基于MSP簡易信號生成器

1、綜合應(yīng)用實驗設(shè)計報告基于MSP430G2553的簡易信號發(fā)生器 姓名： 李海 學號： 01123012 姓名： 姚堯 學號： 01123041 姓名： 田鶴 學號： 01123050 2015 年 12 月 08 日 基于MSP430G2553的簡易信號發(fā)生器摘 要 本作品設(shè)計了一款簡易信號發(fā)生器，選用TI的MSP430G2553單片機。通過單片機加外圍LCD12864、DAC0832及TL082放大電路，實現(xiàn)了可產(chǎn)生正弦波、鋸齒波、三角波、方波的簡易信號發(fā)生器，且頻率可調(diào)。關(guān)鍵詞： 單片機 Flash存儲器 在線編程 串行接口序言 信號發(fā)生器是很多行業(yè)進行研究測試不可或缺的工具。它既可以構(gòu)成

2、獨立的信號源，也可以是高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜儀及其它自動測試設(shè)備的組成部分。信號發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)是多種高性能儀器的支撐技術(shù)，因為它能夠提供高質(zhì)量的精密信號源及掃頻源，可使相應(yīng)系統(tǒng)的檢測過程大大簡化，降低檢測費用并極大地提高檢測精度。各種類型的信號發(fā)生器各有各的優(yōu)缺點，但是相信信號發(fā)生器的總的趨勢將向著寬頻率覆蓋、高頻率精度、多功能、多用途、自動化和智能化方向發(fā)展。1 項目的目的與意義 TI的MSP430G2系列Launchpad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MSP430G2x

3、x 器件開發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。LaunchPad 具有集成的DIP目標插座，可支持多達20 個引腳，從而使MSP430 Value Line器件能夠簡便地插入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 輕松進行編程、調(diào)試和評估。 本作品基于TI的LaunchPad設(shè)計了一款簡易信號發(fā)生器，選用TI的MSP430G2553單片機。通過單片機加外圍LCD12864、DAC0832及TL082放大電路，實現(xiàn)了可產(chǎn)生正弦波、鋸齒波、三角波、方波的簡易信號發(fā)生器，且頻率可調(diào)。二設(shè)計要

4、求和指標本次實驗?zāi)康氖窃O(shè)計一款簡易信號發(fā)生器，通過MSP430單片機加外圍LCD12864、DAC0832及TL082放大電路，實現(xiàn)了可產(chǎn)生正弦波、鋸齒波、三角波、方波的簡易信號發(fā)生器，且頻率可調(diào)。具體技術(shù)參數(shù)如下表：波形種類正弦波鋸齒波三角波方波頻率范圍（Hz）1001200頻率步進（Hz）100最大幅值VP-P（V）04.7輸出阻抗（）50其他功能頻率按鍵可調(diào)、輸出使能控制放大、LCD人機指示三方案設(shè)計和論證方案一：由MSP430G2553結(jié)合低通濾波器電路來模擬實現(xiàn)DDS芯片的功能，進而產(chǎn)生各種波形。優(yōu)缺點：利用此方案可以充分利用MSP430G2553上資源，使系統(tǒng)成本大大降低。但是此方

5、案只能產(chǎn)生低頻率的波形，不適合此次參賽題目要求。方案二：控制部分由MSP430G2553實現(xiàn)，波形產(chǎn)生部分使用FPGA或CPLD芯片采用波形查找表結(jié)合高速的DAC產(chǎn)生。優(yōu)缺點：此方案自由度大，符合現(xiàn)在的發(fā)展趨勢。但是，F(xiàn)PGA或CPLD芯片價格相對比較高，加上高速的DAC芯片，使設(shè)計成本大大提高。而且整個設(shè)計中MSP430G2553僅僅完成簡單的控制功能，資源得不到充分的利用。方案三：由MSP430G2553實現(xiàn)對專門的DDS芯片（如AD9850、AD9833）的控制，來產(chǎn)生各種波形。優(yōu)缺點：利用此方案產(chǎn)生波形的頻率穩(wěn)定度高，易于程控。但是，專門的DDS芯片價格高，系統(tǒng)成本高。方案四：控制部分

