采用msp430單片機完成電池電量測量系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 關，各開關由外部輸入二進制的地址碼A、B、C、D來切換。其中腳{10}、{11}、{14}和{13}是地址碼A、B、C、D的輸入端；腳{2}～{11}和{16}～{23}是開關的輸入/輸出端(開關位)；腳1是開關的輸出／輸入公共端(開關刀)；腳{15}為控制端，低電平有效(選通)，高電平禁止(開關開路)。CMOD集成模擬開關CD4067為16選1的模擬開關。在數字電路中模擬開關是很有用的器件，用它來切換數字信號的傳輸是十分方便的。O/I口代表開關的公共端口，它等效一個單刀多位開關。各開關的切換是由BCD碼作指令，BCD碼的每四位二進制碼可對應一個開關的接通，其余開關都斷開。各開關都可雙向傳輸信號，即各開關允許從n線到1線的信號傳送(輸入/輸出)或1線到n線的分離(輸出/輸入)，以及允許信號的并/串轉換。開關所需的BCD碼由外部電路產生，并稱BCD碼為外部地址輸入信號。當C=l時，無論地址碼如何變化，所有通道均被禁止；而當C=0時，模擬開關處于正常工作狀態。因此，利用禁止端可進行多片級聯，以擴大通道數[24]。 所示： 芯片CD4067管腳圖：輸入導通通道CA3A2A1A0LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLHHHHLLHHLLHHLHLHLHLHI0/O0← →O/II1/O1← →O/II2/O2← →O/II3/O3← →O/II4/O4← →O/II5/O5← →O/II6/O6← →O/II7/O7← →O/I輸入導通通道CA3A2A1A0LLLLLLLLHHHHHHHHHLLLLHHHHLLHHLLHHLHLHLHLHI8/O8 ← →O/II9/O9 ← →O/II10/O10← →O/II11/O11← →O/II12/O12← →O/II13/O13← →O/II14/O14← →O/II15/O15← →O/I無 芯片CD4067的輸入和導通圖 MAX232該產品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于電腦串口RS232電平是10v +10v，而一般的單片機應用系統的信號電壓是TTL電平0 ～5v,MAX232就是用來進行電平轉換的,該器件包含2驅動器、2接收器和一個電壓發生器電路提供TIA/EIA232F電平。該器件符合TIA/EIA232F標準，每一個接收器將TIA/EIA232F電平轉換成5V TTL/CMOS電平。每一個發送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA232F電平。(1)主要特點:(2)單5V電源工作(3)LinBiCMOSTM工藝技術(4)兩個驅動器及兩個接收器(5)177。30V輸入電平(6)低電源電流：典型值是8mA(7)符合甚至優于ANSI標準 EIA/(8)ESD保護大于MILSTD883（方 法3015）標準的2000V： 芯片MAX232管腳圖3 硬件設計 硬件系統框架電池電量記錄儀的硬件裝置包括：模擬部分與數字部分；模擬部分包括電源供電系統、電池放電單元、模擬開關與調理電路；數字部分包括單片機部分、晶振部分和通訊部分。：MSP430FG4618串行通信電路PC機電源管理系統模擬部分 總體設計框圖 模擬部分模擬部分的作用主要是采集、調理模擬信號，接受由模擬開關采集傳送過來的電壓信號，經過調理后傳送到MSP430FG4618片內集成的ADC實現模數轉換。 電源管理系統在這個設計中，～，所以我們選擇能提供3．3V穩壓電源的電源芯片LP2987。