基于MSP430的信号发生器设计课程设计任务说明书.docx
《基于MSP430的信号发生器设计课程设计任务说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MSP430的信号发生器设计课程设计任务说明书.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于MSP430的信号发生器设计课程设计任务说明书
基于MSP430的信号发生器设计
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
自动化
指导教师：
工作单位：
题目:
基于MSP430的信号发生器设计
初始条件：
1.运用所学的单片机和C语言等知识；
2.用到元件:
MSP430LaunchPad，IAR软件，LED灯。
要求完成的主要任务:
基于MSP430单片机设计一款信号发生器，作品采用MSP430LaunchPad结合DAC和运算放大器，实现可产生正弦波、三角波、锯齿波的信号发生器。
①能产生正弦波，三角波，锯齿波；
②能通过按键切换波形；
③幅值连续可调，频率按键可调，输出使能控制，LED指示；
④搭建硬件电路，编制完整的程序并调试；
⑤撰写设计说明书及调试心得。
时间安排：
1.1月10日----1月12日查阅资料及确定方案总体设计
2.1月13日----1月15日编程
3.1月16日开始调试程序
4.1月17日撰写课程设计报告
5.1月18日正式开始答辩
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
摘要
信号发生器是电子实验室的基本设备之一，目前各类学校广泛使用的是标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但是价格较贵，且许多功能用不上。
本设计介绍一款基于MSP430G2452单片机的信号发生器。
该信号发生器虽然功能及性能指标赶不上标准信号发生器，但能满足一般的实验要求，且结构简单，成本较低。
本次需要完成的任务是以MSP430LaunchPad的单片机为控制核心、LED作为指示、DAC模块作为转换与按键电路作为输入构成的一种电子产品。
MSP430LaunchPad单片机为控制核心，能实时的进行控制；按键输入调整输出状态，LED灯显示输出波形状态，DAC0832将单片机输出的数字信号转化为模拟量，经运放放大后输出。
在本次程序设计中充分利用了单片机内部资源，涉及到了LED驱动、中断系统、函数调用等。
关键字：
MSP430LaunchPad，按键输入，DAC0832，OPA07
1概述
1.1作品基本情况介绍
本作品基于TI的LaunchPad，选用TI的MSP430G2452这款单片机设计了一款信号发生器。
作品采用查表原理来实现信号的产生，外围使用一些基本的DAC和放大电路，实现了可产生正弦波、三角波、锯齿波的信号发生器。
信号发生器的主要技术参数如下：
1.频率范围：
1HZ--1KHZ
2.频率步进间隔：
1HZ
3.输出幅值：
8V
4.其他：
幅度连续可调、频率按键可调、输出使能控制、LED指示
1.2系统硬件和软件框图
1）系统硬件框图
图1系统硬件框图
2）系统软件框图：
图2系统软件框图
2硬件系统设计
2.1MSP430G2系列LaunchPad开发板介绍
TI的MSP430G2系列Launchpad开发板是一款适用于TI最新MSP430G2xx系列产品的完整开发解决方案。
其基于USB的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xx器件开发应用所必需的所有软、硬件。
LaunchPad具有集成的DIP插座，可支持多达20个引脚，从而使MSP430ValueLine器件能够简便地插入LaunchPad电路板中。
此外，其还可提供板上Flash仿真工具，以直接连接至PC轻松进行编程、调试和评估。
此外，它还提供了从MSP430G2xx器件到主机PC或相连目标板的9600波特率的UART串行连接。
MSP430G2系列Launchpad开发板的特性:
USB调试与编程接口无需驱动即可安装使用，且具备高达9600波特的UART串行通信速度。
支持所有采用PDIP14或PDIP20封装的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件。
两个通用数字I/O引脚分别连接至绿光和红光的LED灯可提供视觉反馈。
两个按钮可实现用户反馈和芯片复位。
器件引脚可通过插座引出，既可以方便的用于调试，也可用来添加定制的扩展板。
2.2方案论证与选择
方案一：
控制部分由MSP430G2452实现，波形产生采用单片压控函数发生器（MAX038等），可同时产生频率可控可变的正弦波、三角波、方波。
优缺点：
简单易行，采用专用芯片，系统体积大大减小；但频率步进的步长很难控制，并且整个设计中MSP430G2452仅完成简单的控制功能，资源没有充分利用。
方案二：
由MSP430G2452实现对专门的DDS芯片（如AD9850）的控制，产生各种波形。
优缺点：
此方案产生波形的频率稳定度高，易于程控。
但DDS芯片价格高，系统成本高。
方案三：
由MSP430G2452结合DAC0832实现各种波形的产生。
优缺点：
此方案可以充分利用MSP430G2452上的资源，降低系统成本，但是产生波形频率较低。
综上，方案三充分利用MSP430G2452的资源，外围电路简单、系统成本较低，可以满足信号发生器的要求，所以最终采用方案三。
2.3硬件电路系统设计
系统主控部分采用IT的MSP430G2452LaunchPad开发板；外围电路主要包括DAC模块、电源及按键模块。
1）DAC模块：
DAC模块主要由DAC0832和OPA227PA运算放大器组成。
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。
与微处理器完全兼容。
这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。
其主要参数如下：
*分辨率为8位；
* 电流稳定时间1us；
*可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；
