《信號處理實驗與設計》課程結題報告音頻信號源設計MSP430硬件設計

1、 信 號 處 理 實 驗 與 設 計課 程 結 題 報 告題題 目：目： 音頻信號源設計音頻信號源設計 msp430 硬件設計硬件設計 專專 業(yè)：業(yè)： 電子信息工程電子信息工程(信處信處) 班班 級：級： 信號處理班信號處理班 指導教師：指導教師： 徐慶徐慶 評評 分：分： 2011 年年 12 月月 26 日日目目 錄錄1 項目計劃項目計劃.31.1方案可行性分析方案可行性分析.31.1.11.1.1音頻信號源音頻信號源.31.1.21.1.2msp430msp430 硬件設計硬件設計.31.2項目執(zhí)行計劃項目執(zhí)行計劃.31.2.11.2.1工作任務過程工作任務過程.32 項目說明項目說明.

2、42.1音頻信號源理音頻信號源理.42.1.12.1.1文氏橋振蕩文氏橋振蕩.42.1.22.1.2放大模塊放大模塊.52.2項目執(zhí)行計劃項目執(zhí)行計劃.82.2.12.2.1模擬開關選擇模塊模擬開關選擇模塊.82.2.22.2.2電源模塊電源模塊.83 調試說明調試說明.103.1材料清單材料清單.103.2調試方法及步驟調試方法及步驟.103.3驗收標準驗收標準.114 參考文獻參考文獻.115 附錄附錄.115.1原理圖原理圖.115.2pcb 及裝配圖及裝配圖.111 項目計劃項目計劃1.1方案可行性分析方案可行性分析1.1.1音頻信號源音頻信號源信號發(fā)生器也稱信號源，是用來產生振蕩信號

3、的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號，并且信號的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號特征，主要是指輸出信號的頻率、幅度、波形、占空比、調制形式等參數(shù)都可以人為地控制設定。本設計中采用文氏橋式振蕩電路,它由一個同相比例放大電路和 rc 選頻網絡所組成.由于放大電路的輸出電壓與輸出電壓同相,而 rc 選頻網絡對信號相移為零,且輸出電壓最大,故對信號能滿足振蕩的相位條件.只要放大倍數(shù)等于 3 即可滿足振幅條件.1.1.21.1.2msp430msp430 硬件設計硬件設計 隨著社會的發(fā)展，電子儀表的普及，原先大體積、高功耗功能單一的儀表已經逐步向手持低功耗多用途儀表發(fā)展，而 ti 就是低功耗

4、芯片設計制造的佼佼者，該產品就是一款基于 ti 的 msp430 單片機集低功耗、低成本、高精度、多功能、超便攜于一身的新型數(shù)字儀表。它不僅集成了一般的數(shù)字萬用表的基本功能，還具有簡單的圖形顯示功能，能夠對較低頻率的波形進行時時測量及波形顯示功能，方便工程師在實際中的使用，市場前景十分樂觀1.2項目執(zhí)行計劃項目執(zhí)行計劃1.2.11.2.1工作任務過程工作任務過程 第一階段第一階段：文氏橋部分2011.11.30 2011.12.4首先分析題目“音頻信號源” ，大概確定主題分析方向。通過圖書館和互聯(lián)網查詢資料確定基本方案。2011.12.5 2011.12.9進行方案的市場分析和方案的可行性分析

5、。2011.12.9 2011.12.14進行音頻信號源設計的原理圖的設計，期間進行仿真和實驗得出確切方案。然后通過 protel99se 進行原理圖和 pcb 的繪制。2011.12.142011.12.18進行音頻信號源設計的項目報告的的編寫。第二階段第二階段:msp430 硬件設計（兩階段含時間重疊部分）2011.11.30 2011.12.4首先分析題目“msp430 硬件設計” ，大概確定主題分析方向。通過圖書館和互聯(lián)網查詢資料確定基本方案。2011.12.20 2011.12.21進行方案的市場分析和方案的可行性分析。2011.12.21 2011.12.23進行 msp430 硬

