畢業(yè)設(shè)計(jì)于MSP430單片機(jī)控制的受控正弦信號(hào)發(fā)生器

2 31前言 12總體方案設(shè)計(jì) 2 22.2方案二 2 33硬件單元模塊設(shè)計(jì) 4 4 43.1.2按鍵和顯示部分設(shè)計(jì) 53.1.3AD9835模塊部分設(shè)計(jì) 6 73.1.5電流變送器XTR105 83.1.6電流接收器RCV420 9 3.3特殊器件介紹 3.4各單元模塊連接及其實(shí)現(xiàn)原理 4軟件模塊設(shè)計(jì) 4.1鍵盤部分 4.2液晶部分 4.3系統(tǒng)軟件流程圖 5系統(tǒng)功能 5.2提升功能 6系統(tǒng)測(cè)試 6.1.1測(cè)試示波器介紹 6.2數(shù)據(jù)測(cè)試 1為了使電阻變化信號(hào)傳送到更遠(yuǎn)距離，我們采用了4～20mA的電流環(huán)傳輸技術(shù)，這樣能有效的避開相關(guān)噪聲的影響，使信號(hào)傳輸?shù)礁h(yuǎn)。最后將接收到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并用A/D采集到單片機(jī)來(lái)控配合單片機(jī)實(shí)時(shí)跟隨可變電阻電阻變化產(chǎn)生在1000kHz~2000kHz之間變化的正XXX2總體方案設(shè)計(jì)22總體方案設(shè)計(jì)取到信號(hào)后，將電壓A/D轉(zhuǎn)換后的值處理成實(shí)際電壓，同時(shí)利用系統(tǒng)方框圖如圖2.1正弦波及其處理部分理LCD顯示圖2.1方案一系統(tǒng)方框圖核中處理，再將處理結(jié)果分別送入LCD顯示模塊和AD9835控制部分，單片機(jī)分析了A/D數(shù)據(jù)后計(jì)算出電阻然后根據(jù)電阻的大小發(fā)送相應(yīng)的AD9835頻率控系統(tǒng)方框圖圖2.2XXX2總體方案設(shè)計(jì)3正正弦波及其處理部LCD顯示圖2.2方案二系統(tǒng)方框圖2.3方案選擇方案一和方案二比較，方案一直接使用MSP430內(nèi)部資源A/D模塊，定時(shí)43硬件單元模塊設(shè)計(jì)3.1單元模塊功能介紹該電源提供穩(wěn)定的直流電源+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V。如圖3.1.111圖3.1.1電源電路正負(fù)12V電源為電流變送器供電，正3..3V為MSP430單片機(jī)供電，5V為其他器件供電。該電源主要通過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓三部分構(gòu)成，部分功能如下：橋式整流電路：圖3.1.1(a)整流電路電容濾波電路的特點(diǎn)：(1)電流的有效值和平均值的關(guān)系與波形有關(guān)，在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大。在純電阻負(fù)載時(shí)，變壓器副邊的有效值I?=1.11L,而有XXX3硬件單元模塊設(shè)計(jì)5(2)負(fù)載平均電壓VL升高，紋波(交流成分)減小，且.RLC越大，電容滑的負(fù)載電壓，一般取RL*C≥(3～5)T/2(式中T為電源交流電壓的周期)。3.1.2按鍵和顯示部分設(shè)計(jì)pl6p20p232V0pl7plBpl9Wire--XXX63.1.3AD9835模塊部分設(shè)計(jì)AD9835電路圖3.1.3AD9835電路2.50MHz時(shí)鐘速度4.片內(nèi)10位DAC一個(gè)余弦查找表和一個(gè)10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并提供相位調(diào)制和頻76RContolR0VREF-FVeREF-044圖3.1.4MSP430A/D轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖ADC12模塊中是由以下部分組成：輸入的16路模擬開關(guān)(外部8路，內(nèi)部483.1.5電流變送器XTR105??大于40依2XTR98圖3.1.5電流變送器XTR105電路帶2線制或3線制鉑電阻接口，能實(shí)現(xiàn)溫度/電流轉(zhuǎn)換XXX3硬件單元模塊設(shè)計(jì)93.1.6電流接收器RCV420 29RefCdnefinNCRefout2345678輸出1電流接受器原理圖圖3.1.6電流接收器RCV420電路網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)精密10V電壓基準(zhǔn)。其總轉(zhuǎn)換精度為0.1%,共模抑制比CMR型溫漂為5ppm/℃的精密10V輸出。3.1.7濾波電路和放大電路圖3.1.7(1)濾波及放大電路仿真圖3.2發(fā)揮部分電路改進(jìn)設(shè)計(jì)2kn_[m在實(shí)際測(cè)試中用電阻箱代替圖3.2.1的滑動(dòng)變阻器A,通過(guò)調(diào)節(jié)R1和R5分別為圖中數(shù)值時(shí)，當(dāng)電阻箱為1kΩ時(shí)輸出4mA的電流，當(dāng)電阻箱為2kQ時(shí)輸出3.3特殊器件介紹MSP430的性能MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(TI)1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位強(qiáng)大的處理能力MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以理速度，在8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為125ns。