0 引 言

工業(yè)的快速發(fā)展帶來了經(jīng)濟(jì)的高速增長，與此同時(shí)，環(huán)境問題日益突出。如今，許多工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場需要空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測，這些檢測通常使用各類傳感器完成，譬如溫度傳感器、濕度傳感器、有害氣體檢測傳感器等。由傳感器輸出結(jié)果，而結(jié)果的顯示是此類檢測中必須考慮的一個(gè)重要技術(shù)問題。本文利用微控制器設(shè)計(jì)了一款時(shí)鐘及溫度檢測數(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)鐘及溫度檢測數(shù)據(jù)顯示電路

1.1 溫度檢測電路

通過 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 I2C 總線進(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 I2C 總線采集 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)字的場合被廣泛應(yīng)用， 驅(qū)動(dòng)簡單，是一種低功耗和廉價(jià)的顯示方式。MSP430F6638 芯片有 2 組專用的段式液晶接口，能夠方便地通過內(nèi)部集成的控制器對段式液晶進(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)信號由兩部分組成，即公共端偏壓信號和驅(qū)動(dòng)信號。公共端偏壓信號可以采用 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 LCD_B 控制器輸出公共端偏壓信號（COM0/COM1/ COM2/COM3）和驅(qū)動(dòng)信號（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的個(gè)數(shù)不同。當(dāng)四個(gè)公共端偏壓信號都用于驅(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)閉看門狗，配置系統(tǒng)時(shí)鐘，初始化液晶與 I2C 總線 ；

（2）配置好與段式液晶和 I2C 總線連接的 I/O 口 ；

（3）進(jìn)行中斷函數(shù)和主程序的編寫 [9-10]。

程序設(shè)計(jì)流程如圖 3 所示。

圖 3 程序設(shè)計(jì)流程圖

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

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 LCD的公共端驅(qū)動(dòng)端口，S0～S11所在端口作為 LCD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，主要用來配置 LCD 的時(shí)鐘、分頻數(shù)和工作模式。

2 仿真及測試

主程序編寫后，可以進(jìn)行仿真與測試。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，然后溫度檢測單元通過 I2C 總線將檢測到的數(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到的溫度值。環(huán)境溫度與時(shí)鐘的顯示值如圖 4 所示。

圖 4 環(huán)境溫度與時(shí)鐘的顯示值

3 結(jié) 語

本文介紹的顯示電路通過軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了檢測溫度和時(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。仿真與測試結(jié)果表明，該顯示電路達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。