)段式液晶實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)溫度的實(shí)時(shí)顯示，并輔以高精度的時(shí)鐘顯示。溫度采集通過(guò)遠(yuǎn)程溫度傳感器實(shí)現(xiàn)，段式液晶的數(shù)據(jù)顯示通過(guò)微控制器的外圍設(shè)備和液晶驅(qū)動(dòng)模塊完成。仿真與測(cè)試結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的顯示電路相比，該顯示電路的時(shí)鐘精度高，誤差小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的實(shí)時(shí)顯示。

關(guān)鍵詞：環(huán)境質(zhì)量;MSP430F6638;溫度檢測(cè);顯示電路;高精度;低功耗

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）01-00-02

0 引 言

工業(yè)的快速發(fā)展帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，與此同時(shí)，環(huán)境問(wèn)題日益突出。如今，許多工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測(cè)，這些檢測(cè)通常使用各類(lèi)傳感器完成，譬如溫度傳感器、濕度傳感器、有害氣體檢測(cè)傳感器等。由傳感器輸出結(jié)果，而結(jié)果的顯示是此類(lèi)檢測(cè)中必須考慮的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。本文利用微控制器設(shè)計(jì)了一款時(shí)鐘及溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示電路，該電路的設(shè)計(jì)基于TI公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的MSP430系列芯片[1-3]，實(shí)現(xiàn)可靠的結(jié)果顯示，并保證數(shù)據(jù)的高速處理和電路的低功耗。

1 MSP430微控制器時(shí)鐘及溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示電路

1.1 溫度檢測(cè)電路

通過(guò)TMP421遠(yuǎn)程溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度信息的采集，采集的信息與微控制器通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。TMP421是TI公司設(shè)計(jì)的一款內(nèi)置本地溫度傳感器的遠(yuǎn)程控制器芯片，與I2C總線(xiàn)模式兼容。

實(shí)際使用中，該芯片的DXP，DXN與一個(gè)二極管或者與連接成二極管形式的三極管及兩個(gè)電阻和一個(gè)電容組成遠(yuǎn)程溫度傳感單元，二極管連接形式的三極管可以選用NPN管或PNP管，它們往往集成在微控制器中。TMP421誤差為±1 ℃，本地溫度傳感器誤差為±1.5 ℃。本文通過(guò)I2C總線(xiàn)采集TMP421的溫度，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)相應(yīng)軟件編程處理后通過(guò)微控制器加載到LCD段式液晶上進(jìn)行顯示。溫度采集電路如圖1所示。TMP421與Q1管和R1，R2及C1組成遠(yuǎn)程溫度傳感器，采集結(jié)果轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)從SDA端口輸出，SCL為微控制器提供時(shí)鐘信號(hào)端口，兩者分別與MSP430F6638的P2.1與P2.2相連[4-6]。

1.2 液晶顯示電路

段式液晶LCD[7-8]在僅需顯示數(shù)字的場(chǎng)合被廣泛應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，是一種低功耗和廉價(jià)的顯示方式。MSP430F6638芯片有2組專(zhuān)用的段式液晶接口，能夠方便地通過(guò)內(nèi)部集成的控制器對(duì)段式液晶進(jìn)行控制，其內(nèi)部含有LCD_B與LCD_C控制器。段式液晶模塊顯示原理如圖2所示。

本文使用LCD_B控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)段式液晶的控制，這是具有20個(gè)八位段碼寄存器（其地址從0x91到0xA4），能夠進(jìn)行160段對(duì)比度控制的驅(qū)動(dòng)器，可將需要顯示的段碼整理后存放到對(duì)應(yīng)的地址中，再將其值送入LCDMEM[x]數(shù)組即可顯示相應(yīng)的數(shù)碼。x表示要顯示的位，本文設(shè)計(jì)采用6位段式液晶，所以x的范圍為0～5。