這些特點(diǎn)保證了可編制出可使其在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在200~400uA左右，時(shí)鐘端口1~6(P1~P6)、基本定時(shí)器(BasicTimer)等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程MSP430的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.4.1系統(tǒng)模塊連接圖精密電阻箱電流變送器精密電阻箱電流變送器電流接收器LCD顯示正弦波及其處理部分鍵盤輸入圖3.4.1系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖精密電阻箱變化經(jīng)過(guò)電流變送器后轉(zhuǎn)換成電流變化，然后電流接收器接收電流信號(hào)后轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。單片機(jī)采集電流接收器的電壓信號(hào)好送入單片機(jī)處理，單片機(jī)分析數(shù)據(jù)后，計(jì)算出電阻后，使AD9835輸出對(duì)應(yīng)的正弦波頻率。同時(shí)LCD顯示相應(yīng)頻率值。3.4.2信號(hào)采集與變送原理基礎(chǔ)部分XTR105和RCV420組成的信號(hào)采集器原理圖如圖4所示：XXX3硬件單元模塊設(shè)計(jì)精密變阻器也有固有的非線性。外加一個(gè)或兩個(gè)外部電阻RLIN1和RLIN2,就可能彌補(bǔ)這些非線性，而得到在未補(bǔ)償輸出上40:1的線性改善。帶線性化的2線RTD連接。電阻RLIN1提供正反饋并控制線性修正。RLIN1根據(jù)想要的阻值進(jìn)行選擇。本題要求測(cè)量10000~20000的電阻變化，根據(jù)要求可以計(jì)算出以下參數(shù)：基本的參數(shù)確定后，就可以確定一個(gè)被測(cè)電阻與電流信號(hào)相對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，如下：I=0.016R+4mA而電流信號(hào)又與被測(cè)的電壓信號(hào)產(chǎn)生和一個(gè)對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，如下：通過(guò)參數(shù)的調(diào)整，使得單片機(jī)最后接受到的電壓范圍是0~3.33V。MSP430F49內(nèi)部集成了一個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器，所以，最大分辨率為所以最大的電壓分辨率為：對(duì)應(yīng)的電阻的分辨率為：XXX3硬件單元模塊設(shè)計(jì)3.4.3DDS正弦波的產(chǎn)生原理(1)DDS的原理DDS的工作過(guò)程為：2).兩種方法可以改變輸出信號(hào)的頻率a、改變查表尋址的時(shí)鐘CLOCK的頻率，可以改變輸出波形的頻率b、改變尋址的步長(zhǎng)來(lái)改變輸出信號(hào)的頻率.DDS即采用此法。步長(zhǎng)即為對(duì)數(shù)字波形查表的相位增量，由累加器對(duì)相位增量進(jìn)行累加，累加器的值作為查表地址。3)D/A輸出的階梯形波形，經(jīng)低通(帶通)濾波，成為質(zhì)量符合需要的模擬波形(2)任意頻率合成及數(shù)字調(diào)頻、調(diào)相設(shè)計(jì)AD9835內(nèi)部有兩個(gè)32位的頻率寄存器，這種結(jié)構(gòu)使AD9835在通信調(diào)制中得到了廣泛的運(yùn)用。在相應(yīng)控制器的控制下，用戶可以根據(jù)需要通過(guò)控制器接口輸入相應(yīng)的頻率控制字，單片機(jī)通過(guò)串行方式將頻率控制字加載到AD9835的兩個(gè)頻率控制字中，其輸出頻率如式(3-4-3)所示：用戶可以根據(jù)需要隨意設(shè)定兩個(gè)頻率寄存器的數(shù)值，在進(jìn)行2FSK調(diào)制時(shí)，數(shù)字調(diào)制信號(hào)通過(guò)FSELECT管腳輸入，從而選擇當(dāng)前輸出的頻率信號(hào)的頻率寄存器，四個(gè)相位寄存器還可以設(shè)置兩頻率信號(hào)的相位，通過(guò)相位累加實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同頻率信號(hào)的輸出，實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻。AD9835內(nèi)部擁有4個(gè)12位的相位寄存器，在單片機(jī)的控制下，通過(guò)串行方式可以加載12位相位寄存器的值，調(diào)制信號(hào)通過(guò)兩個(gè)相位寄存器選擇管腳PSELO和PSEL1,選擇當(dāng)前輸出信號(hào)的相位偏移度，輸出以當(dāng)前選擇的頻率寄存器所決定的頻率值為輸出信號(hào)頻率，當(dāng)前選擇的相位寄存器所決定的相位偏移為輸出相位偏移的已調(diào)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的相位調(diào)制。