*只需在满量程下调整其线性度；
*单一电源供电（+5V～+15V）；
*低功耗，20mW
其引脚功能如下：
*D0～D7：
8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；
*ILE：
数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；
*CS：
片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；
*WR1：
数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。
由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；
*XFER：
数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；
*WR2：
DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。
由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。
*IOUT1：
电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；
*IOUT2：
电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；
*Rfb：
反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；
*Vcc：
电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；
*VREF：
基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；
*AGND：
模拟信号地；
*DGND：
数字信号地。
图3DAC0832引脚图
电路原理图如下图所示：
图4.DAC模块原理图
2）电源及按键模块：
系统共使用了四种电源：
12V、-12V、5V、-5V。
其中12V和-12V由电源模块产生，5V和-5V由L7805和L7905产生。
四个按键功能分别为：
信号输出使能、频率+、频率-、信号切换。
电源及按键模块电路原理图如下图所示：
图5.电源及按键模块原理图
2.4系统PCB图设计
1）DAC及放大模块PCB图如下图所示：
图6.DAC模块PCB图
2）电源及按键模块PCB图如下图所示：
图7.电源及按键模块PCB图
3程序设计
3.1程序主流程
如图8所示为程序主流程图：
图8系统主流程框图
3.2程序设计
系统程序主要分为以下几个模块：
初始化程序、主程序、输出程序和中断函数。
3.2.1初始化程序
初始化程序主要完成的引脚的配置
voidPort_init（）
{
//P2.0，P2.5点灯
P2DIR|=（BIT0+BIT5）;
P2OUT|=BIT0;//初始为Sine，点亮相应指示灯
P2OUT&=~（BIT5）;
//四个按键P2.1使能,P2.2波形选择,P2.3频率加,P2.4频率减
P2IES|=0x1E;
P2IE|=0x1E;
P2IFG|=0x1E;
P1DIR=0xff;
P1OUT=0xaa;
}
3.2.2主程序
主程序要负责总体程序管理功能，全局变量赋值。
intmain（void）
{
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//关看门狗
WaveSelect=5;
f_out=50;
M=0;
Key=0;
K=count[f_out];
Port_init（）;//IO口初始化
_BIS_SR（GIE）;//开系统中断
while
（1）
{
if（Key==1）output（）;
}
};
3.2.3按键中断程序
主要完成按键的读取，以及相应的输出量赋值。
图9按键中断流程图
#pragmavector=PORT2_VECTOR
__interruptvoidP2_ISR_KEYS（void）
{
unsignedinti,Keytime1=0,Keytime2=0;
unsignedcharPushKey;
PushKey=P2IFG&（BIT1+BIT2+BIT3+BIT4）;
for（i=0;i<1000;i++）;//除干扰
if（（P2IN&PushKey）==PushKey）
{
P2IFG=0;
return;
}
if（PushKey&BIT1）//P2.1输出使能
{
Key=1;//允许输出信号
}
if（PushKey&BIT2）//P2.2波形选择
{
Key=0;
WaveSelect+=5;
switch（WaveSelect）
{
case5:
P2OUT|=BIT0;P2OUT&=~（BIT5）;break;
case10:
P2OUT|=BIT5;P2OUT&=~（BIT0）;break;
case15:
P2OUT|=BIT0+BIT5;break;
default:
WaveSelect=5;P2OUT|=BIT0;P2OUT&=~（BIT5）;break;
}
}
if（PushKey&BIT3）//P2.3频率加
{
while（（P2IN&BIT3）==0）//判断按键是否是长按
{
Keytime1++;
if（Keytime1>60000）
{
Keytime2++;
Keytime1=0;
if（Keytime2>10）
{
if（f_out<=100）f_out+=5;
elsef_out=1;
Keytime2=0;
}
}
}
if（f_out<=100）f_out+=1;
elsef_out=1;
}
if（PushKey&BIT4）//频率减
{
while（（P2IN&BIT4）==0）//判断按键是否是长按
{
Keytime1++;
if（Keytime1>60000）
{
Keytime2++;
Keytime1=0;
if（Keytime2>10）
{
if（f_out）f_out-=5;
Keytime2=0;
}
}
}
if（f_out）f_out-=1;
