基于msp430g2553单片机简易波形发生器

桂林理工大学博文管理学院桂林理工大学博文管理学院 实习报告实习报告 实习名称 电子设计与应用实践 专业班级 电信 11 1 学生姓名 谢栋树 学号 指导老师 朱昌洪 实习时间 2014 年 05 月 04 日至 2014 年 05 月 23 日 基于基于 MSP430G2553 的简易波形发生器的简易波形发生器 1 1 引言引言 波形函数发生器是一种常用的信号源 广泛地应用于电子电路 自动控制 系统和教学实验等领域 本函数发生器采用 msp430g2553 单片机作为控制核心 外围采用数字 模拟转换电路 DAC0832 运放电路 TL082 按键和 LCD 显示 电路等 此电路设计清晰 出现故障容易查找错误 操作简单方便 电路采用 msp430g2553 单片机与一片 DAC0832 数模转换器组成低频信号发 生器 通过按键控制可分别控制选择输出的幅值和频率 同时用 LCD12864 显示 器显示频率 所产生的波形幅值范围为 0 到 5V 本系统设计简单 性能优良 具有一定的实用性 2 2 课题设计课题设计 1 1 基本原理基本原理 在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 最后在负载电阻上输 出电压 2 2 原理框图原理框图 LCD12864 MSP430G2553 按键 DAC0832放大模块 50 Vout 图 1 系统总体框图 正弦波锯齿波三角波增频减频 短按 P2 2长按 P2 1长按 P2 0短按 P2 1短按 P2 0 长按时间大于1s 短按时间大于10ms 图 2 按键功能说明 3 硬件电路原理图硬件电路原理图 图 3 硬件模块框图 1 显示模块 本作品使用 LCD12864 作为人机交互模块 由于 MSP430G2553 的 I O 口很 少 所以通过对 LCD 的进行串行数据输入 以节约 I O 口 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 P5 1 2 3 4 5 6 P6 P2 5 P2 4 P2 3 10K R1 GND VCC 图 4 LCD12864 硬件连接 2 DAC0832 转换与幅度放大模块 由于是通过 MSP430G2553 输出数字量的信号来产生波形 因此需要用到 DA 将数字量转换为模拟量 考虑到单片机的 I O 口数量 选用 8 位的 DA 来进 行数模转换 硬件如图 4 所示 DAC0832 采用直通工作方式 节省 I O 口 控制引脚 由 DAC 输出模拟量后 由于波形的幅值太小 因此还需要进行幅值的放 大 其中 R3 是精密可调电位器 方便用户对信号的幅度进行调节 50 的电 阻可以保证整个信号发生器的输出阻抗为 50 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 LM358 Component 1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 DAC0832B Component 1 10K R3 2K R1 2K R2 50 R4 104 C1 Cap 104 C2 Cap GND 5V 5V GND GND GND GND 5V 5V shuchu 1 2 3 4 P1 Header 4H 1 2 3 4 P2 Header 4H 1 2 4 3 S2 SW DIP 2 1 2 4 3 S4 SW DIP 2 1 2 4 3 S3 SW DIP 2 GND P2 0 P2 1 P2 2 图 5 DAC0832 转换 波形选择按键与幅度放大模块 12864 显示模块 msp430g2553 模块 电源模块 按键模块 DAC0832 模块 输出模块 3 电源模块 电源模块主要由三部分构成 来自变压器的 5V 电压 3 3V 稳压电路和 5V 产生电路 另外还有常用的电源指示灯和电源开关 DS1 LED0 331 R1 GND 5V 2 3 1 J1 POWERKEY 5V POWER NC 1 CAP 2 GND 3 CAP 4 Vout 5 LV 6 OSC 7 V 8 U2 ICL7660 10uF C1 GND 5V 5V 10uF C6 Cap Pol1 GND VinVout GND U1 LM117 100uF C2 100uF C3 100nF C4 104 C5 5V 3 3V GND POWER GND 1 VCC 2 3 3 P1 GND 图 6 电源模块 4 msp430g2553 单片机最小系统 MSP430G2553 是 20 个引脚的 16 位单片机 具有内置的 16 位定时器 16k 的 FLASH 和 512B 的 RAM 以及一个通用型模拟比较器以及采用通用串行通信接 口的内置通信能力 此外还具有一个 10 位的模数 A D 转换器 10pu C1 104 C4 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 U1 msp430g2553 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P2 Header 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P3 Header 10 1 2 3 P1 Header 3 GND P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5P1 6 P1 7 P2 0 P2 1 P2 2P2 3 P2 4 P2 5 RST SBWTDIO TEST SBWTCK 105 C7 GND S3 SW GND 12 Y1 XTAL 104 C3 XIN XOUT VCC GND XIN XOUT XINR XOUTR XINR XOUTR 104 C2 VCC D1 LED3 470R R1 47K R3 GND RST SBWTDIO 47K R2 S2 SW P1 3 D2 LED3 D3 LED3 470R R4 470R R5 P1 6 104 C6 S1 SW P1 4 104 