基于MSP430的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明書1

1、基于msp430的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)目錄目錄1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2摘要31.概述41.1作品基本情況介紹41.2系統(tǒng)硬件和軟件框圖42硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)52.1msp430系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板介紹52.2 方案論證與選擇52.3系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)52.4系統(tǒng)pcb圖設(shè)計(jì)83 程序設(shè)計(jì)93.1 程序主流程93.2 程序設(shè)計(jì)93.2.1初始化程序93.2.2主程序103.2.3 按鍵中斷103.2.4波形輸出函數(shù)154 程序調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果17結(jié)束語(yǔ)18參考文獻(xiàn)19附錄120完整程序20附錄2：29.本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表29課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 基

2、于msp430的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 初始條件：1.運(yùn)用所學(xué)的單片機(jī)和c語(yǔ)言等知識(shí)；2.用到元件:msp430 launchpad，iar軟件，led燈。要求完成的主要任務(wù): 基于msp430單片機(jī)設(shè)計(jì)一款信號(hào)發(fā)生器，作品采用msp430launch pad結(jié)合dac和運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)可產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波的信號(hào)發(fā)生器。 能產(chǎn)生正弦波，三角波，鋸齒波； 能通過(guò)按鍵切換波形； 幅值連續(xù)可調(diào)，頻率按鍵可調(diào)，輸出使能控制，led指示； 搭建硬件電路，編制完整的程序并調(diào)試； 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書及調(diào)試心得。時(shí)間安排：1. 1月10日-1月12日 查閱資料及確定方案總體設(shè)計(jì)2. 1月13日-1月15日 編程3

3、. 1月16日 開始調(diào)試程序4. 1月17日 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告5. 1月18日 正式開始答辯指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 摘要 信號(hào)發(fā)生器是電子實(shí)驗(yàn)室的基本設(shè)備之一，目前各類學(xué)校廣泛使用的是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，雖然功能齊全、性能指標(biāo)較高，但是價(jià)格較貴，且許多功能用不上。本設(shè)計(jì)介紹一款基于msp430g2452單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器。該信號(hào)發(fā)生器雖然功能及性能指標(biāo)趕不上標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，但能滿足一般的實(shí)驗(yàn)要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。本次需要完成的任務(wù)是以msp430 launchpad的單片機(jī)為控制核心、led作為指示、dac模塊作為轉(zhuǎn)換與按鍵電路作為輸入構(gòu)成的一種電子產(chǎn)品。

4、msp430 launchpad單片機(jī)為控制核心，能實(shí)時(shí)的進(jìn)行控制；按鍵輸入調(diào)整輸出狀態(tài)，led燈顯示輸出波形狀態(tài)，dac0832將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量，經(jīng)運(yùn)放放大后輸出。在本次程序設(shè)計(jì)中充分利用了單片機(jī)內(nèi)部資源，涉及到了led驅(qū)動(dòng)、中斷系統(tǒng)、函數(shù)調(diào)用等。關(guān)鍵字：msp430 launchpad ，按鍵輸入，dac0832，opa071 概述 1.1作品基本情況介紹本作品基于ti的launchpad，選用ti的msp430g2452這款單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款信號(hào)發(fā)生器。作品采用查表原理來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生，外圍使用一些基本的dac和放大電路，實(shí)現(xiàn)了可產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波的信號(hào)發(fā)生器。信

5、號(hào)發(fā)生器的主要技術(shù)參數(shù)如下：1.頻率范圍：1hz-1khz2.頻率步進(jìn)間隔：1hz3.輸出幅值：8v4.其他：幅度連續(xù)可調(diào)、頻率按鍵可調(diào)、輸出使能控制、led指示 1.2 系統(tǒng)硬件和軟件框圖 1）系統(tǒng)硬件框圖 圖1 系統(tǒng)硬件框圖 2）系統(tǒng)軟件框圖：main函數(shù)波形輸出函數(shù)按鍵中斷函數(shù)圖2 系統(tǒng)軟件框圖2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 msp430g2系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板介紹ti的msp430g2系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板是一款適用于ti 最新msp430g2xx 系列產(chǎn)品的完整開發(fā)解決方案。其基于usb 的集成型仿真器可提供為全系列msp430g2xx 器件開發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。lau