6、由MSP430G2553實現(xiàn)，波形通過代碼控制生成數(shù)字量信號，再用D/A轉(zhuǎn)換器輸出正弦波、鋸齒波、三角波及方波，也可以實現(xiàn)頻率的數(shù)控調(diào)整。優(yōu)缺點：方法簡單易行，采用單片專用芯片，系統(tǒng)體積大大減小?？僧a(chǎn)生較高的頻率，容易調(diào)節(jié)頻率。但是，未能很好的利用MSP430G2553的內(nèi)部資源。 綜上，方案四的系統(tǒng)成本低，性價比較高。方案的可行性也較高，外圍電路簡單，能產(chǎn)生較高的頻率且可以滿足此次參賽要求。所以本作品最終采用方案四。四電路原理設(shè)計1、作品功能設(shè)計：（1）在信號產(chǎn)生和處理方面。通過MSP430G2553內(nèi)部的TA定時器，外加DAC0832產(chǎn)生四種波形，在DA輸出后，通過一個由運算放大器TL08

7、2和精密可調(diào)電位器組成的運算放大電路，以實現(xiàn)信號的增益控制。最后在負載電阻上輸出電壓。系統(tǒng)總體框圖如圖1.1所示。圖1.1 系統(tǒng)總體框圖（2）人機交互方面。本作品使用三個獨立按鍵來控制菜單選項，其功能如表1.2所示。正弦波鋸齒波三角波方波增頻減頻短按P2.2長按P2.1長按P2.0長按P2.2短按P2.1短按P2.0長按時間大于1s 短按時間大于10ms表1.2 按鍵功能說明2、系統(tǒng)硬件和軟件說明：（1）硬件構(gòu)成本作品使用LCD12864作為人機交互模塊，由于MSP430G2553的I/O口很少，所以通過對LCD的進行串行數(shù)據(jù)輸入，以節(jié)約I/O口。其連接如圖1.2所示。圖1.2 LCD1286

8、4硬件連接 由于是通過MSP430G2553輸出數(shù)字量的信號來產(chǎn)生波形，因此需要用到DA將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量?？紤]到單片機的I/O口數(shù)量，選用8位的DA來進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。硬件如圖1.3所示，DAC0832采用直通工作方式，節(jié)省I/O口控制引腳。圖1.3 DAC0832 直通方式硬件連接 由DAC輸出模擬量后，由于波形的幅值太小，因此還需要進行幅值的放大。其中R3是精密可調(diào)電位器，方便用戶對信號的幅度進行調(diào)節(jié)。50的電阻可以保證整個信號發(fā)生器的輸出阻抗為50。信號幅度調(diào)節(jié)和輸出部分電路如圖1.4所示。圖1.4 幅值放大的硬件電路（2）軟件系統(tǒng)整個系統(tǒng)的軟件主要有主函數(shù)、定時器TA中斷函數(shù)、按鍵中斷

9、函數(shù)三個大的模塊組成。系統(tǒng)軟件框圖如圖1.5所示。圖1.5 系統(tǒng)軟件框圖各函數(shù)的作用和相互關(guān)系：在主函數(shù)中首先對系統(tǒng)的時鐘、I/O口、定時器TA進行了初始化。初始化完畢，開啟總中斷。接著進入while（1）循環(huán)等待定時器中斷子程序的執(zhí)行。按鍵中斷函數(shù)主要對三個菜單按鍵（P2.2、P2.1、P2.0）的動作進行處理。這三個菜單按鍵可以實現(xiàn)波形的切換，頻率的加減，信號的使能輸出。在按鍵中斷函數(shù)中修改的信號頻率大小和波形的種類這兩個參數(shù)會被主函數(shù)和定時器TA中斷函數(shù)調(diào)用。定時器頻率計算原理。TA定時器設(shè)置為連續(xù)增計數(shù)模式，時鐘頻率fs采用SMCLK同步。若要產(chǎn)生X Hz的正弦波、鋸齒波、三角波和方波

