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基于单片机简易信号发生器的设计2.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.89M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    “皮 塞 杯 ”全 国 大 学 生 信 息 技 术 创 新 应 用 大 赛 基于 MSP430G2553 的简易信号发生器 本作品基于 TI 的LaunchPad 设计了一款简易信号发生器，选用TI 的MSP430G2553 单片机。通过单片机加外围 LCD12864、DAC0832 及 UA741 放大电路，实现了可产 生正弦波、锯齿波、三角波、方波的简易信号发生器，且频率步进可调。 摘要 关键词：MSP430G2553 DAC0832 正弦波 锯齿波 三角波 方波
    “皮 塞 杯 ”全 国 大 学 生 信 息 技 术 创 新 应 用 大 赛 目录 第一章 主要器件介绍……………………………………………………………7 1.1 MSP430G2 系列 Launchpad 开发板介绍 1.2 DAC0832 的介绍……………………………………...8 第二章 设计原理…………..……………………………………………………4 2.1 采用 DAC0832 实现 D/A 转换…………………………………………..4 2.2 数/模（D/A）原理……………………………………..6 第三章 作品基本功能介绍…………………………………………………………7 3.1 技术参数 3.2 信号产生和处理方面 3.3 人机交互方面 第四章 程序流程图及方法论证 4.1 程序流程图 4.2 方案论证 第五章 系统硬件和软件设计 5.1 硬件构成 5.2 软件设计 第六章 系统硬件的安装调试 6.1 系统硬件的安装调试 6.2 数据测试与分析 结论………………………………………………………………………………..15 参考文献……………………………………………………………………………16 附录一………………………………………………………………………………16 附录二………………………………………………………………………………21 附录三………………………………………………………………………………22 官方网站：http://tg.xupt.edu.cn/ 组委会联系电话：029-88166349
    “皮 塞 杯 ”全 国 大 学 生 信 息 技 术 创 新 应 用 大 赛 第一章 主要器件介绍 1.1 MSP430G2 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 目标插座，可支持多达 20 个引脚，从 而使 MSP430 Value Line 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 UART 串行连接。其实物图如图 2.1 所示。 图 2.1 MSP430G2 系列 Launchpad 开发板实物图 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 2
    “皮 塞 杯 ”全 国 大 学 生 信 息 技 术 创 新 应 用 大 赛 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  分别连接至绿光和红光 LED 的两个通用数字 I/O 引脚可提供视 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  高质量的 20 引脚 DIP 插座，可轻松简便地插入目标器件或将其移 除 本作品中所使用的 MSP430G2211 单片机的资源和功能： 16 位 RISC 指令集处理器 128 字节 RAM(数据)+2K 字节 Flash 存储器（代码） 一个 16 位 TA 定时器 内置数控振荡器（DCO），最高频率可达 21MHz 9 个双向 I/O 口，每个 I/O 口都可以作为中断源 自带 BOR 检测电路，能自动避开上电瞬间的毛刺并产生可靠的复 位信号 内置低功耗低频振荡器（VLO） 可通过软件配置的 8 通道比较器 3
    “皮 塞 杯 ”全 国 大 学 生 信 息 技 术 创 新 应 用 大 赛 1.2 DAC0832 的介绍 1.2.1 结构介绍 * 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。 1.2.2 工作方式 根据对 DAC0832 的数据锁存器和 DAC 寄存器的不同的控制方式，DAC0832 有三种 工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。 DAC0832 引脚功能电路应用原理图 DAC0832 是采样频率为八位的 D/A 转换芯片， 集成电路内有两级输入寄存器，使 DAC0832 芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输 4
    “皮 塞 杯 ”全 国 大 学 生 信 息 技 术 创 新 应 用 大 赛 入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等)。所以 这个芯片的应用很广泛,关于 DAC0832 应用的一些重要资料见下图： D/A 转换结果采 用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算 放大器实现。运放的反馈电阻可通过 RFB 端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832 逻辑输入满足 TTL 电平，可直接与 TTL 电路或微机电路连接。 dac0832 应用电路图 dac0832 应用电路图: DAC0832 引脚功能说明： DI0~DI7：数据输入线，TLL 电平。 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，低电平有效。 WR1：为输入寄存器的写选通信号。 XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为 DAC 寄存器写选通输入线。 Iout1:电流输出线。当输入全为 1 时 Iout1 最大。 Iout2: 电流输出线。其值与 Iout1 之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好. 第二章 设计原理 2.1 采用 DAC0832 实现 D/A 转换 2.1.1 D/A 转换器 DAC0832DAC0832 是采用 CMOS 工艺制成的单片直流输出型 8 位 数/模转换器。如图 4-82 所示，它由倒 T 型 R-2R 电阻网络、模拟开关、运算放大器 和参考电压 VREF 四大部分组成。运算放大器输出的模拟量 V0 为： 5
    “皮 塞 杯 ”全 国 大 学 生 信 息 技 术 创 新 应 用 大 赛 图 4-82 公式 1 由上式可见，输出的模拟量与输入的数字量（ 公式 ） 成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。 一个 8 位 D/A 转换器有 8 个输入端（其中每个输入端是 8 位二进制数的一位）， 有一个模拟输出端。输入可有 28=256 个不同的二进制组态，输出为 256 个电压之一， 即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是 256 个可能值。图 4-83 是 DAC0832 的逻辑框图和引脚排列。 D0~D7：数字信号输入端。 ILE：输入寄存器允许，高电平有效。 CS：片选信号，低电平有效。 WR1：写信号 1，低电平有效。 XFER：传送控制信号，低电平有效。 6
    “皮 塞 杯 ”全 国 大 学 生 信 息 技 术 创 新 应 用 大 赛 WR2：写信号 2，低电平有效。 IOUT1、IOUT2：DAC 电流输出端。 Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref：基准电压（-10~10V）。 Vcc：是源电压（+5~+15V）。 AGND：模拟地 NGND：数字地，可与 AGND 接在一起使用。 DAC0832 输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算 放大器转换成电压。 2.2 数/模（D/A）原理 D/A 转换器是接收数字量，输出一个与数字量相对应的电流或电压信号的模拟量 接口。 D/A 转换器被广泛用于计算机函数发生器、计算机图形显示以及与 A/D 转换器相 配合的控制系统等。 D/A 转换原理：数字量的值是由每一位的数字权叠加而得的。D/A 转换器品种繁 多，有权电阻 DAC、变形权电阻 DAC、T 型电阻 DAC、电容型 DAC 和权电流 DAC 等。 为了掌握数/模转换原理，必须先了解运算放大器和电阻译码网络的工作原理和特 点。 第三章 作品基本功能介绍 3.1 技术参数请见表 1.1 所示 波形种类 频率范围（Hz） 频率步进（Hz） 最大幅值 VP-P（V） 输出阻抗（Ω） 其他功能 正弦波 锯齿波 三角波 方波 100~1000 100 0~4.7 50 频率按键可调、输出使能控制放大、LCD 人机指示 表 1.1 技术参数 3.2 信号产生和处理方面 通过 MSP430G2553 内部的 TA 定时器，外加 DAC0832 产生四种波形，在 DA 输 出后，通过一个由运算放大器 TL082 和精密可调电位器组成的运算放大电路，以实 现信号的增益控制。最后在 50 负载电阻上输出电压。系统总体框图如图 1.1 所示。 7
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