基于MSP430F448单片机的交流数字电压表设计

　　MSP430F44x系列是TI公司推出的一款超低功耗的16位单片机，其运算速度快而且体积小。片内集成了8路12位A/D、串行通信接口、看门狗定时器、比较器、硬件乘法器等外围设备模块，从而降低了应用电路的复杂程度，提高了系统的可靠性。该芯片可以工作于2.5 V和3.3 V两种电压下，并且可以处于休眠状态，此时的频率只有32768 Hz,功耗非常低，环境温度范围为-40~+125℃。这些优点非常适合设计便携式，且要求长时间连续工作，环境温度变化宽的智能仪器仪表设备。MSP430F44x系列单片机具有其他单片机无法比拟的优点，用其来实现交流电压的测量是一种很好的设计方案。

　　1 系统总体方案设计

　　本系统主要由以下4大模块组成：中央处理器、电源电路、电压极性转换电路和显示电路。

　　为了保证硬件电路设计的通用性，采用单级性电压测量的方法，将输入的双极性电压转换成单级性电压进行测量。然后将转换后的电压送入单片机A/D模拟通道进行模数转换，最终将转换的数字信号在LCD液晶上显示。系统设计框图如图1所示。 

　　图1 系统设计框图

　　2 系统硬件设计

　　2.1 电压极性转换电路

　　从图2的电路中可以得到，首先通过变压器将220 V的交流电压降成8 V的交流电压，再经过极性转换电路将双极性的交流电压转换为单级性的交流电压。电路中的R405电位器主要用于调节参考电压，R404电位器用于调节交流输入电压的幅度。经过上面电路的处理，可以将输入的交流电压转换成0~3 V的单级性交流电压，这样很容易使用MSP430单片机自带的A/D转换通道进行模拟量采集，从而实现交流电压的测量。其中，极性转换电路主要由放大电路实现，在此我采用MCP601放大芯片。 

　　图2 电压极性转换电路

　　2.2 电源电路

　　用电池给系统供电，由于MSP430系列有内置模拟电源和模拟地，所以要进行模拟电源和数字电源的转换，以便给芯片供电。然后将电池电源转换为3V左右的电源给系统供电。具体电路如　　图3所示。 

　　图3 电源电路

　　2.3 A/D转换、输出显示电路及JTAG接口电路

　　A/D转换用到了模拟输入通道A0,LCD显示用到了S0至S20,使用4MUX模式。液晶所需要的模拟信号由外接的等值电阻产生。具体电路如图4所示。

 

　　图4 A/D、LCD、JTAG电路

　　3 系统软件设计

　　对于交流采集，需要在1个工作周期内采集40个点，即时间间隔为500μs,时间间隔采用定时器实现。 

　　图5 程序流程图