10、則有：TA0CCR0=在上式中，寄存器TA0CCR0是用以定時器TA的初始值。本作品采用的是200個采樣點。3、程序流程圖（1） 主程序流程圖開機后，主程序首先關(guān)閉看門狗，接著對相應(yīng)的I/O口、系統(tǒng)時鐘、定時器TA進行初始化，完成后開總中斷。然后，執(zhí)行main函數(shù)。主程序流程圖如圖1.6所示。圖1.6 主程序流程圖（2）定時器中斷服務(wù)子程序流程圖定時器TA的中斷服務(wù)程序中主要處理判斷信號標志位key的值，然后輸出相應(yīng)值的波形。定時器中斷服務(wù)程序流程圖如圖1.7所示。3按鍵中斷服務(wù)程序流程圖 按鍵中斷服務(wù)程序中主要處理波形的選擇、頻率的加減、信號輸出使能等功能。按鍵中斷服務(wù)程序流程圖見圖1.8所

11、示。圖1.7 定時器中斷服務(wù)子程序流程圖圖1.8 按鍵中斷服務(wù)子程序流程圖五、硬件設(shè)計與調(diào)試這次課程設(shè)計我組的設(shè)計目標是信號發(fā)生器的設(shè)計，我們采用msp430g2553單片機和DAC0832芯片以及放大器完成電路的設(shè)計，用開關(guān)來控制各種波形的發(fā)生及轉(zhuǎn)換，用單片機輸出后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成波形，最終可以通過示波器觀察。在這次課程設(shè)計中利用單片機做出低頻信號發(fā)生器。在做的過程中,我們都沒有豐富的單片機知識，在老師和同學的幫助下，對單片機的認識有了進一步的認識和使用。在學習單片機的時候，首先要理解清楚其工作原理和工作時序,那樣的話才能對所要求電路進行編程。還有就是在做設(shè)計的時候要認真一點，那點錯了要

12、換個思維方式在做，找到錯誤的知識點,在看書或者問老師來解決。而在軟件設(shè)計過程中，主要運用的是c語言來進行編程，這讓我更深入的了解了波形是如何編程的，也讓我對IAR軟件有了更深入的了解。通過這次的綜合應(yīng)用開發(fā)實驗，我們對微機和單片機的一些芯片有了一定的了解，讓我們又一次溫習了大學學習的微機原理和匯編語言等知識，也讓我的動手能力有了很大的提高。在設(shè)計電路的時候都是學習網(wǎng)上的例子，此次的大作業(yè)也同平時實驗一般照著教程學習操作就可以了。與課堂不一樣的是通過自己的動手學習，也獲得了更多的知識。在這個過程中學習到在安裝調(diào)試的過程中，應(yīng)該按照模塊的先后順序逐個調(diào)試。確保整個系統(tǒng)安裝完成后，各個模塊工作正常，

13、整個系統(tǒng)板可以正常工作。避免沒有調(diào)試各個模塊的情況下，直接安裝完整個系統(tǒng)，而系統(tǒng)不能正常工作，卻不知道是哪個模塊出現(xiàn)了故障。六、測試結(jié)果本文設(shè)計的信號發(fā)生器基本達到了設(shè)想的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)正確波形，能步進100Hz調(diào)節(jié)輸出波形的頻率，輸出頻率也比較穩(wěn)定。表1.3是主要的波形測試結(jié)果。TA0CCR0值793396264198158132理論波形頻率100Hz200 Hz300 Hz400 Hz500 Hz600 Hz實測波形頻率99.982Hz200.013 Hz300.121 Hz399.802 Hz500.363 Hz599.002 HzTA0CCR0值1139988797266理論波形頻率7

