一种便携式多参数环境监测仪的设计

块1控制A/D采样周期；16位定时器B可实现PWM输出，预留作控制口；ADC12用于环境参数测量；比较器A作电池欠压监测；复用P3～P5口驱动LCD液晶显示器；通用通信模块UARST0实现RS485串行通信；预留JTAG接口以方便用户对仪器更新升级。

2.2 测量转换

MSP430F437的ADC12转换模块具有高速通用的特点，12位的转换精度保证一般采样的分辨率要求。它的8个外部模拟采样通道可任意配置，转换参考电平VR+和VR-来自内部或外部，也可以是两者的组合；内嵌的采样/保持电路给用户提供了对采样时序的各种选择，采样时序可通过软件位、3种内部或外部信号来直接控制。ADC12有4种工作模式。可以在单通道上实现单次转换或多次转换，序列通道上实现单次转换或重单次转换或多次转换，在序列通道上实现单次转换或重复转换。对于序列通道转换，采样顺序完全由用户定义。

ADC12转换结果保存在16个转换存储寄存器ADC12MEM0～ADC12MEM15中。其值如（5）式：

NADC=4096×（Vin-VR-）/(VR+-VR-) （5）

每个存储寄存器有各自相应的控制寄存器ADC12CTL0～ADC12CTL15，可用软件独立配置采样通道号及转换所需参考电平。

本监测仪中，各环境参数传感器的输出经U2前置放大后，送入A0～A3模拟输入端。4路信号的转换参考电平均取VR+=2.5V和VR-=0V。ADC12工作模式设为序列通道单次转换，每次转换由定时器A比较/捕获模块1的定时输出OUT1启动。序列单次转换完成后，将置位ADC12中断请求。

序列通道为ADC12MEM0～ADC12MEM12,对应的控制寄存器ADC12CTL0～ADC12CTL12中通道重复配置A0～A3。这样等时间间隔内每个环境参数可连续采样3次，然后在ADC12中断服务程序内使用中值滤波得到转换结果。

需要指出的是，ADC12的转换内核与参考电平发生器可分别进入省电模式，为低功耗设计提供便利，而且进一步降低功耗、延长传感元件的使用寿命。测量电路的电源设置为单独可控，由U3的OUT2输出供给，并通过单片机的P2.0来切合。

2.3 键盘显示

MSP430F437有6个带复用功能的P1～P6双和同I/O口。其中P1、P2设置成输入时，引脚上任何状态变化都会触发中断。本设计将P3～P5复用于LCD驱动，P1.0～P1.4作3×2快速键盘。

为读取按键值，首先设置端口功能，P1.0～P1.2为输出口，依次输出低电平；P1.3、P1.4为输入口，开放中断，选定下降沿触发。当有键按下时，在P1口中断服务程序内，完成去抖动延时、键值读取等功能，得到的键值交后续程序处理。

片内LCD驱动器可工作于静态及2～4多选四种模式，最多可接4～32=128段液晶。图1中R33、R23、R13、R03引脚设定模拟偏置电压，提供驱动能力，典型接线为电阻分压VR33=VCC、VR23=2/3Vcc、VR13=1/3cc、VR03=0V；S0～S31为段输出（每段3μA）；COM0～COM3为公共输出，接LCD背极。对LCD的软件控制极其简单，它有一个控制寄存器LCDCTL，定义工作模式及电流消耗。20个显示存储器LCDM（使用16个）存放128段要显示的状态信息，其内容可采用高效的寻址方式查显示字型表获得。

单片机根据控制键的命令信息，可分别选择仪器“测量/通信”使用方式、“单次/循环”采集类型，并可按键校时、设置参数、启动采集、数据存储确定等。LCD显示屏可由定制、时分、超量程和电池欠电告警组成1×32段，剩余3×32为多用显示区，可依次显示操作提示、工作状态、环境参数测量结果，从而大大方便了用户。

2.4 串口通信

为了对采集到的数据进行深入处理（如统计分析、打印存档、绘制曲线图表等），需将数据从检测仪送至计算机。数据传输使用MSP430F437的标准USART通信模块（复位SYNC=0选择异步功能），并外接低功耗器件MAX485E，构成一个半双工RS485串行通信口。

为提高通信的可靠性，便于仪器与其它智能设备组网实现控制功能，本监测仪使用异步通信的地址位多机通信格式。异步帧由1起始位、8数据位、1地址位、1停止位组成，波特率编程为9600bps。USART通信模块的地址位多要通信协议如图2所示。

通信时，先置RS485处于接收状态，并置接收唤醒中断允许位URXWIE=1（此时只有地址字符能触发接收中断）。当接收一个地址位置的字符时，通信模块的接收器被激活，字符送入URXBUF，同时接收中断标志URXIFG置位。在串口接收中断服务程序内可以检验收到的地址，如果匹配，置URXWIE=0，单片机将读取数据块的后续数据；如果地址不匹配，则等待下一地址字符的到来。

RS485接收到主机命令后，转入发送状态，先置控制字符址位的TXWake=1。当地址字符的8位数据从UTXBUF传送至发送器时，TXWake位装入待发送字符的地址位，每