基于msp430g2553的簡易正弦波發(fā)生器設計

1、電子工程學院2015年大學生電子設計競賽設計報告 學院：電子工程學院 姓名：馬晨迪（2012210987）（硬件）宋明潔（2012210991）（軟件）完成任務1基本要求（1）振蕩頻率：10KHz；（2）輸出信號電壓范圍（峰-峰值）：2V；（負載1K歐,500歐，50歐）（3）測量振蕩信號參數(shù)：峰峰值、有效值、頻率；測量精度要求：滿足（2）的負載下測量誤差±5%。（以外接示波器測試為參考）2發(fā)揮部分指定發(fā)揮要求：（1） 振蕩頻率： 100KHz；（2） 測量精度提高：誤差±1%；（以外接示波器測試為參考）（3） 顯示并繪制輸入信號波形（繪制要求有坐標軸及刻度，單位）（4）

2、VDD <=3.3V；（5） 提交設計論文3 設計思路（1） 硬件a) 原理利用產(chǎn)生自激振蕩的條件去構(gòu)成正反饋電路，以產(chǎn)生正弦波振蕩。原理圖如下：自激振蕩的平衡條件： 1)振幅條件： 2)相位條件：A+B()=±2n要產(chǎn)生自激震蕩可以采用LC、RC或者石英晶體振蕩電路。但是在產(chǎn)生較低頻率的正弦波是時，若采用LC電路，所需電感很大，實際中往往很難找到，而石英晶體震蕩頻率雖然穩(wěn)定，但是可調(diào)節(jié)范圍較小。所以我們最終采用了RC文氏橋電路。b) 模型文氏橋電路的原始模型：改進后的模型：上圖中，在回路串聯(lián)兩個反向并聯(lián)的二極管，利用電流增大時，二極管動態(tài)電阻減小的特點，加入非線性環(huán)節(jié)，使輸出

3、電壓穩(wěn)定。用兩個電位器R，調(diào)節(jié)震蕩頻率，使得滿足起振條件和滿足所要求的震蕩頻率。c) 仿真過程d) 實際操作實際操作過程中我們發(fā)現(xiàn)，仿真出來的效果很好，但是嚴格按照仿真結(jié)果出來的效果卻并不是很好，甚至無法出現(xiàn)波形。開始時還以為是電路鏈接有問題，插了好幾次，不見效果，后來試著不斷調(diào)節(jié)電位器R的值，突然出現(xiàn)了波形。這說明理論和實際還真是有不小的差距。在實現(xiàn)大于10kHz的功能時，電容值C本來用的參考資料里的223但是發(fā)先頻率可調(diào)范圍較小，而且電壓最高為2.1V左右，剛剛能夠滿足要求，所以，改選了102，效果比較好不僅頻率達到了要求，而且電壓最大值可達到2.7V。再加入負載之后，我們能實現(xiàn)電壓仍大于

4、2V的負載值最小只能是68歐。未接負載前：接1000歐負載接500歐負載接68歐e) 拓展功能實現(xiàn)在實現(xiàn)100kHz時，我們更換電容C為容值更小的101（1000pF），實現(xiàn)了頻率要求，但是電壓的要求難以實現(xiàn)，要實現(xiàn)仍是正弦波的要求，電壓幅度最大只能是幾百毫伏。在使用電壓3.3V供電時，頻率上可以滿足大于10k的要求（33k），但是電壓只能達到1.74V。如下圖（2） 軟件軟件設計主要包括測量正弦波頻率、測量正弦波幅度、lcd顯示模塊ü 測量正弦波頻率模塊測量正弦波頻率采用測頻法，使用兩個定時器A、B,定時器A的使用采用正弦波作為外部輸入時鐘，每輸入一個正弦波的上升沿，TRA的值加一

5、，這樣可以使用定時器A的值記錄輸入的正弦波的周期數(shù)。定時器B的時鐘采用SMCLK，用來計時，當計時到1s時觸發(fā)中斷，利用此時定時器A的值計算得到正弦波的頻率。ü 測量正弦波幅度模塊將正弦波輸入A1引腳，利用單片機內(nèi)集成的ADC進行AD轉(zhuǎn)換，對一定時間內(nèi)采集的到的幅度值進行比較，最大值作為正弦波的幅度輸出。ü Lcd顯示模塊由于msp430g2553單片機的IO管腳比較少，所以LCD12864采用串行通信模式，只用連接SID,CS,SCLK三個控制引腳，對LCD12864寫入的每一個字節(jié)的數(shù)據(jù)或者命令采用三字節(jié)的數(shù)據(jù)格式寫入，第一個字節(jié)為控制命令，第二個字節(jié)的高4位為數(shù)據(jù)的高