14、00 Hz800 Hz900 Hz1000 Hz1100 Hz1200 Hz實測波形頻率699.235 Hz797.881 Hz896.212 Hz997.876 Hz1096.342 Hz1209.548 Hz附上系統(tǒng)完整的電路原理圖 參考文獻：1賈立新、王涌.電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐.北京.清華大學出版社.20112張毅剛 彭喜元.單片機原理及接口技術(shù).人民郵電出版社.2011附錄：源程序代碼下#include <msp430g2553.h>#include <in430.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned

15、char#define ulong unsigned longunsigned char aa16="P2.2正弦波 長按"unsigned char bb16="P2.1鋸齒波 長按"unsigned char cc10="P2.0三角波"unsigned char dd16="P2.1加頻P2.0減頻"unsigned char numt113=193,196,164,198,158,132,113,99,88,79,72,66,61;unsigned char numt213=200,200,100,0,0,

16、0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char numt313=200,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char numt413=200,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned char name136=" 100Hz"," 200Hz"," 300Hz"," 400Hz"," 500Hz"," 600Hz"," 700Hz"," 800Hz"," 900

17、Hz","1000Hz","1100Hz","1200Hz","1300Hz"#define SID BIT4#define SCLK BIT3#define CS BIT5#define LCDPORT P2OUT#define SID_1 LCDPORT |= SID#define SID_0 LCDPORT &= SID#define SCLK_1 LCDPORT |= SCLK#define SCLK_0 LCDPORT &= SCLK#define CS_1 LCDPORT |=

18、 CS#define CS_0 LCDPORT &= CSuint key=0; /按下的按鍵編號uint i=0;uint k=0;uint j=0;uint tt=0;uint Tccr0=158;uint keynum=4;uint tcout=0;uint tcoutm=0;uint ttcout=0;/uint take=13;/延時程序#define CPU_F (double)16000000)#define delay_us(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000000.0)#define delay_ms(x) _del

19、ay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000.0)static unsigned char temp=0xaa; /定時器uchar sindata200= 127,131,135,139,143,147,151,155,159,162,166,170,174,177,181,185,188,192,195,198,202,205,208,211,214,217,220,222,225,227,230,232,234,236,238,240,242,244,245,246,248,249,250,251,252,252,253,253,254,254,254,254

20、,254,253,253,252,252,251,250,249,248,246,245,244,242,240,238,236,234,232,230,227,225,222,220,217,214,211,208,205,202,198,195,192,188,185,181,177,174,170,166,162,159,155,151,147,143,139,135,131,127,123,119,115,111,107,103, 99, 95, 92, 88, 84, 80, 77, 73, 69, 66, 62, 59, 56, 52, 49, 46, 43, 40, 37, 34

21、, 32, 29, 27, 24, 22, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 9, 8, 6, 5, 4, 3, 2, 2, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 29, 32, 34, 37, 40, 43, 46, 49, 52, 56, 59, 62, 66, 69, 73, 77, 80, 84, 88, 92, 95, 99,103,107,111,115,119,123;void write_cmd(uchar cmd) uchar

22、i,high4bits,low4bits; ulong lcdcmd; high4bits = cmd & 0xf0; low4bits = cmd & 0x0f; lcdcmd=(ulong)0xf8<<16)+(ulong)high4bits<<8)+(ulong)low4bits<<4); CS_1; SCLK_0; for(i=0;i<24;i+) SID_0; if(lcdcmd & 0x00800000) SID_1; lcdcmd <<=1; delay_ms(1); SCLK_1; delay_ms(

23、1); SCLK_0; CS_0;void write_dat(uchar dat) uchar i,high4bits,low4bits; ulong lcddat; high4bits = dat & 0xf0; low4bits = dat & 0x0f; lcddat=(ulong)0xfa<<16)+(ulong)high4bits<<8)+(ulong)low4bits<<4); CS_1; SCLK_0; for(i=0;i<24;i+) SID_0; if(lcddat & 0x00800000) SID_1;