6、nchpad 具有集成的dip插座，可支持多達(dá)20 個(gè)引腳，從而使msp430 value line器件能夠簡(jiǎn)便地插入launchpad電路板中。此外，其還可提供板上flash 仿真工具，以直接連接至pc 輕松進(jìn)行編程、調(diào)試和評(píng)估。此外，它還提供了從msp430g2xx 器件到主機(jī)pc 或相連目標(biāo)板的9600 波特率的uart 串行連接。msp430g2系列l(wèi)aunchpad開發(fā)板的特性:usb 調(diào)試與編程接口無(wú)需驅(qū)動(dòng)即可安裝使用，且具備高達(dá)9600 波特的uart 串行通信速度。支持所有采用pdip14 或pdip20 封裝的msp430g2xx 和msp430f20xx 器件。 兩個(gè)通用數(shù)

7、字i/o 引腳分別連接至綠光和紅光的led 燈可提供視覺反饋。 兩個(gè)按鈕可實(shí)現(xiàn)用戶反饋和芯片復(fù)位。器件引腳可通過(guò)插座引出，既可以方便的用于調(diào)試，也可用來(lái)添加定制的擴(kuò)展板。 2.2 方案論證與選擇方案一：控制部分由msp430g2452實(shí)現(xiàn)，波形產(chǎn)生采用單片壓控函數(shù)發(fā)生器（max038等），可同時(shí)產(chǎn)生頻率可控可變的正弦波、三角波、方波。優(yōu)缺點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，采用專用芯片，系統(tǒng)體積大大減?。坏l率步進(jìn)的步長(zhǎng)很難控制，并且整個(gè)設(shè)計(jì)中msp430g2452僅完成簡(jiǎn)單的控制功能，資源沒有充分利用。方案二：由msp430g2452實(shí)現(xiàn)對(duì)專門的dds芯片(如ad9850)的控制，產(chǎn)生各種波形。優(yōu)缺點(diǎn)：此方案產(chǎn)生

8、波形的頻率穩(wěn)定度高，易于程控。但dds芯片價(jià)格高，系統(tǒng)成本高。方案三：由msp430g2452結(jié)合dac0832實(shí)現(xiàn)各種波形的產(chǎn)生。優(yōu)缺點(diǎn)：此方案可以充分利用msp430g2452上的資源，降低系統(tǒng)成本，但是產(chǎn)生波形頻率較低。綜上，方案三充分利用msp430g2452的資源，外圍電路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)成本較低，可以滿足信號(hào)發(fā)生器的要求，所以最終采用方案三。2.3 硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主控部分采用it的msp430g2452 launchpad開發(fā)板；外圍電路主要包括dac模塊、電源及按鍵模塊。1） dac模塊：dac模塊主要由dac0832和opa227pa運(yùn)算放大器組成。dac0832 是8分辨率

9、的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)da芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。其主要參數(shù)如下：* 分辨率為8位；*電流穩(wěn)定時(shí)間1us；* 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；* 只需在滿量程下調(diào)整其線性度；* 單一電源供電（+5v+15v）；* 低功耗，20mw其引腳功能如下：* d0d7：8位數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))；* ile：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；* cs：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；* wr1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。

10、由ile、cs、wr1的邏輯組合產(chǎn)生le1，當(dāng)le1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，le1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；* xfer：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；* wr2：dac寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由wr2、xfer的邏輯組合產(chǎn)生le2，當(dāng)le2為高電平時(shí)，dac寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，le2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入dac寄存器并開始d/a轉(zhuǎn)換。* iout1：電流輸出端1，其值隨dac寄存器的內(nèi)容線性變化；* iout2：電流輸出端2，其值與iout1值之和為一常數(shù)；* rfb：反饋信號(hào)