}
P2IFG=0;
return;
}
3.2.4输出程序
根据各参数量，输出相应数字信号
图10输出函数流程图
voidoutput（void）
{
unsignedlongj;
K=count[f_out];
if（WaveSelect==5）//正弦波
{
P1OUT=sin[M];
for（j=0;j<100000;j+=K）;
M++;
if（M==255）M=0;
}
if（WaveSelect==10）//锯齿波
{
if（M<=255）
{
P1OUT=value[M];
for（j=0;j<100000;j+=K）;
M++;
}
if（M>255）
{
P1OUT=value[510-M];
for（j=0;j<100000;j+=K）;
M++;
if（M==510）M=0;
}
}
if（WaveSelect==15）//三角波
{
P1OUT=value[M];
for（j=0;j<100000;j+=K）;
M++;
if（M==255）M=0;
}
}
4程序调试与运行结果
烧录程序后，将LaunchPad重新上电，用示波器观测输出波形，开始时有一个固定电平输出，只有当按下输出允许键后才有输出波形，开始默认输出正弦波，按下波形选择键后表示波形的LED灯会亮，且输出为一固定电平，只有当再次按下输出允许键后才会再次有波形输出；按下频率加减键后，输出波形的频率会做出相应变化，但是由于波形效果不太理想，所以无法测出其频率。
实测波形如下：
正弦波
锯齿波
、
三角波
结束语
当我选这个题目的时候，我是想结合电赛的题目，做一下信号类题目的训练，于是就确定了简易波形发生器这个题目。
开始时我查阅了很多资料，找了好几套方案，实际也做了三套方案，结果使用MAX038以及采用单片机模拟DDS的方案都没有成功，所以最后才确定使用DAC0832，结果实验结果还可以，但是由于时间问题，在波形的频率调节和设定这一块并没有得到完善，波形还好，但是频率调节效果不明显，这也是由于波形的输出和频率调节都是采用数组的方式来实现的，但是由于数组并没有经过精确测量，所以还是有一定的偏差，相信在后面的时间里我会逐渐把系统完善，做到真正准确的频率可调。
通过这次课设，感受颇多，不仅停留在成功完成自我满足上，而且还有调试过程中经验的收获，这些对于我来说，都是格外宝贵的。
一次经历，一次收获，很多时候，只有经历了，才明白其中滋味，才会找到适合自己的。
对于我来说，这也可以看做一次学习，如何面对困难，面对未知，我想这次课设给了我一些，尽管不是全部，但我从中瞧见了自己进步，瞧见了自己学习热情，我想这才是最宝贵，最值得珍惜的。
参考文献
[1]沈建华杨艳琴主编.《MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实验》.北京航空航天大学出版社,2008年7月
[2]郭天祥主编.《51单片机C语言教程》.电子工业出版社，2009年
[3]洪利章扬李世宝主编，《MSP430单片机原理与应用实例》，北京航空航天大学出版社，2010年7月
[4]谭浩强主编.C程序设计（第四版）。
清华大学出版社，2010年7月
[5].2003
附录1
完整程序
***********************************************************************
设计者：
周晓奇
-----------------------------------------------
设计时间：
2014年1月12日
***********************************************/
#include
constunsignedcharsin[256]={
0x80,0x83,0x86,0x89,0x8c,0x8f,0x91,0x94,0x95,0x98,
0x9e,0xa1,0xa4,0xa7,0xaa,0xad,0xb0,0xb3,0xb6,0xb9,
0xbb,0xbe,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,
0xf5,0xf4,0xf2,0xf2,0xf0,0xee,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,0x58,0x55,0x52,0x4f,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,
0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,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
};
constunsignedintcount[101]={0,
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,
324,328,332,336,340,344,348,352,356,360,
364,368,372,376,380,384,388,392,396,400
};
constunsignedcharvalue[256]={
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,
0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,
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,
0x60,0x61,0x62,0x63,0x64,0x65,0x66,0x67,
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,0x9F,
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,0xDB,0xDC,0xDD,0xDE,0xDF,
0xE0,0xE1,0xE2,0xE3,0xE4,0xE5,0xE6,0xE7,
0xE8,0xE9,0xEA,0xEB,0xEC,0xED,0xEE,0xEF,
0xF0,0xF1,0xF2,0xF3,0xF4,0
升级会员 