基于MSP430和MAX1452的温度补偿系统设计

在工业控制中，各种电子器件由于温度变化，经常会引起温度漂移误差，从而影响到电子器件的灵敏性和精确度，所以消除温度漂移误差就成为工业控制中的一个重要方面。本文采用MSP430单片机和MAX1452智能芯片，设计一个温度补偿电路系统，达到消除温度漂移的目的。

1 温度补偿系统的硬件设计
1.1 使用的主要器件

MSP430FE425低功耗单片机、MAX1452、MAX4051、74LVC4245A（双电源的电平移位器）、字符型液晶显示器LCD、32768Hz晶振等。

1.2 温度补偿系统的设计思想

针对电子器件由于温度变化引起的温度漂移误差，通过MSP430低功耗单片机进行调节，补偿温度漂移误差，达到预期状态下的温度。

MAX1452芯片内部有一个片内温度传感器，这个传感器测量MAX1452芯片在运行环境下的温度，MSP430低功耗单片机接受MAX1452 芯片上的温度数据，根据已经存储在EEPROM内的温度数据进行查找比较，找到相应温度下的温度补偿值，进行粗调和细调，确定用于补偿温度漂移误差的精确值，然后传送回MAX1452芯片中，使电子器件的温度漂移误差得到抵消，从而可以显示理想条件下的温度。其中，MAX4051芯片是选择需要调节的 MAX1452的编号，74LVC4245芯片是选择对应MAX1452芯片的输入/输出方向。

1.4 温度补偿系统的原理图

图1 温度补偿系统原理框图

图2 温度补偿系统电路图

本系统的软件设计主要分为5个模块：初始化模块、显示模块、中断模块、调节模块和通信模块。

初始化模块主要包含两个子功能模块：补偿模块和恢复模块。

补偿模块：在上电时，从主计算机下载在不同温度下的温度漂移误差补偿的数据。

恢复模块：在复位时，恢复MSP430断电时的数据。

2.2 显示模块

本模块主要包含6个子功能模块：初始化数据模块、拆分数据模块、组合数据模块、显示初始化模块、功能显示模块、温度显示模块。

初始化数据模块：主要功能是对显示模块中使用的中间变量进行初始化（即全部清零），防止上电或者数据改变后，存储异常的数据，从而在显示时出现异常。

拆分数据模块：液晶显示器LCD的显示是逐字符显示的，所以对于多位数据的显示，在显示之前必须对多位数据进行拆分，把一个多位数据拆成几个个位数据，然后根据MSP430中液晶显示器LCD的显示规则进行显示。

组合数据模块：在液晶显示器LCD的某位数据发生改变后，需要将改变后的数据保存并传送到MAX1452，进行温度漂移误差补偿。本模块即完成对多个个位数据组合成一个多位数的功能。

显示初始化模块：为了防止在显示时，液晶显示器LCD显示异常数字或者代码，需要对液晶显示器LCD进行清屏，这样可以保证液晶显示器LCD显示的正确性。

功能显示模块：在液晶显示器LCD的第6～4位字符显示功能部分的数字代码。其中，第6位字符显示选择的MAX1452的编号（0～8），第5位字符显示选择补偿温度偏移误差的位置（零点或满偏），第4位字符显示选择所显示温度的状态（显示状态或修改状态）。

温度显示模块：在液晶显示器LCD的第2～0位字符显示温度部分的数字代码。其中，第2位字符表示符号（只有在0°C以下才显示“－”）。第1～0位字符显示温度的数值。

2.3 中断模块

本模块主要包含3个子功能模块：中断初始化模块、中断状态判别模块、中断状态设置模块。由于在MSP430单片机中，中断是嵌套调用的，所以在各个子模块之间没有明确层次先后顺序，仅按照出现的先后顺序确定其之间的相互调用关系。

2.3.1 状态转换图

图3 中断状态转换图

2.3.2 中断初始化模块

本模块的主要功能是在上电或者复位时，清除此前的所有中断向量和中断标志位，防止程序在运行过程中造成异常。

2.3.3 中断状态判别模块

在此模块中，要对中断进行判断，并且做出相应的响应。在“显示状态”下，允许“功能”中断；在“功能调整状态”下，允许“移位”中断、“循环加1” 中断、“确定”中断和“取消”中断；在“温度调整状态”下，允许的中断与“功能调整状态”相同。对于“复位”中断，在三个工作状态下都允许。