6、4位，第三個字節(jié)的高4位為數(shù)據(jù)的低4位。因為LCD12864內(nèi)部含有字庫，所以只需要寫入顯示符號的ASCII碼或者漢字，LCD會利用字庫映射為對應的符號并顯示出來。程序源代碼/* * measure.c * * Created on: 2015-4-6 * Author: Elan * P1.0輸入正弦波作為外部時鐘 * P1.1輸入正弦波進行adc采樣 */#include "msp430g2553.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ulint unsigned long intun

7、signed long data;/頻率double TA_OverflowCnt=0;/溢出次數(shù)float adc_sample=0;float adc_max=0;float effective_value=0;void init_TA();void init_adc();void cal_max();void delay(uint t);void delay1(void);void int_430(void);void sendbyte(uchar zdata);void write_com(uchar cmdcode);void write_data(uchar Dispdata);v

8、oid lcdinit();void print_string( char *s);void display_fre(void);void display_range(void);void display_effective_value(void);void main()init_TA();init_adc();int_430();lcdinit();while(1)cal_max();display_fre();display_range();display_effective_value();delay1();void init_TA()P1SEL |= BIT0; /選取管腳第二功能P1

9、DIR &= BIT0; /p1.0置為輸入TA1CCR0=65535;/定時1sTACCR0=65535;TA1CTL |= TASSEL_2 + ID_3 + MC_1 + TAIE + TACLR;/P1.1 SMCLK作為時鐘，8分頻，增計數(shù)，中斷使能,初始置0TA0CTL = TASSEL_0 + TACLR + TAIE + MC_2;/P1.0 外部輸入時鐘，中斷使能，初始清零，連續(xù)計數(shù)TA0CCTL0 |= CCIE;/使能捕獲TA1CCTL0 |= CCIE;_EINT(); /打開全局中斷void init_adc()ADC10CTL1 |= CONSEQ_2;/單

10、通道重復采樣模式/ADC10CTL0 |= SREF_0+REFON+REF2_5V;/選擇內(nèi)部參考電源，打開基準源，參考電壓設置為VCC 3.3VADC10CTL0 |= SREF_0;ADC10CTL0 |= ADC10SHT_0+MSC;/過采樣率設置為4個采樣周期ADC10CTL1|= ADC10SSEL_3+ADC10DIV_1+SHS_0;/采樣時鐘為SMCLK，二分頻ADC10CTL1 |=INCH_1;/選擇采樣通道A1ADC10CTL0 |= ADC10ON;/開啟ADC10ADC10AE0 |= 0x02;/開啟外部采樣通道void cal_max()unsigned in

11、t i;for(i=0;i<65635;i+)ADC10CTL0 |=ENC+ADC10SC; /開始轉(zhuǎn)換while(ADC10CTL0 &ADC10IFG)=0); /等待ADC10IFG標志變高（轉(zhuǎn)換完成）adc_sample=(float)ADC10MEM) *4.2583) /1023-2; /讀取采樣結(jié)果if(adc_max < adc_sample)adc_max=adc_sample;effective_value=adc_max/1.414;display_fre();display_range();display_effective_value();del

12、ay1();/*延時函數(shù)*/void delay(uint t) uint i,j; for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<10;j+);/1s延時的計數(shù)閘門void delay1(void) unsigned long i; for(i=0;i<119000;i+) _NOP(); / 該函數(shù)用來產(chǎn)生一個 MSP430 系統(tǒng)時鐘周期的延時 void int_430(void) P1SEL&=BIT6;/輸出高電平，充當電源 P1SEL&=BIT7; P1DIR|= BIT6; P1DIR|= BIT7; P1OUT|=BIT6; P1OUT|=

13、BIT7; WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; / 關閉看門狗 P1SEL&=BIT4; P1DIR|= BIT4; P1OUT&=BIT4; P1SEL&=BIT5; P1DIR|= BIT5; P1OUT&=BIT5;/*數(shù)據(jù)傳送函數(shù)*/void sendbyte(uchar zdata) uchar code_seg7,serial_clk, serial_shift; code_seg7=zdata; serial_shift=0x80; for(serial_clk=0; serial_clk<8; serial_clk+) if(cod

