




已阅读5页,还剩37页未读, 继续免费阅读
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
基于单片机的多种波形发生器的设计摘要本系统采用MSP430F149单片机为控制核心,单片机内部存储波形相关数据,利用DA芯片输出模拟波形,通过按键中断来选择要输出的波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波),再设置波形的幅值及频率,然后通过单片机控制显示到NOKIA5110液晶上。关键字MSP430,信号发生器,NOKIA5110液晶IIDESIGNAVARIETYOFWAVEFORMGENERATORBASEDONSINGLECHIPABSTRACTTHESYSTEMUSESTHEMICROCONTROLLERASCONTROLCORE,MSP430F149USESDACHIPOUTPUTANALOGWAVEFORM,THROUGHTHEKEYSTOLOGICALCHOICETOINTERRUPTTHEOUTPUTWAVEFORMSINEWAVEANDSQUAREWAVE,TRIANGLEWAVE,SAWTOOTHWAVE,THENSETTINGSOTHERKEYTOCONTROLTHEAMPLITUDEANDFREQUENCYWAVE,THENTHROUGHTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLONDISPLAYTONOKIA5110LIQUIDCRYSTALKEYWORDSMSP430,SIGNALGENERATOR,NOKIA5110LIQUIDCRYSTALIII目录摘要IABSTRACTII第1章前言111信号发生器设计背景112信号发生器的发展现状113本设计采用的研究方法和技术路线214单片机的发展315本章小结4第2章硬件电路521电源电路52115V稳压电源521233V稳压电路622信号发生器的键盘电路723液晶显示8231NOKIA5110液晶特点8232NOKIA5110液晶驱动9233单片机数据连接1124DA转换DAC083212241DAC0832引脚说明12242DAC0832的原理及控制方法13243运算放大器1525硬件系统组成16251MSP430F149单片机简介16252复位和晶振电路18253在线烧写模块19254整体系统框图2126本章小结22IV第3章系统软件设计2331系统构架2332信号发生器流程2433模块初始化2534按键扫描流程2635波形产生流程27351正弦波产生流程27352方波产生流程28353锯齿波产生流程29354三角波产生流程3036波形信号的存储3037本章小结30第4章结束语32致谢33参考文献34附录351第1章前言11信号发生器设计背景随着计算机和集成技术的高速发展,电子电路的分析与设计及相应专业课程的教学与实验所采用的方式与方法都发生了重大变化,特别是电子设计自动化系统中所包含的测试测量技术已经成为现代教育技术的重要组成部分,在高校的各个电子相关的实验室中,都需要开发和测试各种复杂的电路或子系统,其通常要求从没有上市的或很难获得的元器件或传感器中提取额外的信号,由此可见信号发生器已经成为了很多行业进行研究测试不可或缺的工具。信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内,如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等,都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。12信号发生器的发展现状信号发生器既可以构成独立的信号源,也可以是高性能网络分析仪、频谱仪及其它自动测试设备的组成部分。信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术,因为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源,可使相应系统的检测过程大大简化,降低检测费用并极大地提高检测精度。美国安捷伦生产的33250A型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形,其输出频率范围为1HZ80MHZ,而输出幅度为10MVPP10VPP;该公司生产的8648D射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达9KHZ4GHZ。美国泰克生产的DTG5000信号发生器的采样率达到最高335GB/S数据。2国产SG1060数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形,频率覆盖范围为1HZ60MHZ。