6、件原理圖的設計，期間進行仿真和實驗得出確切方案。然后通過protel99se 進行原理圖和 pcb 的繪制。2011.12.232011.12.24進行 msp430 硬件原理圖的設計的項目報告的的編寫。2項目項目說明說明2.1 音頻信號源理音頻信號源理2.1.12.1.1文氏橋振蕩文氏橋振蕩如圖 z0820 所示。它由兩級共射電路構成的同相放大器和 rc 串并聯(lián)反饋網絡組成。由于 a= 0，這就要求 rc 串并聯(lián)反饋網絡對某一頻率的相移 f2n，才能滿足振蕩的相位平衡條件。下面分析 rc 串并聯(lián)網絡的選頻特性，再介紹其它有關元件的作用。 圖 z0820 中 rc 串并聯(lián)網絡在低、高頻時的等效

7、電路如圖 z0821 所示。這是因為在頻率比較低的情況下， （1/c）r，而頻率較高的情況下，則（1/c）l 時才能獲得較好的濾波效果。l 愈大，濾波效果愈好。另外，由于濾波電感電動勢的作用，可以使二極管的導通角接近 ，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過二極管的電流，從而延長了整流二極管的壽命。2.1.52.1.5 抬升電路抬升電路整體抬升信號電壓123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:21-dec-2011sheet of file:c:usersadm inistratordesktop低低低低.ddbdrawn by:c3cap3

8、2184u1alm358r210kr5100kc21nfc11nfr4470kr350kr1470kvccveer7res1r6res1567u1blm358r810kr950kr1010kr1110kvccvccc5capc4electro1veec7capc6electro1低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低低c3capr12res112j3低低低低12j1低低低低低低12j2低低低低12345j5con5123j4con3123j6con3vccveed21n4148d11n4148圖 2-1-5 抬升電路項目執(zhí)行計劃項目執(zhí)行計劃模擬開關選擇模塊模擬開關選擇模塊 該模擬開關這個主要

9、是通過模擬開關芯片 cd4051 來實現(xiàn)的。電路中通過三個按鍵的選擇，然后通過單片機 msp430 分別控制芯片的 a b c 三只引腳來選擇 x0 到 x7 通道來實現(xiàn)八路信號的分時分段采集。圖 2-2-1 模擬開關選擇電路2.2.22.2.2電源模塊電源模塊 通過 usb 給電路板通電，經過芯片 1117-3.3 轉換到 3.3 v 的電壓給 430 單片機供電。圖 2-2-2 電源電路2.2.32.2.3下載模塊下載模塊通過并口對 430 進行程序下載 圖 2-2-3 msp430 下載電路2.2.42.2.4 液晶模塊液晶模塊通過 430 單片機的控制在液晶上顯示結果圖 2-2-4 m

10、sp430 液晶顯示模塊電路2.2.52.2.5 控制模塊控制模塊通過按鍵對單片機輸入通道進行控制3調試說明調試說明3.1 材料清單材料清單表 3-1 音頻信號源電路元器件清單元件名稱封裝數(shù)量/個104cap61.6k 電阻axial0.321.8k 電阻axial0.321n4148diode0.421uf 電容cap12k 電阻axial0.3110k 電阻axial0.3310uf 電容08054lm324 運放bip82100k 滑變電阻vr51表 3-2 msp430 接口硬件電路元器件清單元件名稱封裝數(shù)量/個msp430f149lqfp64-pm-pag11n4007180511n

11、41481805110uf 電解電容10uf2100uf 電解電容100uf2100k 電阻08051104 瓷片電容0805151117-3.3v 穩(wěn)壓芯片11171led08051max232max2321按鍵button4usb 接口usb13.2 調試方法及步驟調試方法及步驟1.將整個原理圖滑道 multisim 中進行仿真。2.在 multisim 中用示波器檢測文氏橋振蕩器輸出端是否產生有正弦波信號。3.改變文氏橋振蕩器中產生振蕩回路的電阻值，然后再用頻率檢測儀看振蕩信號頻率是否改變。4.用示波器在運放輸出端檢測產生的正弦波是否被濾波和放大。5.最后在電路輸出端檢測正弦信號是否被抬

