2023年基于MSP430单片机的信号发生器设计.doc

题目名称： 基于MSP430的信号发生器设计 姓 名： 彭从锋 班 级： 电信111 学 号： 202333285113 日 期： 2023/7/08 摘 要 随着科技的开展和现代科研的需要，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、播送、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。 本系统采用MSP430F149单片机为控制核心，利用单片机内置的DA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幅值及频率，然后通过单片机控制显示到LCD1602上。 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拟简单，实现起来比拟容易。 关键字:MSP430，信号发生器，LCD1602 前 言  计算机和集成技术的高速开展，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局部， 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局部。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。 1) 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1μHz～80MHz，而输出幅度为10mVpp～10Vpp；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9kHz～4GHz。 2) 美国泰克生产的DTG5000 信号发生器的采样率到达最高3.35 Gb/s(数据) 3) 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1μHz～60MHz； 4) 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1MHz～1024MHz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，但是相信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开展。 目录 第1章 概 述 1 1.1 信号发生器设计背景 1 1.2信号发生器的开展现状 2 1.3本设计采用的研究方法和技术路线 2 第2章 芯片介绍 4 2.1 MSP430单片机技术的开展特点及应用 4 2.1.1MSP430单片机技术的开展特点 4 2.1.2 单片机的应用 6 2.1.3 MSP430F149单片机的引脚图 7 2.2 LCD1602液晶显示器简介 8 2.2.1LCD1602液晶显示器的引脚说明 8 2.2.2存放器选择控制表 9 2.3 DAC5571简介 9 2.3.1 DAC5571的引脚说明 9 2.3.2 DAC5571的原理图及运算方法 10 第3章 系统硬件设计 11 3.1 基于MSP430F149信号发生器构成及工作原理 11 3.2信号发生器的键盘电路 11 3.3信号发生器的LCD1602显示模块 12 3.3数模转换DAC5571电路 13 3.4小结 14 第4章 系统软件设计 15 4.1 信号发生器总流程图 15 4.2 初始化程序流程图 16 4.3 按键中断程序流程图 16 4.4 波形产生程序流程图 17 4.4.1 正弦波产生程序流程图 17 4.4.2 方波产生程序流程图 18 4.4.3 锯齿波产生程序流程图 19 4.4.4 三角波产生程序流程图 19 4.5 小结 20 结 论 21 程序： 22 第1章 概 述 1.1 信号发生器设计背景  随着计算机和集成技术的高速开展，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局部， 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、播送、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。 〔1〕用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。 〔2〕可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的那么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，到达较高的频率，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：能产生任意波形并到达很高的频率，但本钱较高。 1.2信号发生器的开展现状 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局部。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1μHz～80MHz，而输出幅度为10mVpp～10Vpp；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9kHz～4GHz。 美国泰克生产的DTG5000 信号发生器的采样率到达最高3.35 Gb/s(数据)。 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1μHz～60MHz。 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1MHz～1024MHz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开展。 1.3本设计采用的研究方法和技术路线 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、各种存放器以及汇编语言，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方法完成编程。 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拟简单，实现起来比拟容易。 具体就是系统采用MSP430单片机为控制核心，利用单片机内置的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LCD1602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。 第2章 芯片介绍 2.1 MSP430单片机技术的开展特点及应用 MSP430系列单片机是美国德州仪器〔TI〕1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集〔RISC〕的混合信号处理器〔Mixed Signal Processor〕。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片〞解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中[1]。 2.1.1MSP430单片机技术的开展特点 德州仪器1996年到2023年初，先后推出了31x、32x、33x等几个系列，这些系列具有LCD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有ROM 型〔C〕、OTP 型〔P〕、和 EPROM 型〔E〕等芯片。2023 年推出了11x/11x1系列。这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和 I/O 引脚数比拟少，但是价格比拟低廉。2023年7月推出了F13x/F14x 系列，在2023年7月到2023年又相继推出F41x、F43x、F44x。这些全部是 Flash 型单片机。2023年TI 公司又公布了BOOTSTRAP LOADER技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可到达 32个字节的长度[1]。 1、处理能力强 MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集〔RISC〕结构，具有丰富的寻址方式〔7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址〕、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的存放器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 2、运算速度快 MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器〔能实现乘加运算〕相配合，能实现数字信号处理的某些算法〔如 FFT 等〕。 3、超低功耗　 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方