基于MSP430单片机的函数信号发生器.docx

作品设计报告题目：基于MSP430单片机的函数信号发生器指导老师：张涛唐升肖云参赛队员：刘玉清汪泳翔王晓宁王小银王宁郗楠基于MSP430单片机的函数信号发生器摘要：本设计以MSP430单片机为中心控制系统，由输入模块、数模转换模块、幅度调节模块，放大电路，液晶显示模块组成。采用单片机MSP430产生正弦波、方波、锯齿波形，输入在单片机的控制下，经D/A转换后控制AD7801产生模拟波形的类型,波形的幅值、类型和频率在单片机的控制下由液晶显示。关键词：MSP430f2618单片机；DAC；信号发生器第一章 设计任务及功能1.1 设计任务利用MSP430f2618单片机，通过键盘控制, 可输出常见的正弦波、矩形波、锯齿波, 并且由液晶显示输出波形的类型和频率。1.2 设计功能（1）使用3个独立式按键，用来控制信号的幅度和频率以及信号的选择。（2）利用两片AD7801实现幅度可调的信号源，（其中一片用来调节幅度，另外一片用来实现信号源的输出）。（3）液晶显示输出波形的类型和频率。（4）频率范围：1HZ～10kHz。（5）信号电压范围-5V～5V。（6）输出电压幅值可以在0V～5V范围内调节。第二章 系统方案的选择与论证2.1信号发生部分方案一：采用单片函数发生器（如8038），8038可同时产生正弦波、方波等，而且方法简单易行，用D/A转换器的输出来改变调制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。方案三：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。鉴于方案一的信号频率不够稳定和方案二的电路复杂，频率覆盖系数难以达标等缺点，所以决定采用方案三的设计方法。2.2信号输出部分方案一：采用单一增益的电压放大电路这种方式每一种增益都需要一套不同的电阻，因此只能有有限的几种增益，电路结构和切换过程都较复杂，而且切换速度慢，使用也不方便，切换不同的电阻还可能使放大器的输入阻抗发生变化，从而影响精度。方案二：采用放大器NE5532，NE5532是一种高性能低噪声且由电压控制的运算放大器。提供精确的、且是线性变化的，在温度和电源电压变化时有很高的稳定性，完全可以满足本方案的要求。2.3显示部分方案一：数码管显示，由于本题要求实时显示输出信号的类型、幅值、频率，而数码管不能显示字符。方案二：LED点阵显示，LED点阵显示虽然能显示字符和数字，但显示效果不好，且不易编程。方案三：LCD液晶显示，LCD液晶不但能显示字符和数字，而且显示效果较好，容易编程实现。第三章主要单元电路的设计3.1总体设计思路波形的产生和液晶显示器的控制数据由单片机MSP430提供，方波的产生由定时计数器隔一段时间取反来获得，三角波的产生通过每隔一段时间增加或者减少相同的值来获得，正弦信号由事先给定的正弦信号幅度表每隔一段时间输出一个幅值来获得，三种波形的频率都有键盘扫面得到的计数初值间接决定，幅度调节由两个外接的DAC7801实现。MSP430的P1口的8位为1602液晶显示器提供数据显示，而1602液晶显示器的控制口由p4.0到p4.2分别提供。信号发生器基本框图如下图1所示图1 信号发生器基本框图3.2各模块具体实现原理分析和说明3.2.1波形产生模块单片机MSP430经编程控制采用查表法产生正弦波，存于ROM（或RAM）中，根据键盘输入的频率，算出周期值，以周期值除以采样点数得到计数间隔，按计数间隔依次读出正弦函数表中的值后读出，经数模转换器AD7801转换为模拟正弦波，经过低通滤波，滤除D/A带来的小台阶和数字电路产生的毛刺，即可获得所需要的正弦信号。MSP430通过程序的编写和执行可以产生正弦波、三角波、方波，信号的频率和幅度可变。将一个周期的信号分离成N个点（按X轴等分，N=1~256），每两点之间的时间间隔为T，用单片机的定时器产生，其表示式为：T=T/N。如果单片机的晶振为8MHz，采用定时器方式0，则定时器的初值为： X=213—T/Tmec正弦波的模拟信号是D/A转换器的模拟量输出，其计算公式为：Y=（A/2sint）+A/2 (其中A=VREF) t=NT (N=1~256)那么对应着存放在计算机里的这一点的数据为： 一个周期被分离成N个点，对应的三种波形的N个数据存放在Tab_sin,Tab_squ,Tab_saw中3.