12、升。6 利用示波器測量正弦波的頻率及輸出最大幅度和最小幅度。注意事項：利用示波器測量頻率和幅度應先對示波器進行校準。具體方法：利用示波器輸出的標準方波信號 1khz，峰峰值 1v 來調節(jié)示波器得到正確顯示后再進行測量。在以后的實驗中都應該這樣做。3.3 驗收標準驗收標準測量文氏橋振蕩電路振蕩頻率是否穩(wěn)定，帶負載能力強弱，輸出電壓失真是滿足小。4參考文獻參考文獻1 文氏電橋振蕩電路 模擬電子電路 2 振蕩電路輸入端選取及選頻網絡反饋性質的討論 張靖華j電氣電子教學學報;2004 年 01 期3 msp430 單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講 作者： 秦龍 4 rc 文氏橋振蕩器研究 百度文庫5附

13、錄附錄5.1 原理圖原理圖圖 5-1 文氏橋振蕩電路原理圖1234abcd4321dcbat i tlen um berr evi sio nsi zebd ate:27 -d ec- 20 11sh ee t of fi le:e :g x p le arn ing 低 低 43 043 0.dd bd raw n b y:1d v c c2p6 33p6 44p6 55p6 66p6 77v re f+8x in9x o u t10v e11v re f-12p1 013p1 114p1 215p1 316p1 417p1518p1619p1720p2021p2122p2223p2324p

14、2425p2526p2627p2728p3029p3130p3231p3332p3433p3 534p3 635p3 736p4 037p4 138p4 239p4 340p4 441p4 542p4 643p4 744p5 045p5 146p5 247p5 348p5 449p5550p5651p5752xout253xin254tdo55tdi56tms57tck58rst59p6060p6161p6262avss63dvss64avccm sp 4 30 f 1 49d 1m cu 43 0p1 0p1 1p1 2p1 3p1 4p15p16p17p20p21p22p23p24p25p

15、26p27p30p31p32p33p34p3 5p3 6p3 7p4 0p4 1p4 2p4 3p4 4p4 5p4 6p4 7p5 0p5 1p5 2p5 3p5 4p55p56p57tdotditmstckrstp60p61p62avccp6 3p6 4p6 5p6 6p6 712345678j2c o n 812345678j4c o n 812345678j6c o n 812345678j7c o n 812345678j8c o n 812345678j9c o n 8p6 0p6 1p6 2p6 3p6 4p6 5p6 6p6 7p1 0p1 1p1 2p1 3p1 4p1 5p

16、1 6p1 7p20p21p22p23p24p25p26p27p3 0p3 1p3 2p3 3p3 4p3 5p3 6p3 7p4 0p4 1p4 2p4 3p4 4p4 5p4 6p4 7p5 0p5 1p5 2p5 3p5 4p5 5p5 6p5 7c 1610 4+ c 1410ufc 1710 4+c 1510ufd v 3 .3va v 3 .3v321v iv oa djr 1011 17 -3 .3c 1210 0u fc 1310 4c 1110 4c 1010 0u fd 31n 40 07d v 3 .3va v 3 .3vd 410f3ci zhuf21kf1l e d

17、1r stjp 52kc 910 4s5sw -p bd 21n 41 48r 910 0k3.3vs1sw -p bs2sw -p bs3sw -p br 510 0r 610 0r 710 0r 110 kr 210 kr 310 kd v 3 .3vp1 0p1 1p1 2c 110 4+c 410 uf+c 210 u fc 310 4162738495c o n 2d b9c 1+1v +2c 1-3c 2+4c 2-5v -62c ou t72c in825 1o ut925 1 in1015 1 in1115 1o ut121c i n131c ou t14g n d15v cc

18、16m a x 23 2u 14m a x 23 2c 4810 4c 4910 4c 3910 4c 4710 4d v 3 .3vr 301kr 28r x dd v 3 .3vr 291kd v 3 .3v1234jp 9h e a d e r 2 x 2v cc1d +2d -3g n d4u sbj1u sb12j3c o n 2p3 4p3 5p4 0p4 1p4 2p4 3p4 4p4 5p4 6p4 7c 5510 4d v 3 .3v123j5 00c o n 3j5 02t x ds7 00sw s ps t3.3v1g n d2im 33d b1 64d b1 45d b1 26d b1 07d b88d b69d b4