国产S1000型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源,同时应用DDS和锁相技术,使频率范围从1MHZ1024MHZ能精确地分辨到100HZ,它既是一台高精度的扫频源,同时也是一台高精度的标准信号发生器。还有很多其它类型的信号发生器,他们各有各的优点,但是信号发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。13本设计采用的研究方法和技术路线1用分立元件组成的函数发生器根据具体需要加入积分电路等构成波形发生器。但这种信号发生器输出频率范围窄而且电路参数设定较繁琐输出的波形易受外界环境影响不稳定对电路硬件要求很高不易实现。2可以由晶体管、运放IC等通用器件制作,更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。3利用单片集成芯片的函数发生器能产生多种波形,达到较高的频率,且易于调试。4利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器能产生任意波形并达到很高的频率,但成本较高。综合以上四种方案从性能和制作成本考虑本设计采用方案三即采用单片机控制键盘输入,设置输出的波形,幅度,频率,占空比以及波形的复合初始相位等信息。为响应当前的社会节能减排的口号,综合多方因素决定采用MSP430超低功耗单片机作为我们的核心处理器。首先去图书馆借阅有关MSP430单片机的书籍资料,了解MSP430单片机的工作原理、内部结构、功能模块、各种寄存器以及C语言,从整体上对MSP430单片机的使用方法和编程原理进行理解。然后利用网络资源查阅单片机的C语言编程实例和视频讲解,对单片机每个功能模块的使用有所了解。最后根据自3己的题材基于MSP430单片机的信号发生器设计指定相应的策略想办法完成编程。波形的产生是通过MSP430单片机执行某一波形发生程序,向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据,从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。在MSP430学习板的键盘按键,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率,按不同按键产生不同波形的信号。此方案的有点是电路原理比较简单,实现起来比较容易。具体就是系统采用MSP430单片机为控制核心,利用AD芯片,通过按键中断来逻辑选择要输出的波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波),再设置其它键来控制波形的复制及频率,然后通过单片机控制显示到液晶上。本设计由检测模块、显示模块和控制模块组成,其中显示模块用LCD显示实现温度显示,控制模块通过单片机控制继电器来实现。14单片机的发展单片机的发展历史可划分为五个阶段第一阶段1974年1976年单片机初级阶段。因工艺限制,单机采用双片形式,而且功能比较简单。例如FAIRCHILD公司生产的F8单片机。第二阶段1976年1978年低性能单片机阶段。以INTEL公司的MCS48系列单片机为代表。这种单片机片内集成有8位CUP,并行IO口,8位定时器计数器,RAM及ROM等。不足之处是无串行口,中断简单。第三阶段1978年1982年高性能单片机阶段。单片机以其优异的性能,低廉的价格,不断渗透到社会生活的每个角落。单片机生产厂商如雨后春笋不断涌现,多系列,多型号,各种性能组合的单片机层出不穷,不断满足不同应用场合的新要求。随着芯片制作工艺,技术水平的不断提高和单片机需求量的不断加大,单片机的性能价格比不断攀升,呈现出一派欣欣向荣的景象。第四阶段1982年1990年8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。INTEL公司推出的MCS96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。4第五阶段1990年至今微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。115本章小结我们对信号发生器设计方案进行了系统的论证,选择出合适的方案作为我们系统的设计。并且介绍了单片机的各个发展阶段,单片机在性能和处理速度方面的不断进步。单片机更好的服务我们的生活。5第2章硬件电路21电源电路我们系统需要5V和33V混合电源系统。