11、輸入線，改變r(jià)fb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；* vcc：電源輸入端，vcc的范圍為+5v+15v；* vref：基準(zhǔn)電壓輸入線，vref的范圍為-10v+10v；* agnd：模擬信號(hào)地；* dgnd：數(shù)字信號(hào)地。圖3 dac0832引腳圖電路原理圖如下圖所示： 圖4.dac模塊原理圖 2)電源及按鍵模塊：系統(tǒng)共使用了四種電源：12v、-12v、5v、-5v。其中12v和-12v由電源模塊產(chǎn)生，5v和-5v由l7805和l7905產(chǎn)生。四個(gè)按鍵功能分別為：信號(hào)輸出使能、頻率+、頻率-、信號(hào)切換。電源及按鍵模塊電路原理圖如下圖所示： 圖5.電源及按鍵模塊原理圖2.4 系統(tǒng)pcb圖設(shè)計(jì) 1

12、）dac及放大模塊pcb圖如下圖所示： 圖6. dac模塊pcb圖2）電源及按鍵模塊pcb圖如下圖所示：圖7. 電源及按鍵模塊pcb圖3 程序設(shè)計(jì)3.1 程序主流程如圖8所示為程序主流程圖：圖8系統(tǒng)主流程框圖3.2 程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序主要分為以下幾個(gè)模塊：初始化程序、主程序、輸出程序和中斷函數(shù)。3.2.1初始化程序初始化程序主要完成的引腳的配置 void port_init() /p2.0，p2.5點(diǎn)燈 p2dir|=(bit0+bit5); p2out|=bit0;/初始為sine，點(diǎn)亮相應(yīng)指示燈 p2out&=(bit5); /四個(gè)按鍵p2.1使能,p2.2波形選擇,p2.3頻率加,p2.

13、4頻率減 p2ies|=0x1e; p2ie|=0x1e; p2ifg|=0x1e; p1dir=0xff; p1out=0xaa; 3.2.2主程序主程序要負(fù)責(zé)總體程序管理功能，全局變量賦值。int main( void ) wdtctl = wdtpw + wdthold;/關(guān)看門狗 waveselect=5; f_out=50; m=0; key=0; k=countf_out; port_init(); /io口初始化 _bis_sr(gie); /開系統(tǒng)中斷 while(1) if(key=1) output(); ;3.2.3 按鍵中斷程序主要完成按鍵的讀取，以及相應(yīng)的輸出量賦值。

14、 圖9 按鍵中斷流程圖#pragma vector = port2_vector_interrupt void p2_isr_keys(void)unsigned int i,keytime1=0,keytime2=0;unsigned char pushkey; pushkey=p2ifg&(bit1+bit2+bit3+bit4); for(i=0;i60000) keytime2+; keytime1=0; if(keytime210) if(f_out=100)f_out+=5; else f_out=1; keytime2=0; if(f_out60000) keytime2+; k

15、eytime1=0; if(keytime210) if(f_out) f_out-=5; keytime2=0; if(f_out) f_out-=1; p2ifg=0; return;3.2.4輸出程序根據(jù)各參數(shù)量，輸出相應(yīng)數(shù)字信號(hào) 圖10 輸出函數(shù)流程圖void output(void) unsigned long j; k=countf_out; if(waveselect=5)/正弦波 p1out=sinm; for(j=0;j100000;j+=k); m+; if(m=255)m=0; if(waveselect=10)/鋸齒波 if(m=255) p1out=valuem; f

16、or(j=0;j255) p1out=value510-m; for(j=0;j100000;j+=k); m+; if(m=510)m=0; if(waveselect=15)/三角波 p1out=valuem; for(j=0;j100000;j+=k); m+; if(m=255)m=0; 4程序調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果燒錄程序后，將launchpad重新上電，用示波器觀測(cè)輸出波形，開始時(shí)有一個(gè)固定電平輸出，只有當(dāng)按下輸出允許鍵后才有輸出波形，開始默認(rèn)輸出正弦波，按下波形選擇鍵后表示波形的led燈會(huì)亮，且輸出為一固定電平，只有當(dāng)再次按下輸出允許鍵后才會(huì)再次有波形輸出；按下頻率加減鍵后，輸出波形的頻