對于電路板上其他芯片5V供電都滿足它們的要求，因此選擇電源芯片LP2985。 ，[2526]： 芯片LP2985管腳圖 芯片LP2987管腳圖： 電源管理系統電路連接圖電源管理系統采用電源管理芯片LP2985和LP2987為整個系統供電。LP2985將電池電壓轉換為VEE為多路模擬開關CD4067供電；LP2987的兩路輸出VDD和VCC分別為MAX232和運放OPA2340供電。LP2985的4,5管腳間的電容C1C15和LP2987的5管腳與地間的電容C12完成濾波，去除高頻噪聲的作用。 電池放電單元電池的放電通過電阻網絡進行，只有通過電阻網絡的放電，才能使電池的電壓通過模擬開關和調理電路后進入單片機進行AD轉換。： 電源放電單元電路連接圖J4～J11為電池，分為正負兩極，電阻對電池進行放電，并采集R9～R16兩端的電壓。R1～R8為放電電阻，由于電阻會隨著溫度的變化而變化，所以需要精度較高的電阻，所以R9～R16選擇低溫漂高精度電阻，低溫漂電阻，是指阻值隨溫度變化小的電阻。越低的溫漂，阻值變化越小，電阻越精密。電阻與溫度的關系是電阻元件的電阻值大小一般與溫度有關，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數，其定義為溫度每升高1176。C時電阻值發生變化的百分數。 模擬開關： 模擬開關電路連接圖 8路滿量程的電池放入電量記錄儀中，必須使用模擬開關來進行通道間的轉換。在這里，模擬開關選擇的是CD4067，CD4067是數字控制模擬開關，具有低導通阻抗，低截止漏電流和內部地址譯碼的特征。另外，在整個輸入信號范圍內，導通電阻保持相對穩定。滿足我當前設計的要求。CD4067是16通道的模擬開關。有四個二進制輸入端A0～A3和控制端CS，將采集到的數據通過A0～A3分別于單片機相接,輸入的任意一個組合可選擇一路開關。CS=1時，關閉所有的通道,當C=0時,處于正常工作狀態。在同一信號的控制下，單片機對電流采集電路，電壓采集電路，發出相應指令，開始采集各個電池的電壓，電流等模擬量。電壓和電流都是模擬量，要想變為單片機能識別的數字量，需要進行A／D轉換。8路電池的模擬量經16路模擬開關被依次送到單片機的A／D轉換口，轉換成單片機可以識別和比較的數字量。 調理電路 單片機A/。,調理電路的主要作用是對輸入的電壓進行降壓，使經過降壓后的電壓與單片機所需要的工作電壓匹配，： 調理電路連接圖調理電路將鋰離子電池的電壓進行分壓從而和單片機的電壓匹配，因為單片機的選擇決定輸入端口電壓的大小，故在在電池電壓給單片機之前先進行分壓，否則單片機AD端口采集到的電壓高于其額定輸入電壓，單片機都會讀成滿量程FFFF，無法獲得全面有效的電池狀態數據。根據虛短虛斷的原理3兩管腳的電壓相等,所以1管腳的電壓值與3相同，即V1=VOUT。經過U6運放后，所以VIN為輸入VOUT的一半。即將輸入VOUT變換為A/D采樣電壓的有效范圍。 數字部分數字部分硬件可以分為：單片機部分、晶振部分和通訊部分。 單片機部分設計中采用的是MSP430XG461X系列單片機，它是一個16位的、具有精簡指令集、超低功耗的混合型單片機，能滿足系統低功耗和方便攜帶的要求。單片機作為本系統的內核，： 單片機電路連接圖 晶振部分MSP430系列所有器件都有時鐘模塊，都能實現超低功耗應用。MSP430的時鐘由高速晶體，低速晶體，數字控制振蕩器DCO，鎖頻換FLL等部件構成。而各個系列的不同基礎時鐘模塊產生相同的結果：輸出3種不同頻率的時鐘ACLK（輔助時鐘）、MCLK（主系統時鐘）、和SMCLK（子系統時鐘）,送給不同需求的模塊[27]。正是由于3種不同頻率的時鐘輸出給不同的模塊，才使得整個系統超低功耗成為可能。用戶可以根據需要選擇不同的時鐘，如可用高速晶體產生較高的MCLK頻率供給CPU以滿足高速數據運算的需要。