【正文】 控制鍵盤(pán)輸 入，設(shè)置輸出的波形，幅度，頻率，占空比以及波形的復(fù)合初始相位等信息。為響應(yīng)當(dāng)前的社會(huì)節(jié)能減排的 口號(hào)，綜合多方因素決定采用MSP430 超低功耗單片機(jī)作為我們的核心處理器。 首先去圖書(shū)館借閱有關(guān) MSP430 單片機(jī)的書(shū)籍資料，了解 MSP430 單片機(jī)的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能模塊、各種寄存器以及 C 語(yǔ)言，從整體上對(duì) MSP430 單片機(jī)的使用方法和編程原理進(jìn)行理解。然后利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱單片機(jī)的 C語(yǔ)言編程實(shí)例和視頻講解，對(duì)單片機(jī)每個(gè)功能模塊的使用有所了解。最后根據(jù)自己的題材基于 MSP430 單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)指定相應(yīng)的策略想辦法完成編程。 波形的產(chǎn)生是通過(guò) MSP430 單片機(jī) 執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向 D/A 轉(zhuǎn)換器的 3 輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在 D/A 轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。在 MSP430 學(xué)習(xí)板 的 鍵盤(pán)按鍵 ,通過(guò)軟件編程來(lái)選擇各種波形、幅值電壓和頻率， 按不同按鍵產(chǎn)生不同波形的信號(hào) 。此方案的有點(diǎn)是電路原理比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。 具體就是系統(tǒng)采用 MSP430 單片機(jī)為控制核心， 利用 AD 芯片，通過(guò)按鍵中斷來(lái)邏輯選擇要輸出的波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波），再設(shè)置其它鍵來(lái)控制波形的復(fù)制及頻率，然后通過(guò)單片機(jī)控制顯示到 液晶 上。 本設(shè)計(jì)由檢測(cè)模塊、顯示模塊和控制模塊組成，其中顯示模塊用 LCD顯示實(shí)現(xiàn)溫度顯示， 控制模塊通過(guò)單片機(jī)控制繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī)的發(fā)展 單 片機(jī)的發(fā)展歷史可劃分為 五 個(gè)階段： 第一階段 (1974 年 ~1976 年 )：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。因工藝限制，單機(jī)采用雙片形式，而且功能比較簡(jiǎn)單。例如 Fairchild 公司生產(chǎn)的 F8 單片機(jī)。 第二階段 (1976 年 ~1978 年 )：低性能單片機(jī)階段。以 Intel 公司的 MCS48 系列單片機(jī)為代表。這種單片機(jī)片內(nèi)集成有 8 位 CUP，并行 IO 口， 8 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器， RAM 及 ROM 等。不足之處是無(wú)串行口，中斷簡(jiǎn)單。 第三階段 (1978 年 ~1982 年 )：高性能單片機(jī)階段。單片 機(jī)以其優(yōu)異的性能，低廉的價(jià)格，不斷滲透到社會(huì)生活的每個(gè)角落。單片機(jī)生產(chǎn)廠商如雨后春筍不斷涌現(xiàn)，多系列，多型號(hào)，各種性能組合的單片機(jī)層出不窮，不斷滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的新要求。隨著芯片制作工藝，技術(shù)水平的不斷提高和單片機(jī)需求量的不斷加大，單片機(jī)的性能價(jià)格比不斷攀升，呈現(xiàn)出一派欣欣向榮的景象。 第四階段 (1982 年 ~1990 年 ):8 位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)的推出階段 ,也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。 Intel 公司推出的 MCS—96 系列單片機(jī) ,將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片 中 ,體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。 第五階段 (1990 年 至今 ):微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用 ,出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的 8 位 16 位 32位通用型單片機(jī) ,以及小型廉價(jià)的專(zhuān)用型單片機(jī)。 [1] 4 本章小結(jié) 我們對(duì)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了系統(tǒng)的論證，選擇出合適的方案作為我們系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。并且介紹了單片機(jī)的各個(gè)發(fā)展階段，單片機(jī)在性能和處理速度方面的不斷進(jìn)步。單片機(jī)更好的服務(wù)我們的生活。 5 第 2 章 硬件電路 電源電路 我們系統(tǒng)需要 5V 和 混合電源系統(tǒng)。 作為整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源 當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來(lái)的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路 電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬(wàn)別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng) 。通過(guò)這套電源系統(tǒng)， 電子系統(tǒng) 各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的 電源 供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡(jiǎn)單多的電池電源電路。比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能。可以說(shuō)電源 電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒(méi)有電源電路就不會(huì)有如此種類(lèi)繁多的電子設(shè)備。 5V 穩(wěn)壓電源 電子產(chǎn)品中， 電源是電路中非常重要的部分，一個(gè)好的電源才能保證系統(tǒng)的正常工作。本系統(tǒng)中由于各部分的工作電壓不一樣，所以要用到多個(gè)電源。現(xiàn)在有許多穩(wěn)壓芯片它們可以提供穩(wěn)定的電壓。 常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78 系列和負(fù)電壓輸出的 79系列。顧名思義，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。用78/79系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路 內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 這是一個(gè)輸出正 5V 直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。 IC 采用集成穩(wěn)壓器 7805，C C2分別為輸入端和輸出端濾波電容， RL 為負(fù)載電阻。 6 圖 21 5V電源電路 穩(wěn)壓電路 該電路采用 AMS1117— 系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供 1A 輸出電流且工作壓差可低至 1V。在最大輸出電流時(shí)， AMS1117 器件的壓差保證最大不超過(guò) ，并隨負(fù)載電 流的減小而逐漸降低。 AMS1117 的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到 %的誤差以?xún)?nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。 AMS1117 器件引腳上兼容其他三端 SCSI 穩(wěn)壓器，提供適用貼片安裝的 SOT223 高效線性穩(wěn)壓器 后置穩(wěn)壓器，用于交換式電源 5V 至 線性穩(wěn)壓器 電池充電器 有源 SCSI 終端 筆記本 電源管理 電池供電設(shè)備 AMS1117 基本參數(shù) 輸出電流 (A) 1 輸出電壓 (V) 初始誤差 (%) 177。 壓差 (V) 圖 22 7 信號(hào)發(fā)生器的鍵盤(pán)電路 單片機(jī)外接鍵盤(pán)一般分為獨(dú)立鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)兩大類(lèi)。獨(dú)立鍵盤(pán)就是 單片機(jī)的個(gè) I/O 端口直接與一個(gè)按鍵相連，特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，判斷方便。在很多按鍵較少（一般 4個(gè)左右的時(shí)候）的系統(tǒng)中可以使用這種鍵盤(pán)。但它有一個(gè)很大的缺點(diǎn)：當(dāng)按鍵較多時(shí)，會(huì)占用大量的 I/O 端口。嚴(yán)重浪費(fèi)了系統(tǒng)資源，不益選取此種按鍵。矩陣鍵盤(pán)與獨(dú)立按鍵相比也具有電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是2N個(gè)端口可以編程出 N N 個(gè)按鍵。當(dāng) N很大時(shí)，這種方法可以節(jié)約大量端口節(jié)省系統(tǒng)資源。在本系統(tǒng)中大約 會(huì)用到十個(gè)左右的按鍵控制。所以選取的矩陣按鍵這一節(jié)省系統(tǒng)資源的鍵盤(pán)形式。 [2] 本系統(tǒng)所需要的鍵盤(pán)有 8個(gè)，經(jīng)過(guò)分析覺(jué)得使用獨(dú)立式鍵盤(pán)更為合適，但是手上有現(xiàn)有的 4*4 矩陣鍵盤(pán)，因此使用了 4*4矩陣鍵盤(pán)。連接電路如圖 23 所示。 圖 23 鍵盤(pán)模塊電路 現(xiàn)在具體分析鍵盤(pán)的工作原理：鍵盤(pán)初始化使得單片機(jī) P1的 — 設(shè)置為輸入狀態(tài) , — 設(shè)置為輸出狀態(tài)，然后令 — 輸出低電平，— 下降沿觸發(fā)中斷，并開(kāi)中斷。進(jìn)入中斷子程序后進(jìn)行掃描并獲得鍵值，最后根據(jù)按鍵的不同 分別跳到對(duì)應(yīng)的子程序中。 在掃描的子程序中，當(dāng)在 管腳上輸出低電平，并且行線的其他管腳上輸出高電平時(shí)，如果“ K1”鍵被按下，則 為低電平；如果“ K2”鍵被按下， 8 則 為低電平；如果“ K3”鍵被按下，則 為低電平；如果“ K4”鍵被按下，則 為低電平。通過(guò)設(shè)置一條行線的輸出就可以獲取列線上的相應(yīng)狀態(tài)，從而獲得鍵盤(pán)輸入的值。同理，依次在其他列線上輸出低電平，就可以獲取其他鍵的輸入值。通過(guò)這樣的掃描方式，可以實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的輸入。 液晶顯示 顯示器一直就是我們進(jìn)行人機(jī)交互的一項(xiàng)重要工具， 而作為科學(xué)發(fā)展產(chǎn)物的液晶 .更是讓我們聽(tīng)到了福音，我們?cè)谠O(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候常常用到的液晶種類(lèi)有段式液晶，帶字庫(kù)和不帶字庫(kù)的 LCD12864， LCD1602。 液晶的主要特點(diǎn)有： 1. 機(jī)身薄，節(jié)省空間：與比較笨重的 CRT 顯示器相比， 液晶顯示器 只要前者三分之一的空間 ，而且得益于液晶顯示器的這一特點(diǎn)使很多微型電子產(chǎn)品中的產(chǎn)生成為了可能 。 2. 省電，不產(chǎn)生高溫：它屬于低耗電產(chǎn)品，可以做到完全不發(fā)燙，相對(duì)與 CRT顯示器，因顯像技術(shù)不可避免產(chǎn)生高溫。 3. 無(wú)輻射，益健康： 液晶顯示器完全無(wú)輻射，這對(duì)于整天在電腦前工作的人來(lái)說(shuō)是一個(gè)福音 。 4. 畫(huà)面柔和不傷眼：不同于 CRT 技術(shù)，液晶顯示器畫(huà)面不會(huì)閃爍，可以減少顯示器對(duì)眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。 [3] Nokia5110 液晶特點(diǎn) 我們這個(gè)系統(tǒng)采用的是 Nokia5110 液晶 ，該液晶特點(diǎn) 1． 84x48 的點(diǎn)陣 LCD，可以顯示 4 行漢字， 2． 采用串行接口與主處理器進(jìn)行通信，接口信號(hào)線數(shù)量大幅度減少，包括電源和地在內(nèi)的信號(hào)線僅有 9 條。支持多種串行通信協(xié)議（如 AVR 單片機(jī)的ＳＰ I、 MCS51 的串口模式０等），傳輸速率高達(dá) 4Mbps，可全速寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)，無(wú)等待時(shí)間。 3． 可通過(guò)導(dǎo)電膠連接模塊 與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到印制板上，因而非常便于安裝和更換。 9 4． LCD 控制器／驅(qū)動(dòng)器芯片已綁定到 LCD 晶片上，模塊的體積很小。 5． 采用低電壓供電，正常顯示時(shí)的工作電流在 200μA 以下，且具有掉電模式。 LPH7366 的這些特點(diǎn)非常適合于電池供電的便攜式通信設(shè)備和測(cè)試設(shè)備中 6． 性?xún)r(jià)比高， LCD1602 可以顯示 32 個(gè)字符，而 Nokia5110 可以顯示 15個(gè)漢字， 30 個(gè)字符。 Nokia5110 裸屏僅 元， LCD1602 一般 15 元左右，LCD12864 一般 50~70 元。 7． 接口簡(jiǎn) 單，僅四根 I/O 線即可驅(qū)動(dòng)， LCD1602 需 11 根 I/O 線， LCD12864 需 12 根。 8． 速度快，是 LCD12864 的 20 倍，是 LCD1602 的 40 倍。 9． Nokia5110 工作電壓 ，正常顯示時(shí)工作電流 200uA 以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。 Nokia5110 液晶 驅(qū)動(dòng) Nokia5110 是一款經(jīng)典機(jī)型，可能由于經(jīng)典的緣故，舊機(jī)器很多，所以很多電子工程師就把舊機(jī)器的屏幕拆下來(lái)，自己驅(qū)動(dòng) Nokia5110，用于開(kāi)發(fā)的設(shè)備顯示，取代 LCD1602。 SPI 接口時(shí)序?qū)憯?shù)據(jù) /命令 ： Nokia5110(PCD8544)的通信協(xié)議是一個(gè)沒(méi)有 MISO 只有 MOSI的 SPI 協(xié)議，如果單片機(jī)有富裕的 SPI 接口，也可以利用硬件 SPI，但通常沒(méi)有必要，只需要軟件程