2.3.4 中断状态设置模块

本模块的主要功能是在“显示状态”、“功能调整状态”和“温度调整状态”之间改变时，对温度补偿系统所正在运行的状态做出相应的标识，以便在程序运行过程中，检测到相应的状态，做出相应的判断和响应。

本模块主要包含4个子功能模块：循环移位模块、循环加1模块、确定模块和取消模块。

循环移位模块：主要实现对液晶显示器LCD显示数字的移位控制，通过按键实现在液晶显示器LCD显示数字进行循环移动。

循环加1模块：实现液晶显示器LCD显示数字的加法操作，通过按键在不同的数字区间内进行循环加1。

确定模块：主要进行大量的控制和数据操作，还要调用中断模块和通信模块的功能，实现对数据的传输和处理，同时改变温度补偿系统的运行状态。

取消模块：主要放弃对已经在液晶显示器LCD上改变的数据进行操作，返回改变前的状态，同时改变温度补偿系统的运行状态。

2.5 通信模块

在温度补偿系统中，本模块实现了MSP430和MAX1452之间的通信。通过调用本模块，MSP430实现对MAX1452的控制和数据交互，实现对温度漂移误差的补偿。

本模块主要有7个子功能模块：初始化模块、重初始化模块、读模块、写模块、数据计算模块、地址查找模块、控制模块。

初始化模块：根据MAX1452的通信协议，本模块的功能是在在上电或者复位时对MAX1452进行初始化。

重初始化模块：根据MAX1452的通信协议，本模块是在MSP430与MAX1452进行通信之前（非上电或者复位情况下），对MAX1452进行初始化，保证传输数据的正确性。

图4读模块的流程图

图5写模块的流程图

读模块：根据MAX1452的通信协议，在从MAX1452读出数据时，需要有特定的数据格式，本模块实现从MAX1452读出数据，并且将MAX1452中特定的数据传输格式，转化为便于计算或显示使用的数据格式的功能。流程图如图4所示。

写模块：根据MAX1452的通信协议，在从MAX1452写入数据时，需要有特定的数据格式，本模块实现将计算或显示数据转化为MAX1452的特定的数据传输格式，并写入到MAX1452的功能。流程图如图5所示。

数据计算模块：本模块的主要功能是对从MAX1452读入的数据与MAX1452中EEPROM的数据进行计算，得出需要达到理想状态下的所要补偿的温度的确切值。

地址查找模块：根据MAX1452的通信协议，在温度补偿过程中，需要根据公式，查找不同温度状况下零点和满偏的温度补偿值的地址，然后读出相应的数据。本功能模块主要实现查找地址的功能。

控制模块：本模块的主要功能是根据MAX1452的通信协议，对其控制指令进行封装，使其完成固定的功能，便于进行调用。

本文创新点：利用MSP430低功耗单片机和MAX1452芯片，设计温度补偿系统的结构以及此系统中的中断转换状态。

此系统在调试过程中得到以下补偿数据，如表1所示。

在此系统的设计过程中，尽管在一定程度上实现了对温度漂移误差的的补偿，但是，补偿的过程是以手动调节完成的，在实时性方面存在一定的不足，有待进一步研究。

表1 温度补偿数据

【1】沈建华，杨艳琴，翟骁曙等编，MSP430系列16位超低功耗单片机实践与系统设计[M]，清华大学出版社，2005年4月。

【2】魏小龙编，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M]，北京航空航天大学出版社，2002年。

【3】胡大可编，MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M]，北京航空航天大学出版社，2003年1月。

【4】王成江，王安敏，张玉华，基于MAX1452 的超细颗粒机械加工中振动的测试，电子产品世界[J/OL]，2002年Z2期。

【5】刘玉宏，MSP430单片机C语言和汇编语言混合编程，微计算机信息[J/OL]，2003年第19卷第10期56页。

【6】张景元，陈平，一种基于单片机的多功能数字钟，微计算机信息[J/OL]，2005年第21卷第9－2期136页。