作为整个系统的动力来源当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利,但是任何电子设备都有一个共同的电路电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器,所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统,电子系统各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础,没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。2115V稳压电源电子产品中,电源是电路中非常重要的部分,一个好的电源才能保证系统的正常工作。本系统中由于各部分的工作电压不一样,所以要用到多个电源。现在有许多稳压芯片它们可以提供稳定的电压。常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78系列和负电压输出的79系列。顾名思义,三端IC是指这种稳压用的集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。因为三端固定集成稳压电路的使用方便,电子制作中经常采用。这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805,C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容,RL为负载电阻。6图215V电源电路21233V稳压电路该电路采用AMS111733系列稳压器有可调版与多种固定电压版,设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时,AMS1117器件的压差保证最大不超过13V,并随负载电流的减小而逐渐降低。AMS1117的片上微调把基准电压调整到15的误差以内,而且电流限制也得到了调整,以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。AMS1117器件引脚上兼容其他三端SCSI稳压器,提供适用贴片安装的SOT223高效线性稳压器后置稳压器,用于交换式电源5V至33V线性稳压器电池充电器有源SCSI终端笔记本电源管理电池供电设备AMS1117基本参数输出电流A1输出电压V33初始误差15压差V13图2233V电源电路722信号发生器的键盘电路单片机外接键盘一般分为独立键盘和矩阵键盘两大类。独立键盘就是单片机的个I/O端口直接与一个按键相连,特点是电路简单,判断方便。在很多按键较少(一般4个左右的时候)的系统中可以使用这种键盘。但它有一个很大的缺点当按键较多时,会占用大量的I/O端口。严重浪费了系统资源,不益选取此种按键。矩阵键盘与独立按键相比也具有电路简单的优点,同时还具有一个优点就是2N个端口可以编程出NN个按键。当N很大时,这种方法可以节约大量端口节省系统资源。在本系统中大约会用到十个左右的按键控制。所以选取的矩阵按键这一节省系统资源的键盘形式。2本系统所需要的键盘有8个,经过分析觉得使用独立式键盘更为合适,但是手上有现有的44矩阵键盘,因此使用了44矩阵键盘。连接电路如图23所示。图23键盘模块电路现在具体分析键盘的工作原理键盘初始化使得单片机P1的P10P13设置为输入状态,P14P17设置为输出状态,然后令P14P17输出低电平,P10P13下降沿触发中断,并开中断。进入中断子程序后进行扫描并获得键值,最后根据按键的不同分别跳到对应的子程序中。在扫描的子程序中,当在P17管脚上输出低电平,并且行线的其他管脚上8输出高电平时,如果“K1”键被按下,则P10为低电平;如果“K2”键被按下,则P11为低电平;如果“K3”键被按下,则P12为低电平;如果“K4”键被按下,则P13为低电平。通过设置一条行线的输出就可以获取列线上的相应状态,从而获得键盘输入的值。同理,依次在其他列线上输出低电平,就可以获取其他键的输入值。通过这样的扫描方式,可以实现键盘的输入。23液晶显示显示器一直就是我们进行人机交互的一项重要工具,而作为科学发展产物的液晶更是让我们听到了福音,我们在设计系统的时候常常用到的液晶种类有段式液晶,带字库和不带字库的LCD12864,LCD1602。液晶的主要特点有1机身薄,节省空间与比较笨重的CRT显示器相比,液晶显示器只要前者三分之一的空间,而且得益于液晶显示器的这一特点使很多微型电子产品中的产生成为了可能。2省电,不产生高温它属于低耗电产品,可以做到完全不发烫,相对与CRT显示器,因显像技术不可避免产生高温。3无辐射,益健康液晶显示器完全无辐射,这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。4画面柔和不伤眼不同于CRT技术,液晶显示器画面不会闪烁,可以减少显示器对眼睛的伤害,眼睛不容易疲劳。