TI模擬創(chuàng)新題目

1、基于LaunchPad_MSP430開(kāi)發(fā)板模擬系統(tǒng)子板1. 需求概述Launchpad是德州儀器公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)源硬體平臺(tái)，它是低成本的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采16位的低功耗MSP430單片機(jī)為開(kāi)發(fā)板核心，提供14/20PIN的DIP插座目標(biāo)板，適合基本的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，是較先進(jìn)的超小型入門級(jí)試驗(yàn)系統(tǒng)之一。它可以配合本科低年級(jí)課程進(jìn)行嵌入式C語(yǔ)言、電子技術(shù)基礎(chǔ)、微機(jī)原理的試驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)；基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生的試驗(yàn)不再拘泥于在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行；同時(shí)德州儀器公開(kāi)發(fā)布了大量的教程、源代碼和演示視頻，特別適合于低年級(jí)同學(xué)學(xué)習(xí)。 而單單依據(jù)開(kāi)發(fā)板可開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的功能較為單一。因此為配合模擬電子線路設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并

2、且德州儀器公司在模擬領(lǐng)域中有極為豐富的設(shè)計(jì)應(yīng)用。故設(shè)計(jì)基于Launchpad開(kāi)發(fā)板模擬系統(tǒng)系列子板，將模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分結(jié)合。讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)不再拘泥于在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，學(xué)生通過(guò)USB電纜連接到PC機(jī)，在就可以使用圖形界面的閃存編程器和調(diào)試工具來(lái)完成包括嵌入式系統(tǒng)軟件實(shí)驗(yàn)及模擬電子線路設(shè)計(jì)硬件實(shí)驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)“口袋實(shí)驗(yàn)室”的目標(biāo)。2. 實(shí)現(xiàn)功能（題目以供選擇）根據(jù)德州儀器公司提供的需求，子板的設(shè)計(jì)需與Launchpad開(kāi)發(fā)板結(jié)合，依據(jù)MSP430單片機(jī)設(shè)計(jì)模擬類功能的子板。擬定了以下一些電路，本著口袋實(shí)驗(yàn)室的實(shí)用性，簡(jiǎn)潔性，主芯片控制在5個(gè)左右（不包括MSP430），PCB面積控制在兩個(gè)launch

3、pad面積以內(nèi)，大于等于一個(gè)launchpad面積。 1傳感器前端放大模塊（電阻型傳感器 鉑絲熱電阻或者壓力傳感器）2電子負(fù)載（電壓、電流可測(cè)試，電流可調(diào)節(jié)，功率管實(shí)現(xiàn)5A電流）3LED光源（根據(jù)光敏電阻實(shí)現(xiàn)LED亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，5個(gè)LED一串）4集成芯片音頻功率放大電路（程序可調(diào)左右聲道音量）5移相器（相移連續(xù)可調(diào)）6簡(jiǎn)易鎖相環(huán)路（頻率可調(diào)振蕩器、比較器、DAC或者PWM加低通）7用功率管搭建推挽功率放大電路（單片機(jī)實(shí)現(xiàn)過(guò)流檢測(cè)和保護(hù)）8頻率電壓轉(zhuǎn)換和電壓頻率轉(zhuǎn)換9電流鉗（利用電磁感應(yīng)測(cè)試電流，AC、DC可切換）10電容、電感測(cè)試表11三極管I V曲線測(cè)試表（DAC 控制示波器的X Y 通道顯

4、示）12恒溫控制模塊（電阻加熱，可調(diào)電流源，溫度傳感器，單片機(jī)控制）13心跳計(jì)數(shù)器（心電放大，整形，計(jì)數(shù)）14交流電功率表（30V以內(nèi)）15水果電源，能顯示電壓和電流（酸水果，兩個(gè)電極，boost 開(kāi)關(guān)電源，單片機(jī)）16多功能碼表（霍爾元件，信號(hào)調(diào)理，比較器，單片機(jī)）17擊掌聲方向檢測(cè)（兩個(gè)駐極體，信號(hào)調(diào)理，單片機(jī)計(jì)算方向）18毫歐電阻測(cè)試表（毫安級(jí)恒流源，放大電路，ADC，單片機(jī)）19角度測(cè)試表（三軸加速度芯片，單片機(jī)，電容供電，升壓電源）20觸發(fā)門限可調(diào)的模擬信號(hào)采集裝置，輸入信號(hào)放大倍數(shù)分檔可調(diào)。21簡(jiǎn)易掃頻儀（單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)DDS功能進(jìn)行掃頻，ADC采集峰值檢波后的數(shù)據(jù)）基礎(chǔ)電路，可調(diào)