17、率會(huì)做出相應(yīng)變化，但是由于波形效果不太理想，所以無(wú)法測(cè)出其頻率。實(shí)測(cè)波形如下： 正弦波 鋸齒波、 三角波 結(jié)束語(yǔ)當(dāng)我選這個(gè)題目的時(shí)候，我是想結(jié)合電賽的題目，做一下信號(hào)類題目的訓(xùn)練，于是就確定了簡(jiǎn)易波形發(fā)生器這個(gè)題目。開始時(shí)我查閱了很多資料，找了好幾套方案，實(shí)際也做了三套方案，結(jié)果使用max038以及采用單片機(jī)模擬dds的方案都沒有成功，所以最后才確定使用dac0832，結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以，但是由于時(shí)間問題，在波形的頻率調(diào)節(jié)和設(shè)定這一塊并沒有得到完善，波形還好，但是頻率調(diào)節(jié)效果不明顯，這也是由于波形的輸出和頻率調(diào)節(jié)都是采用數(shù)組的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是由于數(shù)組并沒有經(jīng)過(guò)精確測(cè)量，所以還是有一定的偏差，

18、相信在后面的時(shí)間里我會(huì)逐漸把系統(tǒng)完善，做到真正準(zhǔn)確的頻率可調(diào)。通過(guò)這次課設(shè)，感受頗多，不僅停留在成功完成自我滿足上，而且還有調(diào)試過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)的收獲，這些對(duì)于我來(lái)說(shuō)，都是格外寶貴的。一次經(jīng)歷，一次收獲，很多時(shí)候，只有經(jīng)歷了，才明白其中滋味，才會(huì)找到適合自己的。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，這也可以看做一次學(xué)習(xí)，如何面對(duì)困難，面對(duì)未知，我想這次課設(shè)給了我一些，盡管不是全部，但我從中瞧見了自己進(jìn)步，瞧見了自己學(xué)習(xí)熱情，我想這才是最寶貴，最值得珍惜的。參考文獻(xiàn)1 沈建華 楊艷琴主編.msp430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)驗(yàn).北京航空航天大學(xué)出版社,2008年7月2 郭天祥主編. 51單片機(jī)c語(yǔ)言教程. 電子工業(yè)出版

19、社，2009年3 洪利 章?lián)P 李世寶主編，msp430單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例，北京航空航天大學(xué)出版社，2010年7月 4 譚浩強(qiáng)主編.c程序設(shè)計(jì)（第四版）。清華大學(xué)出版社，2010年7月 5 . 2003附錄1完整程序*設(shè)計(jì)者：周曉奇-設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年1月12日*/#include const unsigned char sin256=0x80,0x83,0x86,0x89,0x8c,0x8f,0x91,0x94,0x95,0x98,0x9e,0xa1,0xa4,0xa7,0xaa,0xad,0xb0,0xb3,0xb6,0xb9,0xbb,0xbe,

20、0xc1,0xc3,0xc6,0xc9,0xcb,0xce,0xd0,0xd2,0xd5,0xd7,0xd9,0xdb,0xde,0xe0,0xe2,0xe4,0xe6,0xe7,0xe9,0xeb,0xec,0xee,0xf0,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xff,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,

21、0xf2,0xf2,0xf0,0xee,0xec,0xeb,0xea,0xe7,0xe6,0xe4,0xe2,0xe0,0xde,0xdb,0xd9,0xd7,0xd5,0xd2,0xdb,0xce,0xcb,0xc9,0xc6,0xc3,0xc1,0xbe,0xbb,0xb9,0xb6,0xb3,0xb0,0xad,0xaa,0xa7,0xa4,0xa1,0x9e,0x9b,0x98,0x95,0x92,0x8f,0x8c,0x89,0x86,0x83,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x73,0x70,0x6d,0x6a,0x67,0x64,0x61,0x5e,0x5b,0x58,

