[分享] 如何使用MSP430的ADC测量模拟电压？

灞波儿奔 2019-12-1 19:54 楼主

在所有的嵌入式应用中几乎都会用到的一个功能就是ADC模块（模数转换器）。这些模数转换器可以读取来自模拟传感器的电压，如温度传感器、倾斜传感器、电流传感器、柔性传感器等等。因此，在本教程中，我们将学习如何通过Energia IDE开发环境使用MSP430G2中的ADC来读取模拟电压。我们将一个小型电位器连接到MSP开发板，并在模拟引脚上施加一个变化的电压，然后读取电压并将其显示在串行监视器上。

ADC模块简介

连接以及编程MSP430G2以读取模拟电压的过程几乎不需要10分钟。但是，让我们先花点时间了解一下MSP开发板上的ADC模块，以便能够在其他的文章中高效使用它。
微控制器是一种数字式设备，也就意味着它只能识别1和0。但在现实世界中，温度、湿度、风速等几乎都是模拟量。为了与这些模拟量变化进行交互，微控制器使用一个称为ADC的模块。有许多不同类型的ADC模块可供选择，我们的MSP开发板中使用的模块是SAR 8通道10位ADC。
逐次逼近型（SAR）ADC：SAR ADC带有一个比较器和一些逻辑器件。这种类型的ADC使用参考电压（可变），并使用比较器将输入电压与参考电压进行比较，并将从最高位（MSB）保存为数字输出的差值。比较速度取决于MSP运行的时钟频率（Fosc）。

10位分辨率：该ADC是一个8通道10位ADC。这里8通道意味着有8个ADC引脚，我们可以用它来测量模拟电压。10位意味着ADC的分辨率。 10位表示2的10次幂，也就是1024。这是我们ADC的采样步数，所以我们的ADC值的范围将从0到1023。基于每步电压的值，该值将从0增加到1023，可以使用下面的公式计算

注意：默认情况下，在Energia中，参考电压将设置为Vcc（〜3v），您可以使用analogReference()选项改变参考电压。
电路原理图

在我们之前的教程中，我们已经学会了如何将LCD与MSP430G2进行连接，现在我们只需要在MSP430上增加一个电位器，为其提供可变电压，然后在LCD上显示电压值。如果您不知道如何连接LCD，请点击上面的链接进行阅读。该项目的完整电路图如下。

如图所示，本文使用了两个电位器，一个用于设置LCD的对比度，另一个用于向电路板提供可变电压。在该电位器中，电位器的一端连接到Vcc，另一端连接到地。中心引脚（蓝线）连接到引脚P1.7。该引脚P1.7将提供从0V（地）到3.5V（Vcc）的可变电压。所以我们必须对引脚P1.7进行编程以读取这个可变电压并将其显示在LCD上。

在Energia中，我们需要知道引脚P1.7属于哪个模拟通道？这可以通过参考下面的图片找到

您可以在右侧看到P1.7引脚，该引脚属于A7（通道7）。同样，我们也可以找到其他引脚的相应通道号。您可以使用A0至A7的任何引脚来读取模拟电压，这里我选择了A7。

编程MSP430

对MSP430进行编程，以读取模拟电压，这非常简单。在这个程序中将读取数值的模拟值，并用该值计算电压，然后在LCD屏幕上显示。完整的程序列在本文末尾处，下面我会详细解释该程序，以帮助您更好地理解。

我们从定义LCD引脚开始。这些定义了LCD引脚连接到MSP430的哪个引脚。您可以参考您的连接以确保引脚分别连接

#define RS 2
#define EN 3
#define D4 4
#define D5 5
#define D6 6
#define D7 7
复制代码

接下来，我们包含LCD显示屏的头文件。这样将会调用包含MSP如何与LCD进行通信的代码库。这个库默认安装在Energia IDE中，所以你不需要添加它。还要确保是用上面定义的引脚名称调用的Liquid Crystal函数。

#include <LiquidCrystal.h> //This librarey is insatlled by default along with IDE
LiquidCrystal lcd(RS, EN, D4, D5, D6, D7); //Let the librarey know how we have connected the LCD
复制代码

在setup()函数中，我们只需在LCD屏上显示一个介绍消息。

lcd.begin(16, 2); //We are using a 16*2 LCD display
lcd.setCursor (0,0); //Place the cursor at 1st row 1st column
lcd.print("MSP430G2553"); //Display a intro message
lcd.setCursor(0, 1); // set the cursor to 1st column 2nd row
lcd.print("-CircuitDigest"); //Display a intro message
复制代码

最后，在loop()函数中，我们开始读取A7引脚的电压。正如我们上文所讲，微控制器是一个数字式设备，它不能直接读取电压电平。使用SAR技术，电压电平从0映射到1024。这些值称为ADC值，为了获得此ADC值，只需使用以下代码：

int val = analogRead(A7); // read the ADC value from pin A7
复制代码
这里使用analogRead()函数读取引脚的模拟值，由于我们已将可变电压连接到引脚P1.7，因此我们在其中指定了A7。最后我们将这个值保存在一个名为“val”的变量中。因为我们只能得到从0到1024的值来存储在这个变量中，因此定义这个变量的类型是整数。

下一步将是通过ADC值来计算电压值。要实现这一点，我们通过以下公式：

Voltage = (ADC Value / ADC Resolution) * Reference Voltage
复制代码
在本文中，我们已经知道微控制器的ADC分辨率是1024。ADC值也在上一行代码中找到并存储名为val的变量。参考电压等于微控制器工作时的电压。当MSP430开发板通过USB电缆供电时，工作电压为3.6V。您也可以通过在电路板上的Vcc和接地引脚上使用万用表来测量工作电压。所以上面的公式适合我们的情况，如下所示

float voltage = (float(val)/1024) * 3.6; //formulae to convert the ADC value to voltage
复制代码
你可能会不理解float(val)。这用于将变量“val”从int数据类型转换为“float”数据类型。这个转换是必须的，因为只有当我们得到val / 1024的结果在浮点数时，我们可以乘以3.6。如果该值以整数形式接收，它将始终为0，结果也将为零。一旦我们计算出了ADC值和电压，剩下的就是在LCD液晶屏上显示结果，这可以通过使用以下几行代码来实现：

lcd.setCursor(0, 0); // set the cursor to column 0, line 0
lcd.print("ADC Val:");
lcd.print(val); //Display ADC value
lcd.setCursor(0, 1); // set the cursor to column 0, line 1
lcd.print("Voltage:");
lcd.print(voltage); //Display voltage
复制代码

这里我们在第一行显示了ADC值，第二行显示电压值。最后我们延迟100毫秒，然后擦除LCD显示屏。每100毫秒刷新显示值。

测试你的结果！

最后，我们回到有趣的部分，对程序进行测试。按照电路图中所示进行连接。我使用了一个小型面包板来建立连接，并使用跳线将面包板连接到MSP430。连接完成后，如下所示。