5、部分可以使用可變電阻器或者可變電容器1雙通道同步DAC電路2反向求和電路，兩輸入3差分運(yùn)放電路，減法器4高通、低通，并設(shè)計(jì)跳線由高通低通合成帶通、帶阻濾波器。5遲滯比較器6占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生器73運(yùn)放搭建儀表放大器8鋸齒波發(fā)生器9壓頻變換，不用變?nèi)荻O管，控制矩形波發(fā)生器的比較門限10精密全波整流11峰值檢波電路（雙運(yùn)放，二極管）12升壓開(kāi)關(guān)電源TPS6104013降壓開(kāi)關(guān)電源TPS543014串行接口的ADC、DAC模塊15電荷泵型的反壓電源TPS604003. 子板架構(gòu)綜合考慮子板設(shè)計(jì)的機(jī)械特性和電氣特性，決定采用堆疊的板卡式設(shè)計(jì)，因信號(hào)調(diào)理類涉及板卡種類較多及功能交互性強(qiáng)，故需要兩三

6、塊子板協(xié)作完成。并且同時(shí)要依據(jù)Launchpad開(kāi)發(fā)板開(kāi)發(fā)，需要考慮其便攜性和可重利用性。 綜上所述，借鑒如圖1所示Mini Pro Shield子板設(shè)計(jì)，采用向上堆疊的方式設(shè)計(jì)子板。圖1 Mini Pro Shield子板設(shè)計(jì) 采用20-pin的腳位直接和基板連接，減省添加額外I/O信號(hào)線與電源線連接的麻煩。但綜合考慮堆疊多塊子板及機(jī)械和電氣連接穩(wěn)定性，并且為了保證子板的尺寸統(tǒng)一，決定采用雙列20-pin焊盤的設(shè)計(jì)，即同側(cè)的兩列10-PIN的引腳相互對(duì)應(yīng)連接，一列焊接排座連接下面板卡的插針，一列焊接插針連接上面板卡的排座。圖2給出了子板設(shè)計(jì)的模擬效果圖。如圖3所示的為子板堆疊橫截面圖，多塊板

7、卡堆疊時(shí)為左右互補(bǔ)堆疊。 圖2 子板設(shè)計(jì)效果圖 圖3 子板設(shè)計(jì)橫截面關(guān)于子板的接口，因采用堆疊的方式連接，故將I/O口統(tǒng)一引接到各子板。Launchpad開(kāi)發(fā)板上接口插針引接到MCU上各引腳的定義為如圖4所示。并且實(shí)現(xiàn)便攜性，子板的電源統(tǒng)一由Launchpad開(kāi)發(fā)板提供，涉及模擬信號(hào)調(diào)理類的信號(hào)連接通過(guò)排線實(shí)現(xiàn)。圖4 MSP430G2553引腳定義4. 舉例-子板設(shè)計(jì)原理和框圖1) 壓控增益放大器（設(shè)計(jì)原理和框圖）通過(guò)德州儀器公司的高性能的壓控增益放大器VCA810和零溫標(biāo)系列單電源應(yīng)用運(yùn)放OPA735及電壓反向器TPS60400結(jié)合可實(shí)現(xiàn)單電源條件下壓控增益放大器的應(yīng)用，如圖6所示為壓控增益放大器的框圖。通過(guò)電壓反饋的單位增益穩(wěn)定的運(yùn)放OPA690做輸入緩沖級(jí)，彌補(bǔ)壓控增益放大器輸入電阻的不足，通過(guò)底溫