C5 47K R6 图 7 msp430g2553 最小系统模块 4 4 软件设计软件设计 流程图 Y Y Y P2 2 按下 P2 1 按下 延时 1S 延时 1S 延时 1S N N Y Y Y Key 222 N 开始 按键中断 关中断延时 10ms 有按键 P2 2 按下 P2 0 按下 P2 2 按下 P2 2 按下 Key 221Key 220 频率增 100Hz 频率减 100Hz 对应 key 值得波形 输出信号 中断标志位清零开始中 断 返回 5 5 调试过程调试过程 整个硬件调试过程基本顺利 由于采用了分单元模块制作 各单元电路工 作稳定 给调试工作带来很大的方便 放大模块部分在实物模拟时 出现发送信号不稳定 跳变的问题 经过仔细 检查电路线路路径和连线问题 最终发现 PCB 板子上某些连线存在断路的问题 于是用焊锡焊好 从而得以解决 调试过程中 由于某些元器件参数的问题 在频率要求上没有达到预期效果 各单元调试通过以后 进行整机调试 调试结果显示 整个系统能够正常工作 3 3 编程程序编程程序 LCD12864 初始化 void LCD init void write cmd 0 x30 write cmd 0 x0C write cmd 0 x01 write cmd 0 x02 void IO init void P1DIR 0 xff P1REN 0 x00 P1SEL 0X00 P1OUT 0 x00 P2SEL P2DIR BIT4 BIT3 BIT5 P2DIR BIT0 DAC 单缓冲模式 P2SEL P2REN P2OUT BIT0 关闭 dac 输入 P2DIR 输入 P2REN BIT0 BIT1 BIT2 用于按键接地型 P2IE BIT0 BIT1 BIT2 允许中断 P2IES BIT0 BIT1 BIT2 下升沿触发 P2IFG 消除中断标志 void display void lcd pos 1 0 for i 0 i 16 i write dat aa i lcd pos 2 0 for i 0 i 16 i write dat bb i lcd pos 3 0 for i 0 i 10 i write dat cc i lcd pos 4 0 for i 0 i 16 i write dat dd i void DCO init void BCSCTL1 CALBC1 16MHZ 设定 cpu 时钟 DCO 频率为 16MHz DCOCTL CALDCO 16MHZ BCSCTL2 SELM 1 DIVM 0 SMCLK 选择 16MHz 不分频 BCSCTL2 void Timer A0 init void TA0CTL TASSEL 2 MC 2 TA 时钟源选择 SMCLK 连续增计数模式 TA0CCR0 158 TA0CCTL0 CCIE 打开 比较模块 0 中断 EINT 定时器中断服务程序 pragma vector TIMER0 A0 VECTOR interrupt void Timer A0 void CCIFG 中断被响应后 该标志位自动清零 if key 222 if j 200 P1OUT sindata j 正弦波产生 j else j 0 TA0CCR0 Tccr0 if key 221 if tcout 200 P1OUT tcout 锯齿波产生 tcout else tcout 0 TA0CCR0 Tccr0 if key 220 if ttcout 0 if tcoutm0 P1OUT tcoutm 三角波产生下降段 tcoutm else ttcout 0 TA0CCR0 Tccr0 1 4 4 结论结论 这次课程设计我组的设计任务是波形发生器的设计 我们采用 msp430g2553 单片机和 DAC0832 芯片以及放大器完成电路的设计 用开关来控制各种波形的 发生及转换 用单片机输出后 经过模数转换器生成波形 最终可以通过示波 器观察 在这次课程设计中利用单片机做出低频信号发生器 在做的过程中 我提前学 习了单片机原理这门课程 在老师和同学的帮助下 对单片机的认识有了进一步 的认识和使用 在学习单片机的时候 首先要理解清楚其工作原理和工作时序 那 样的话才能对所要求电路进行编程 还有就是在做设计的时候要认真一点 那点 错了要换个思维方式在做 找到错误的知识点 在看书或者问老师来解决 而在软 件设计过程中 主要运用的是 c 语言来进行编程 这让我更深入的了解了波形 是如何编程的 也让我对 IAR 和 DXP 软件有了更深入的了解 通过这次的计算机控制技术课程设计 我对微机和单片机的一些芯片有了 一定的了解 让我又一次温习了这学期的微机原理和汇编语言等知识 也让我 的动手能力有了很大的提高 5 5 参考文献参考文献 1 朱定华 马爱梅 林卫 微机应用系统设计 M 武汉 华中科技大学出版 社 2 顾德英 张健 马淑华 计算机控制技术 M 北京 北京邮电大学出版社 3 夏扬 计算机控制技术 M 北京 机械工业出版社 4 张洪润 易涛编著 单片机应用技术教程 M 北京 清华大学出版社 5 刘乐善 欧阳星明 刘学清 微型计算机接口技术及应用 M 武汉 华中 科技大学出版社 6 朱定华 戴汝平 单片微机原理与应用 M 北京 北京交通大学出版社 清华大学出版社 六 附录六 附录 附录 一 附录 一 电路原理图电路原理图 附录 二 附录 二 电路电路 PCBPCB 图图 附录 三 附录 三 元件清单元件清单 名称名称编号编号型号型号数量 个 数量 个 电容电容C1C1 C2C2 C3C3 1051053 3 电容电容C4C4 C5C5 C6C6 1041043 3 电容电容C7C7 C8C8 16v 100uf16v 100uf2 2 电容电容C9C9 C10C10 25v 10uf25v 10uf2 2 电容电容 C11C1116v 220uf16v 220uf1 1 电阻电阻 R1R13313311 1 电阻电阻R2R2 R3R3 R4R4 2002003 3 电阻电阻R6R6 R7R7 R8R8 2K2K3 3 电阻电阻 R9R950501 1 电阻电阻R10R10 R11R11 R12R12 47K47K3 3 电阻电阻R13R13 R14R14