也可以在不需要CPU工作時關閉MCLK,而實時時鐘可用較準確的ACLK供給，以達到減少電流消耗的目的。LFXT1CLK 由低頻時鐘晶體產生的低頻時鐘源,由標準高頻晶體或陶瓷諧振器產生的高頻時鐘源以及外接時鐘信號源。XT2CLK 由標準晶體或陶瓷諧振器產生,外接450KHZ~8MHZ時鐘信號源。DCOCLK 片內可以數字控制的RC振蕩器。ACLK(輔助時鐘) ACLK是LFXT1CLK信號經過1,2,4,8分頻后得到的。分頻系數可選，由參數DIVA控制，ACLK可由軟件選作各個外圍模塊的時鐘信號。MCLK(主系統時鐘) MCLK可由軟件選擇來自LFXT1CLK、XT2CLK、DCOCLK三者之一，然后經過1，2，4，8分頻得到。分頻系數由DIVM控制，MCLK主要用于CPU和系統。SMCLK(子系統時鐘) 可由軟件選擇來自LFXT1CLK、XT2CLK、DCOCLK三者之一，然后經過1，2，4，8分頻得到。分頻系數由DIVS控制，MCLK主要用于各外圍模塊。由于本系統只需要每1分鐘對16通道的信息進行采集，不需要高頻率的數據采集，所以可以使用內部的晶振，無需外接晶振。 通信部分： MAX232芯片電路連接圖其中在管腳C1+、CC2+、CV+和V處分別放置1μF的電容實現充電作用，以滿足相應的充電泵的要求。管腳T1OUT、T1IN、R1OUT和R1IN分別是RS232轉換的輸入與輸出腳，實現單片機的TTL電平與上位機的接口電平的轉換。為減小輸入端受到的干擾。~6V的供電范圍（Vcc）；與計算機接口的引腳R1IN和T1OUT上的電平分別為177。30V和177。15V，~(Vcc－)~(Vcc+)。 硬件電路原理圖 Protel99 SE本設計的開發工具采用Protel99，Protel99是PROTEL公司在80年代末推出的EDA軟件，目前己發展到Protel DXP版。這是一個完整的板級全方位電路設計系統，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印制電路板設計(包含印制電路板自動布線)、可編程邏輯器件設計、圖表生成、電子表格生成等功能。Protel99電路仿真器使用的是BerkeleySPICE3f5／XSPCE的增強版本，可以精確仿真任意組合的模擬和數字元件，不需要人工插入。使用Protel99作為開發工具，大大提高了開發速度和成功率。： Protel99界面圖 protel99 SE軟件的使用方法 建立一個數據庫文件 打開protel 99se后,選擇file菜單下的new菜單 選擇新建的項目存放方式為DDB以及文件存放目錄 新建好DDB文件后,我們就可里邊的Documents目錄下 可以新建SCH文件了,也就是電路圖設計項目 新建后SCH項目后,在默認的一個protel99se元件庫中,可以選擇元件放到電路圖中了 可以選擇增加自己的元件庫 繪制原理圖 （1）將元件放進SCH原理圖中，并且設計元件的屬性 （2）設計元件的屬性，包括封裝,名稱，元件屬性等 （3）在protel99se中設計中，所有相同的網絡標號，在圖紙中，表示同一網絡結點 （4）設點電源地 （5）在protel99se中，放好元件，就可以畫線了 電路原理圖設計 硬件電路PCB板設計有了電量記錄儀硬件電路的原理圖，就可以生成PCB板。4 軟件設計軟件設計包括主程序和中斷服務程序。主程序完成單片機的初始化，以及等待中斷；中斷服務程序包括上電中斷服務程序、定時器中斷服務程序以及串口中斷服務程序。MSP430系列單片機支持匯編語言和C語言的編程，但是匯編語言只有27條精簡指令，可以提高效率，所以本設計中采用匯編語言編程。 軟件系統中的主模塊設計：開始打開串口記錄完畢采集存儲到FLASH