24、lcddat <<=1; delay_ms(1); SCLK_1; delay_ms(1); SCLK_0; CS_0;void lcd_pos(uchar x,uchar y) uchar pos; switch(x) case 1:pos=0x80;break; case 2:pos=0x90;break; case 3:pos=0x88;break; case 4:pos=0x98;break; default:pos=0x80; pos += y; write_cmd(pos);void LCD_init(void) write_cmd(0x30); write_cmd(0

25、x0C); write_cmd(0x01); write_cmd(0x02);void IO_init(void) P1DIR=0xff; P1REN=0x00; P1SEL=0X00; P1OUT=0x00; P2SEL&=(BIT4 + BIT3 + BIT5); P2DIR = BIT4 + BIT3 + BIT5;/* P2DIR|=BIT0; /DAC單緩沖模式 P2SEL&=BIT0; P2REN&=BIT0; P2OUT|=BIT0; /關(guān)閉dac輸入*/ P2DIR&=(BIT0+BIT1+BIT2); /輸入 P2REN|=BIT0+BIT1+

26、BIT2; /用于按鍵接地型 P2IE|=BIT0+BIT1+BIT2; /允許中斷 P2IES|=BIT0+BIT1+BIT2; /下升沿觸發(fā) P2IFG&=(BIT0+BIT1+BIT2); /消除中斷標志void display(void) lcd_pos(1,0); for(i=0;i<16;i+) write_dat(aai); lcd_pos(2,0); for(i=0;i<16;i+) write_dat(bbi); lcd_pos(3,0); for(i=0;i<10;i+) write_dat(cci); lcd_pos(4,0); for(i=0;

27、i<16;i+) write_dat(ddi); void DCO_init(void) BCSCTL1 = CALBC1_16MHZ; /設(shè)定cpu時鐘DCO頻率為16MHz DCOCTL = CALDCO_16MHZ; / BCSCTL2|=SELM_1+DIVM_0; /SMCLK選擇16MHz，不分頻 / BCSCTL2&=SELS;void Timer_A0_init(void)TA0CTL|=TASSEL_2+MC_2;/TA時鐘源選擇SMCLK，連續(xù)增計數(shù)模式 TA0CCR0=158; TA0CCTL0|=CCIE;/打開 比較模塊0中斷 _EINT();/*/定時

28、器中斷服務(wù)程序/*/#pragma vector =TIMER0_A0_VECTOR_interrupt void Timer_A0(void) /CCIFG中斷被響應(yīng)后，該標志位自動清零 if(key=222) if(j<200) P1OUT=sindataj; /正弦波產(chǎn)生 j+; elsej=0; TA0CCR0 +=Tccr0; if(key=221) if(tcout<200) P1OUT=tcout; /鋸齒波產(chǎn)生 tcout+; else tcout=0; TA0CCR0 +=Tccr0; if(key=220) if(ttcout=0) if(tcoutm<1

29、00) P1OUT=tcoutm; /三角波產(chǎn)生上升段 tcoutm+; else ttcout=1; TA0CCR0 +=(Tccr0-1); if(ttcout=1) if(tcoutm>0) P1OUT=tcoutm; /三角波產(chǎn)生下降段 tcoutm-; else ttcout=0; TA0CCR0 +=(Tccr0-1); /*/#pragma vector=PORT2_VECTOR_interrupt void Port2(void) _DINT(); /關(guān)中斷 delay_ms(10); /延遲5ms，消抖 延遲5ms 10ms都行 if(P2IN&BIT2)=0) /如果為低，即按鍵真的按下了 因為是下降沿觸發(fā)中斷，所以要檢測是否為低 (P2IN&BIT2)=0 /正弦波 key=222; tt=1; LCD_init(); lcd_pos(1,0); for(i=4;i<10;i+) write_dat(aai); lcd_pos(3,0); for(k=0;k<6;k+) write_dat(namekeynu