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摘 要

传统的水平仪构造简易，只是简单地肉眼观察测量结果，误差大，测量准确度低，没有办法定量输出倾角值，且测量的结果不能与其他系统共享。本设计的电子水平仪采用液晶屏实时显示当前水平状态和倾斜角，观察方便，易于调节。同时采用串口将所测数据输出，有利于测量数据的存储和与其他系统的整合。这样的水平仪能够很好地嵌入到像照相机、望远镜、测绘仪、飞行器等设备中，使其他电子设备拥有水平调节功能，具有非常广泛的用途。

本设计以MSP430单片机为核心，在MSP430F5529开发板上，利用板子内置三轴加速度计，捕获三轴加速度计的运动方向。预先校准后，初始化X、Y、Z三轴的初始值，将X、Y、Z三轴的当前值减去初始值得到X、Y、Z三轴的偏移量。最后利用X、Y、Z三轴的偏移量，求得板子与竖直方向的倾斜角。将X、Y、Z三轴的偏移量与倾角的值进行字符转换，使其显示到液晶屏上。并通过串口，将X、Y、Z三轴的偏移量与倾角的实时测量值进行输出。通过观察三个偏移量的正负值，可有方向性地对板子进行前后左右调节，使倾角的值趋于0，从而使板子达到水平状态。

关键词：MSP430单片机 三轴加速度计 偏移量 倾斜角

Electronic level design based on MSP430 single chip microcomputer

Abstract

  Traditional spirit level construct simple, simply visualizing the measured result, error, measurement accuracy is low, there is no way to quantitative output angle values, and measuring results cannot be shared with other systems. Design electronic spirit level LCD displays in real time the current level and tilt angle, observation, easy to adjust. Using serial port data logging output, conducive to measurement data storage and integration with other systems. Such a spirit level to be properly embedded into devices such as cameras, binoculars, surveying instruments, aircraft, and other electronic equipment has a level adjustment function, has a very wide range of uses.

The MSP430 microcontroller design at the core, on the MSP430F5529 Board, Board a built-in three-axis accelerometer, three-axis accelerometer motion capture direction. Calibrated in advance, initialization initial values for x, y, z axis, x, y, z axis current value minus the initial worth of the x, y, z axis offsets. Using the x, y, z axis offsets, seek a Board and vertical tilt angle. X, Y,Z axis offset and angle values of characters, so that it appears on the LCD. And through the serial port, the x, y, z axis offsets and angle measurement value output in real time. By observing the three offsets are negative, can be adjust direction around the Board, allow the angle value to 0, bringing the Board to level.

Key Words: MSP430 single chip microcomputer; Three-axis accelerometer; Offset; Angle

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的背景及其意义 1

1.2 课题主要研究的内容和要求 1

1.2.1 课题主要研究的内容 1

1.2.2 课题的要求 2

1.3 课题的研究方法和手段 2

第二章 MSP430单片机介绍 3

2.1 MSP430系列单片机的特点 3

2.2 MSP430F5529单片机结构和引脚介绍 4

2.2.1 MSP430F5529单片机的结构 4

2.2.2 MSP430F5529外部引脚 4

2.3 MSP430F5529单片机存储器 5

2.3.1 程序存储器 5

2.3.2 RAM存储器 5

2.3.3 信息存储器 6

2.3.4 引导存储器 6

第三章 硬件 7

3.1 MSP-EXP430F5529实验板概述 7

3.1.1 MSP430F5529开发板简介 7

3.1.2 MSP430F5529开发板的特点 7

3.1.3 硬件结构 8

3.2 主要模块电路 8

3.2.1 电源选择模块电路 8

3.2.2 Mini-USB接口模块电路 9

3.2.3 点阵液晶显示模块电路 10

3.2.4 三坐标轴加速度计模块电路 11

3.3 MSP430单片机时钟系统和低功耗结构 11

3.3.1 时钟系统 12

3.3.2 低功耗模式 12

第四章 软件设计 14

4.1 程序的设计思路 14

4.2 主程序设计 14

4.2.1 主程序的流程图和运用按键选择功能程序流程图： 15

4.2.2 主程序代码 15

4.3 加速度计校准程序 19

4.3.1 加速度计校准程序流程图 19

4.3.2程序代码说明 20

4.4 电子水平仪显示程序 21

4.4.1 电子水平仪显示程序流程图 22

4.4.2 程序代码 23

第五章 调试 29

5.1 编译调试 29

5.2 结果演示 29

第六章 总结与展望 31

6.1 总结 31

6.2 展望 31

参考文献 32

第一章 绪论

1.1 课题的背景及其意义

水平仪作为一种通用工具，在很多领域都有着广泛的应用，小到工程建筑，大到航海航空领域的研究，都有着其身影 ^[1]。传统的水平仪结构很简单，由一个纵长的圆柱体玻璃管构成，玻璃管内有液体，并留有一个气泡，通过观察气泡的位置来判断水平，若正好处于正中间的地方，则是水平的^[2]。但是这种水平仪要通过肉眼来观察，测量误差大、测量精度不高，并且具有一定的主观性，而且测量结果不便于自动保存，并且不利于和其他系统的连接。现如今，对于电子水平仪的研发与制作正在扩大进行着，而且也获得了不少令人欣喜的成绩。现在的科技越来越先进化、智能化，只有更高精度的电子水平仪才能在未来的高智能化时代下生存^[3]。

在科技飞速发展的如今，制作精密仪器的技术和工艺也有了很大的提升，所以需要越来越精确的测量。换一个角度说，计算机技术正在飞速提升，我们有必要研制测量精确度更高、实时传送数据性能更好、能与计算机更好地同步的电子水平仪^[4]。

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