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，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)量的實時檢測，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重要技術(shù)問題。本文利用微控制器設(shè)計了一款時鐘及溫度檢測數(shù)據(jù)的實時顯示電路，該電路的設(shè)計基于 TI 公司設(shè)計生產(chǎn)的MSP430 系列芯片 [1-3]，實現(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。

實際使用中，該芯片的 DXP，DXN與一個二極管或者與連接成二極管形式的三極管及兩個電阻和一個電容組成遠(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)動簡單，是一種低功耗和廉價的顯示方式。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 控制器實現(xiàn)對段式液晶的控制，這是具有 20 個八位段碼寄存器（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)動信號由兩部分組成，即公共端偏壓信號和驅(qū)動信號。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，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數(shù)不同。當(dāng)四個公共端偏壓信號都用于驅(qū)動 LCD段式液晶時，為 4-MUX模式，即 4 個公共端及 12 個驅(qū)動端，這種驅(qū)動方式最高可同時驅(qū)動 15 位段式液晶。

1.3 主程序設(shè)計流程

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)計流程如圖 3 所示。

圖 3 程序設(shè)計流程圖

程序設(shè)計流程 ：

（1）初始化時鐘

時鐘的初始化包括啟動 XT1，XT2，DCO，時鐘源的選擇，設(shè)定幾個時鐘的頻率和預(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)計的重點是實時顯示溫度數(shù)據(jù)和時鐘，在仿真中，可以任意設(shè)定時鐘的值，然后溫度檢測單元通過 I2C 總線將檢測到的數(shù)據(jù)適時反饋給微控制器，控制器在設(shè)定的時刻會在段式液晶上顯示檢測到的溫度值。環(huán)境溫度與時鐘的顯示值如圖 4 所示。

圖 4 環(huán)境溫度與時鐘的顯示值

3 結(jié) 語

本文介紹的顯示電路通過軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)了檢測溫度和時鐘的實時顯示，設(shè)計中充分利用了 MSP430F6638 微控制器的低功耗、高精度及擴(kuò)展性強等優(yōu)點， 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，并輔助顯示時間。

經(jīng)測試，時鐘精度較高，溫度顯示符合預(yù)定的要求，其中時鐘顯示部分使用了該微控制器的定時器中斷，通過中斷函數(shù)，高精度時鐘的顯示得以保證，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)計要求。