22、0x55,0x52,0x4f,0x4c,0x49,0x46,0x44,0x41,0x3e,0x3c,0x39,0x36,0x34,0x31,0x2f,0x2d,0x2a,0x28,0x26,0x24,0x21,0x1f,0x1d,0x1b,0x19,0x18,0x16,0x14,0x13,0x11,0x0f,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,

23、0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x0f,0x11,0x13,0x14,0x16,0x18,0x19,0x1b,0x1d,0x1f,0x21,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2d,0x2e,0x31,0x34,0x36,0x39,0x3c,0x3e,0x41,0x44,0x46,0x49,0x4c,0x4f,0x52,0x55,0x58,0x5b,0x5e,0x61,0x64,0x67,0x6a,0x6d,0x70,0x73,0x76,0x79,0x80;const unsigned int count101=0,

24、4,8,12,16,20,24,28,32,36,40,44,48,52,56,60,64,68,72,76,80,84,88,92,96,100,104,108,112,116,120,124,128,132,136,140,144,148,152,156,160,164,168,172,176,180,184,188,192,196,200,204,208,212,216,220,224,228,232,236,240,244,248,252,256,260,264,268,272,276,280,284,288,292,296,300,304,308,312,316,320,324,32

25、8,332,336,340,344,348,352,356,360,364,368,372,376,380,384,388,392,396,400;const unsigned char value256=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f,0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18,0x19,0x1a,0x1b,0x1c,0x1d,0x1e,0x1f,0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x

26、27,0x28,0x29,0x2a,0x2b,0x2c,0x2d,0x2e,0x2f,0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x3a,0x3b,0x3c,0x3d,0x3e,0x3f,0x40,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46,0x47,0x48,0x49,0x4a,0x4b,0x4c,0x4d,0x4e,0x4f,0x50,0x51,0x52,0x53,0x54,0x55,0x56,0x57,0x58,0x59,0x5a,0x5b,0x5c,0x5d,0x5e,0x5f,0x60,0x61,0x62,0x

27、63,0x64,0x65,0x66,0x67,0x68,0x69,0x6a,0x6b,0x6c,0x6d,0x6e,0x6f,0x70,0x71,0x72,0x73,0x74,0x75,0x76,0x77,0x78,0x79,0x7a,0x7b,0x7c,0x7d,0x7e,0x7f,0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,0x88,0x89,0x8a,0x8b,0x8c,0x8d,0x8e,0x8f,0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,0x98,0x99,0x9a,0x9b,0x9c,0x9d,0x9e,0x

28、9f,0xa0,0xa1,0xa2,0xa3,0xa4,0xa5,0xa6,0xa7,0xa8,0xa9,0xaa,0xab,0xac,0xad,0xae,0xaf,0xb0,0xb1,0xb2,0xb3,0xb4,0xb5,0xb6,0xb7,0xb8,0xb9,0xba,0xbb,0xbc,0xbd,0xbe,0xbf,0xc0,0xc1,0xc2,0xc3,0xc4,0xc5,0xc6,0xc7,0xc8,0xc9,0xca,0xcb,0xcc,0xcd,0xce,0xcf,0xd0,0xd1,0xd2,0xd3,0xd4,0xd5,0xd6,0xd7,0xd8,0xd9,0xda,0x

29、db,0xdc,0xdd,0xde,0xdf,0xe0,0xe1,0xe2,0xe3,0xe4,0xe5,0xe6,0xe7,0xe8,0xe9,0xea,0xeb,0xec,0xed,0xee,0xef,0xf0,0xf1,0xf2,0xf3,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfe,0xff,;void port_init();void output();unsigned int waveselect,f_out,m,k;unsigned char key;int main( void ) wdtctl = wdtpw + wdthold;/關(guān)看門狗 waveselect=5; f_out=50; m=0; key=0; k=countf_out; port_init(); /io口初始化 _bis_sr(gie); /開系統(tǒng)中斷 while(1) if(key=1) output(); void port_init() /p2.0，p2.5點(diǎn)燈 p2dir|=(bit0+bit5); p2out|=bit0;/初始為sine，點(diǎn)亮相應(yīng)指示燈 p2out&=(bit5); /