基于MSP430的信号发生器设计

武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书1目录目录1课程设计任务书2摘要31概述411作品基本情况介绍412系统硬件和软件框图42硬件系统设计521MSP430系列LAUNCHPAD开发板介绍522方案论证与选择523系统原理图设计524系统PCB图设计83程序设计931程序主流程932程序设计9321初始化程序9322主程序10323按键中断10324波形输出函数154程序调试与运行结果17结束语18参考文献19附录120完整程序20附录229本科生课程设计成绩评定表29武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书2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。能产生正弦波，三角波，锯齿波；能通过按键切换波形；幅值连续可调，频率按键可调，输出使能控制，LED指示；搭建硬件电路，编制完整的程序并调试；撰写设计说明书及调试心得。时间安排11月10日1月12日查阅资料及确定方案总体设计21月13日1月15日编程31月16日开始调试程序41月17日撰写课程设计报告51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）签名年月日武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书3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武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书41概述11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1HZ1KHZ2频率步进间隔1HZ3输出幅值8V4其他幅度连续可调、频率按键可调、输出使能控制、LED指示12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TI的LAUNCHPADMSP430G245DAC0832放大器模块电源模块菜单按键信号指示模块信号输出按键中断函数MAIN函数波形输出函数武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书5图2系统软件框图2硬件系统设计21MSP430G2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。22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。武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书6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。23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（5V15V）；低功耗，20MW其引脚功能如下D0D78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。由武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书7ILE、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；WR2DAC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5V15V；VREF基准电压输入线，VREF的范围为10V10V；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武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书8图4DAC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武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书924系统PCB图设计1）DAC及放大模块PCB图如下图所示图6DAC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图武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书103程序设计31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32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。321初始化程序初始化程序主要完成的引脚的配置VOIDPORT_INIT/P20，P25点灯P2DIR|BIT0BIT5P2OUT|BIT0/初始为SINE，点亮相应指示灯P2OUT/四个按键P21使能,P22波形选择,P23频率加,P24频率减P2IES|0X1EP2IE|0X1E开始系统初始化MAIN函数武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书11P2IFG|0X1EP1DIR0XFFP1OUT0XAA322主程序主程序要负责总体程序管理功能，全局变量赋值。INTMAINVOIDWDTCTLWDTPWWDTHOLD/关看门狗WAVESELECT5F_OUT50M0KEY0KCOUNTF_OUTPORT_INIT/IO口初始化_BIS_SRGIE/开系统中断WHILE1IFKEY1OUTPUT323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。武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书12图9按键中断流程图PRAGMAVECTORPORT2_VECTOR_INTERRUPTVOIDP2_ISR_KEYSVOIDUNSIGNEDINTI,KEYTIME10,KEYTIME20UNSIGNEDCHARPUSHKEYPUSHKEYP2IFGFORI0I60000KEYTIME2KEYTIME10IFKEYTIME210IFF_OUT60000KEYTIME2KEYTIME10IFKEYTIME210IFF_OUTF_OUT5武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书15KEYTIME20IFF_OUTF_OUT1P2IFG0RETURN324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VOIDOUTPUTVOIDUNSIGNEDLONGJKCOUNTF_OUT波形输出函数正弦波标志位1返回Y三角波标志位1锯齿波标志位1NNY正弦波信号输出三角波信号输出锯齿波信号输出YY判断信号标志位武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书16IFWAVESELECT5/正弦波P1OUTSINMFORJ0J255P1OUTVALUE510MFORJ0JCONSTUNSIGNEDCHARSIN2560X80,0X83,0X86,0X89,0X8C,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,武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书210X26,0X24,0X21,0X1F,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,0X70,0X73,0X76,0X79,0X80CONSTUNSIGNEDINTCOUNT1010,4,8,12,16,20,24,28,32,36,40,44,48,52,56,60,64,68,72,76,80,84,88,92,96,100,104,108,112,116,120,124,128,132,136,140,144,148,152,156,160,164,168,172,176,180,184,188,192,196,200,204,208,212,216,220,224,228,232,236,240,244,248,252,256,260,264,268,272,276,280,284,288,292,296,300,304,308,312,316,320,324,328,332,336,340,344,348,352,356,360,364,368,372,376,380,384,388,392,396,400CONSTUNSIGNEDCHARVALUE2560X00,0X01,0X02,0X03,0X04,0X05,0X06,0X07,0X08,0X09,0X0A,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,武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书220X28,0X29,0X2A,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,0XF0,0XF1,0XF2,0XF3,0XF4,0XF5,0XF6,0XF7,0XF8,0XF9,0XFA,0XFB,0XFC,0XFD,0XFE,0XFF,武汉理工大学微机原理与接口技术课程设计任务说明书23VOIDPORT_INITVOIDOUTPUTUNSIGNEDINTWAVESELECT,F_OUT,M,KUNSIGNEDCHARKEYINTMAINVOIDWDTCTLWDTPWWDTHOLD/关看门狗WAVESELECT5F_OUT50M0KEY0KCOUNTF_OUTPORT_INIT/IO口初始化_BIS_SRGIE/开系统中断WHILE1IFKEY1OUTPUTVOIDPORT_I