14、e_seg7&serial_shift) P1OUT|=BIT4; /SID為1 else P1OUT&=BIT4; /SID為0 P1OUT&=BIT5; /產(chǎn)生時鐘信號下沿 P1OUT|=BIT5; /產(chǎn)生時鐘信號上沿 serial_shift=serial_shift>>1; /準備發(fā)送下一位數(shù)據(jù) /*寫命令函數(shù)*/void write_com(uchar cmdcode) /串口控制格式（11111AB0） /A數(shù)據(jù)方向控制，A=H時讀，A=L時寫 /B數(shù)據(jù)類型選擇，B=H時為顯示數(shù)據(jù)，B=L時為命令 sendbyte(0xf8); /MCU向LCD

15、發(fā)命令 sendbyte(cmdcode & 0xf0); /發(fā)高四位數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)格式D7D6D5D4_0000) sendbyte(cmdcode << 4) & 0xf0); /發(fā)低四位數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)格式D3D2D1D0_0000) delay(2); /延時等待/*寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/void write_data(uchar Dispdata) sendbyte(0xfa); /MCU向LCD發(fā)數(shù)據(jù) sendbyte(Dispdata & 0xf0); /發(fā)高四位數(shù)據(jù) sendbyte(Dispdata << 4) & 0xf0); /發(fā)低四

16、位數(shù)據(jù) delay(2);/*LCD初始化函數(shù)*/void lcdinit() delay(20000); /復位等待（內(nèi)部自帶上電復位電路），時間較長 write_com(0x30); /功能設定：基本指令集操作 delay(50); /延時等待 write_com(0x04); /光標右移一位 write_com(0x0c); /整體顯示，關游標 delay(50); write_com(0x01); /清屏/*送字符串函數(shù)*/void print_string( char *s) while(*s > 0) /C語言里字符串末尾自動加“0”(ASCII碼值為0) delay(50)

17、; write_data(*s); /發(fā)送字符對應的ASCII碼，12864指針可設置自動指向下一個顯示地址 s+; /*顯示頻率*/void display_fre()uint d1,d2,d3,d4,d5,d6;write_com(0x01);if(data>99999)/6位數(shù)的頻率d1=data/100000;d2=data%100000/10000;d3=data%100000%10000/1000;d4=data%100000%10000%1000/100;d5=data%100000%10000%1000%100/10;d6=data%100000%10000%1000%1

18、00%10;write_com(0x03);write_com(0x80);/頻率顯示在第一行print_string("頻率： ");write_com(0x83);write_data(d1+0x30);write_data(d2+0x30);write_data(d3+0x30);write_data(d4+0x30);write_data(d5+0x30);write_data(d6+0x30);else /5位數(shù)頻率d1=data/10000;d2=data%10000/1000;d3=data%10000%1000/100;d4=data%10000%1000%

19、100/10;d5=data%10000%1000%100%10;write_com(0x03);write_com(0x80);/頻率顯示在第一行print_string("頻率： ");write_com(0x83);write_data(d1+0x30);write_data(d2+0x30);write_data(d3+0x30);write_data(d4+0x30);write_data(d5+0x30);write_com(0x86);write_data('H');write_data('z');/*顯示幅度*/void di

20、splay_range()uint r1,r2,r3;if(adc_max>9.9)r1=(uint)adc_max/10;r2=(uint)adc_max%10;r3=(uint)(adc_max*10)%100%10;write_com(0x03);write_com(0x90);/第二行print_string("幅度： ");write_com(0x93);write_data(r1+0x30);write_data(r2+0x30);write_data(46);write_data(r3+0x30);elser1=(uint)adc_max/1;r2=(u

21、int)(adc_max*10)%10;write_com(0x03);write_com(0x90);/第二行print_string("幅度： ");write_com(0x93);write_data(r1+0x30);write_data(46);write_data(r2+0x30);write_com(0x95);write_data('V');/*顯示有效值*/void display_effective_value()uint e1,e2,e3;/effective_value=adc_max/1.414;if(effective_value

22、>9.9)e1=(uint)effective_value/10;e2=(uint)effective_value%10;e3=(uint)(effective_value*10)%100%10;write_com(0x03);write_com(0x88);/第s三行print_string("有效值： ");write_com(0x8c);write_data(e1+0x30);write_data(e2+0x30);write_data(46);write_data(e3+0x30);elsee1=(uint)effective_value/1;e2=(uint)(effective_value*10)%10;write_com(0x03);wr