4軟件模塊設(shè)計(jì)4.1鍵盤部分鍵盤程序使用循環(huán)掃描檢測(cè)；擔(dān)憂按鍵按下時(shí)經(jīng)過(guò)消除抖動(dòng)后，在計(jì)算出相應(yīng)在實(shí)際鍵盤位置與軟件數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。本程序涉及到兩種模式的選擇，一是基礎(chǔ)模式，二是發(fā)揮模式。經(jīng)過(guò)鍵盤左下角兩個(gè)按鍵選擇切換。4.2液晶部分為了使顯示效果更好，我們采用了帶中文字庫(kù)的12864液晶，這樣可以同序，和精確掌握AD9835的控制字。實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，不能對(duì)AD9835頻繁的跳變時(shí)才相應(yīng)的更新AD9835的控制字。在模式二時(shí)采用了，標(biāo)志延時(shí)寫改變相仙YN號(hào)YBY圖4.3調(diào)頻、調(diào)相控制流程4.3系統(tǒng)軟件流程圖開始開始發(fā)揮模式模式選擇基礎(chǔ)模式否R>15000是輸出1000kHz頻率計(jì)算輸出頻率AD9835執(zhí)行5.1基本功能模式二，模式一為基本部分，當(dāng)電阻大于15000時(shí)輸出1000kHz的正弦波，當(dāng)電阻不大于15000時(shí)，不輸出頻率，波形發(fā)生器停止工作；模式二，輸出頻率5.2提升功能在自我發(fā)揮部分我們?cè)O(shè)計(jì)了在基礎(chǔ)模式下可以自行用4x4鍵盤選擇當(dāng)電阻大于15000輸出正波形的頻率，默認(rèn)輸出1000kHz。而且以方便了解電流接收部分的工作狀態(tài)。6系統(tǒng)測(cè)試TH2818型自動(dòng)元件分析儀是一種精度高、測(cè)試范圍寬、6位測(cè)試分辨率的6.2數(shù)據(jù)測(cè)試設(shè)定電阻(Ω)顯示電阻(Ω)環(huán)路電流(mA)測(cè)得頻率(kHz)無(wú)無(wú)XXX3硬件單元模塊設(shè)計(jì)由表6.2.1的數(shù)據(jù)可以看出，基礎(chǔ)部分的要求我們已經(jīng)滿足。觀察示波器發(fā)現(xiàn)波形沒(méi)有明顯失真。6.2.2發(fā)揮模式數(shù)據(jù)測(cè)試通過(guò)鍵盤選擇發(fā)揮模式，得到數(shù)據(jù)如下表：表6.2.2部分測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)定電阻(Ω)顯示電阻(Ω)顯示頻率(kHz)測(cè)得頻率(kHz)到設(shè)計(jì)要求。示波器的波形較平滑，無(wú)明顯失真。根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算：根據(jù)非線性度計(jì)算公式為：非線性度=[最大誤差÷(滿度一零度)]×100%非線性度為=—0.4%從表6.2.2和上面計(jì)算可以看出，系統(tǒng)基本上穩(wěn)定但還有待繼續(xù)提高精度。通過(guò)幾天的共同努力我們完成了基礎(chǔ)部分的功能，和發(fā)揮部分的功能。通過(guò)鍵盤選擇基礎(chǔ)模式后。當(dāng)電阻箱電阻變化經(jīng)過(guò)電流傳送和接收部分后提供給單片機(jī)處理。當(dāng)電阻大于15000輸出固定頻率1000kHz,當(dāng)小于15000時(shí)波形試發(fā)揮部分的功能能基本完成。當(dāng)電阻在10000和20000之間變化時(shí)輸出正弦波頻率能跟隨電阻在1000kHz到2000kHz內(nèi)變化。在波形輸出端加了我們?cè)O(shè)計(jì)的濾波和放大電路能有們還對(duì)基礎(chǔ)部分的功能進(jìn)行了改進(jìn)，當(dāng)電阻大于15000默認(rèn)輸出固定頻率為1000kHz,我們還可以用鍵盤設(shè)定輸出固定頻率的值。參考文獻(xiàn)[1]王超.模擬電路.安徽大學(xué)出版社.2005[3]秦龍.MSP430單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講.電子工業(yè)出版社.2006[4]何希才.穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.中國(guó)電力出版社.2005XXX附錄程序3.ADC12采集程序4.AD9835波形產(chǎn)生程序#include"lcd12864.h"http://LCD12864并行charAD9835_OK01=0;//檢測(cè)調(diào)變標(biāo)志unsignedchardianya_danwei[]={"V"};unsignedcharpinglv_danwei[]={"K"};unsignedintresults[Num_of_Results];//AD轉(zhuǎn)換結(jié)果voidTrans_val(uintHunsignedlongrr;ucharptr[4];ptr[3]=t1-(ptr[2]*10{//Curr_Volt=caltmp/2^nXIE_CHAR((0X93+i),shuzi[ptr[i]);//電壓顯示{{{{}}XIE_HZ(0X9c,1,chu2);/頻率顯示XIE_HZ(0X9e,1,chu4);/頻率顯示XXX附錄程序{{if((AD9835_OK00-AD98手1重{一XXX