段式液晶的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由兩部分組成，即公共端偏壓信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)。公共端偏壓信號(hào)可以采用1/2偏壓或者1/3偏壓方式，當(dāng)采用1/3偏壓時(shí)，電壓偏置為VCC，1/3 VCC，2/3 VCC，GND。MSP430F6638通過(guò)LCD_B控制器輸出公共端偏壓信號(hào)（COM0/COM1/ COM2/COM3）和驅(qū)動(dòng)信號(hào)（S0～S11），而且LCD_B控制器支持靜態(tài)，2-MUX，3-MUX和4-MUX四種模式，這些模式的區(qū)別在于公共端偏壓信號(hào)的個(gè)數(shù)不同。當(dāng)四個(gè)公共端偏壓信號(hào)都用于驅(qū)動(dòng)LCD段式液晶時(shí)，為4-MUX 模式，即4個(gè)公共端及12個(gè)驅(qū)動(dòng)端，這種驅(qū)動(dòng)方式最高可同時(shí)驅(qū)動(dòng)15位段式液晶。

1.3 主程序設(shè)計(jì)流程

操作段式液晶的流程如下：

（1）調(diào)用一些與本文設(shè)計(jì)相關(guān)的頭文件，進(jìn)行宏定義，關(guān)閉看門(mén)狗，配置系統(tǒng)時(shí)鐘，初始化液晶與I2C總線(xiàn);

（2）配置好與段式液晶和I2C總線(xiàn)連接的I/O口;

（3）進(jìn)行中斷函數(shù)和主程序的編寫(xiě)[9-10]。

程序設(shè)計(jì)流程：

（1）初始化時(shí)鐘

時(shí)鐘的初始化包括啟動(dòng)XT1，XT2，DCO，時(shí)鐘源的選擇，設(shè)定幾個(gè)時(shí)鐘的頻率和預(yù)置數(shù)等。

（2）初始化I2C總線(xiàn)

MSP430F6638提供了通用串行通信接口（USCI），包括UART模式、SPI模式、I2C模式。選擇I2C總線(xiàn)作為溫度采集單元與微控制器的接口。

（3）初始化液晶

選擇COM0，P5.3，P5.4，P5.5作為L(zhǎng)CD的公共端驅(qū)動(dòng)端口，S0～S11所在端口作為L(zhǎng)CD的段選，涉及的寄存器主要包括LCDBPCTL0，LCDBMEMCTL，LCDBCTL0，其中LCDBPCTL0為使能寄存器，主要用來(lái)配置LCD的時(shí)鐘、分頻數(shù)和工作模式。

2 仿真及測(cè)試

主程序編寫(xiě)后，可以進(jìn)行仿真與測(cè)試。本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是實(shí)時(shí)顯示溫度數(shù)據(jù)和時(shí)鐘，在仿真中，可以任意設(shè)定時(shí)鐘的值，然后溫度檢測(cè)單元通過(guò)I2C總線(xiàn)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)適時(shí)反饋給微控制器，控制器在設(shè)定的時(shí)刻會(huì)在段式液晶上顯示檢測(cè)到的溫度值。環(huán)境溫度與時(shí)鐘的顯示值如圖4所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹的顯示電路通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)溫度和時(shí)鐘的實(shí)時(shí)顯示，設(shè)計(jì)中充分利用了MSP430F6638微控制器的低功耗、高精度及擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合TMP421遠(yuǎn)程溫度傳感器與一些外圍電阻、電容等元器件，將采集到的溫度數(shù)據(jù)顯示到段式LCD液晶上，并輔助顯示時(shí)間。

經(jīng)測(cè)試，時(shí)鐘精度較高，溫度顯示符合預(yù)定的要求，其中時(shí)鐘顯示部分使用了該微控制器的定時(shí)器中斷，通過(guò)中斷函數(shù)，高精度時(shí)鐘的顯示得以保證，而且為了保證系統(tǒng)電源的可靠性，系統(tǒng)采用多種不同的供電方式。仿真與測(cè)試結(jié)果表明，該顯示電路達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

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