3231NOKIA5110液晶特点我们这个系统采用的是NOKIA5110液晶,该液晶特点184X48的点阵LCD,可以显示4行汉字,2采用串行接口与主处理器进行通信,接口信号线数量大幅度减少,包括电源和地在内的信号线仅有9条。支持多种串行通信协议(如AVR单片机的I、MCS51的串口模式等),传输速率高达4MBPS,可全速写入显示数据,无等待时间。3可通过导电胶连接模块与印制版,而不用连接电缆,用模块上的金属钩9可将模块固定到印制板上,因而非常便于安装和更换。4LCD控制器驱动器芯片已绑定到LCD晶片上,模块的体积很小。5采用低电压供电,正常显示时的工作电流在200A以下,且具有掉电模式。LPH7366的这些特点非常适合于电池供电的便携式通信设备和测试设备中6性价比高,LCD1602可以显示32个字符,而NOKIA5110可以显示15个汉字,30个字符。NOKIA5110裸屏仅88元,LCD1602一般15元左右,LCD12864一般5070元。7接口简单,仅四根I/O线即可驱动,LCD1602需11根I/O线,LCD12864需12根。8速度快,是LCD12864的20倍,是LCD1602的40倍。9NOKIA5110工作电压33V,正常显示时工作电流200UA以下,具有掉电模式,适合电池供电的便携式移动设备。232NOKIA5110液晶驱动NOKIA5110是一款经典机型,可能由于经典的缘故,旧机器很多,所以很多电子工程师就把旧机器的屏幕拆下来,自己驱动NOKIA5110,用于开发的设备显示,取代LCD1602。SPI接口时序写数据/命令NOKIA5110PCD8544的通信协议是一个没有MISO只有MOSI的SPI协议,如果单片机有富裕的SPI接口,也可以利用硬件SPI,但通常没有必要,只需要软件程序模拟即可。图24液晶驱动时序NOKIA5110的初始化接通电源后,内部寄存器和RAM的内容是不确定的,这需要一个RES低电平脉冲复位一下。当VDD变为高电平,达到VDDMIN或更高之后,最多100MS,RST输入低电平电平幅度INCLUDE“BOARDCONFIGH“INCLUDE“5110H“INCLUDE“NOKIA_5110H“DEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTUCHARCODESIN_TAB256UCHARCODESAWTOOTH_TAB128UCHARCODETRIANGLE_TAB256/按键模块全局变量/UCHARKEY_PRESSED/UCHARKEY_VAL/存放键值UCHARKEY_FLAG/按键是否已放开设置键盘逻辑键值与程序计算键值的映射/总体定义模块/VOIDXIANSHIVOIDVOIDDISPNCHARUCHARX,UCHARY,UCHARN,UCHARPTRVOIDLOCATEXYUCHARX,UCHARYVOIDDISP1CHARUCHARX,UCHARY,UCHARDATA37VOIDLCDRESETVOIDVOIDLCDWRITECOMMANDUCHARCMD,UCHARCHKVOIDLCDWRITEDATAUCHARDATAVOIDWAITFORENABLEVOIDVOIDSET_IOVOIDVOIDSTARTVOIDVOIDSTOPVOIDUCHARCHECKVOIDVOIDWRITE1VOIDVOIDWRITE0VOIDVOIDWRITE1BYTEUCHARWDATAUCHARWRITE_DACUCHARWDATAVOIDINIT_KEYPADVOIDVOIDCHECK_KEYVOIDVOIDKEY_EVENTVOIDVOIDMAINVO
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025-2030工业自动化控制系统软硬件解耦趋势影响分析
- 2025-2030工业级金刚石合成技术突破与应用场景拓展预测报告
- 2025-2030工业级3D打印设备在齿科领域的技术适配性评估
- 2025-2030工业窑炉余热回收换热器积灰预测算法
- 2025-2030工业气体行业低碳化转型技术路线对比
- 教育机构教学顾问考试题
- 新员工人事档案管理流程及注意事项
- 五年级英语核心知识点归纳大全
- 初中体育课堂观察及改进报告
- PLC基础教学及操作实训设计
- GB/T 18266.2-2025体育场所等级的划分第2部分:健身房
- 第4节 跨学科实践:电路创新设计展示-教科版九年级《物理》上册教学课件
- DGTJ08-2310-2019 外墙外保温系统修复技术标准
- 光电美容培训课件
- 子痫及子痫前期病例分析
- 2025至2030年中国智慧场馆行业市场运营态势及投资前景研判报告
- 2025年热塑性硫化橡胶市场前景分析
- 竣工结算审计服务投标方案(技术方案)
- 公路施工质量培训课件
- 2024北森图形推理题
- 基础护理8章试题及答案
评论
0/150
提交评论