基于MSP430F448单片机的交流数字电压表设计

摘要：描述了一种简易的交流数字电压表的系统设计。系统以MSP430F448为核心，该单片机内部集成了12位的A／D转换器，转换器带有内部参考源、采样保持、自动扫描特性，极大地简化了硬件设计。因为单片机内部中断资源丰富，电压转换、定时等都采用中断触发，减少了系统响应时间，提高了软件执行效率。此外该单片机的液晶驱动能力可达160段，可以直接将A／D转化数据显示在LCD上。
关键词：数字电压表；MSP430F448；A／D；LCD显示

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。

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。

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。