【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 4 方案的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 信號(hào)發(fā)生器工作原理 信號(hào)發(fā)生器電路主要由 MSP430F149 單片機(jī)、獨(dú)立鍵盤(pán)電路、 1602 液晶顯示電路、DAC5571 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、系統(tǒng)電源電路等組成。系統(tǒng)原理方框圖如 41所示。 圖 41 系統(tǒng)原理方框圖 MSP430F149 復(fù)位電路 復(fù)位電路的主要作用是在上電時(shí)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行一些初始的設(shè)置或者當(dāng)程序運(yùn)行失控時(shí)，選擇手動(dòng)復(fù)位從而使單片機(jī)重啟。有上電自動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位和外部脈沖復(fù)位 3種復(fù)位方式。本 設(shè)計(jì)用到的 MSP430F149單片機(jī)采用的是低電平上電自動(dòng)復(fù)位，當(dāng)上電瞬間由于電容電壓不能突然變化，所以 RST 也就相當(dāng)于和地相連，單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，可以手動(dòng)按下 S5 鍵進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。 MSP430F149 復(fù)位電路如圖 42 所示。 11 圖 42 MSP430F149 復(fù)位電路 獨(dú)立鍵盤(pán)電路 采用了四個(gè)獨(dú)立按鍵對(duì)波形信息進(jìn)行選擇和設(shè)置如圖 43所示。 圖 43 獨(dú)立鍵盤(pán)電路 液晶顯示電路 通過(guò) LCD1602 顯示電路能將按鍵輸入的波形信息顯示出來(lái)。 LCD1602 顯示電 路如圖 44所示。 12 圖 44 LCD1602 顯示電路 波形產(chǎn)生電路 采用 DAC5571 芯片將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC5571 波形發(fā)生電路如圖 44 所示。 圖 45 DAC5571 波形產(chǎn)生電路 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 信號(hào)發(fā)生器主流程圖 首先對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行初始化，接著掃描獨(dú)立按鍵獲取默認(rèn)參數(shù)（ 10HZ， ）的波形信號(hào)（正弦波、方波、鋸齒波、三角波）并將參數(shù)信息顯示在 1602 液晶上，然后再次掃描按鍵，判斷是否修改波形參數(shù)，如果要改變頻率 ，只需要重新設(shè)置定時(shí)器 A中 CCR0 的記數(shù)周期值就可以，要改變幅值的話，只需要將送入 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)值乘以一定的比例系數(shù)（不大于 1）就可以，如圖 45所示。 13 圖 46 信號(hào)發(fā)生器主流程圖 正弦波程序流程圖 首先建立一個(gè)正弦波數(shù)據(jù)列表 tosin[256]，每次進(jìn)入定時(shí)器 A 的中斷服務(wù)時(shí)，就將列表里的數(shù)據(jù)送給 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出，將 256 個(gè)元素輸出一遍，產(chǎn)生一個(gè)正弦波，如此循環(huán)如圖 46 所示。 14 圖 47 正弦波產(chǎn)生程序流程圖 方波程序流程圖 方波信號(hào)是通過(guò) MSP430F149內(nèi)部定時(shí)器 A每次中斷到來(lái)時(shí)，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，前 128 次中斷時(shí)將 0xff 乘以一定系數(shù)（不大于 1）送 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出，后 128次中斷時(shí)將 0 送 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出，然后中斷次數(shù)清零，如此循環(huán)如圖 47所示。 15 圖 48 方波產(chǎn)生程序流程圖 鋸齒波程序流程圖 鋸齒波信號(hào)的產(chǎn)生是當(dāng)定時(shí)器 A 中斷時(shí)，一旦進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，變量 i 自增，同時(shí)將變量 i 的值送給 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出，當(dāng) i 等于 255 時(shí)， i 清零，重新計(jì)數(shù)，如此循環(huán)如圖 48 所示。 16 圖 49 鋸齒波產(chǎn)生程序流程圖 三 角波程序流程圖 三角波和鋸齒波的主要區(qū)別是：前者上坡和下坡的斜率相等，后者的不相等。 三角波信號(hào)的產(chǎn)生是當(dāng)定時(shí)器 A 中斷時(shí)，一旦進(jìn)入中斷服務(wù)程序，變量 i 乘以 2，同時(shí)將變量 i 乘以 2的值送給 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出，當(dāng) i大于 128時(shí)，將（ 255i）乘以 2 的值送給 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出，當(dāng) i 等于 255 時(shí)， i 清零，重新計(jì)數(shù)，如此循環(huán)如圖 49所示。 17 圖 410 三角波產(chǎn)生程序流程圖 開(kāi)發(fā)工具和語(yǔ)言介紹 本次設(shè)計(jì)使用的開(kāi)發(fā)工具是 IAR Embedded Workbench，該工具對(duì) C/C++語(yǔ)言高度優(yōu) 化，同時(shí)也是一個(gè)強(qiáng)大的編輯器和一個(gè)項(xiàng)目工程管理器，其次更重要的是該工具在仿真調(diào)試方面功能也很強(qiáng)大。這款開(kāi)發(fā)工具適用于許多 8 位、 16 位和 32 位的MCU，本次用到的 MSP430 單片機(jī)屬于 16位的單片機(jī)，因此同樣也適用。 MSP430 單片機(jī)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有兩種，分別是匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言。傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出來(lái)的代碼雖然運(yùn)行效率高，但是開(kāi)發(fā)難度相對(duì)較大，并且代碼不容易移植。盡管 C 語(yǔ)言沒(méi)有匯編的高效率，但是現(xiàn)在很多編譯器都對(duì) C 語(yǔ)言進(jìn)行優(yōu)化，而且單片機(jī)的時(shí)鐘頻率也很高所以效率方面已經(jīng)不是問(wèn)題了，另外 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)相當(dāng)簡(jiǎn)單，而且比較 方便實(shí)現(xiàn)移植。因此本次設(shè)計(jì)采用了 C 語(yǔ)言編程。 18 仿真調(diào)試 信號(hào)發(fā)生器仿真原理圖 選擇合適的芯片，依據(jù)信號(hào)發(fā)生器的硬件設(shè)計(jì)原理和軟件設(shè)計(jì)流程圖，在Proteus 中對(duì)信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)進(jìn)行仿真和調(diào)試，運(yùn)用 Proteus 仿真從而可以很方便將各個(gè)功能模塊進(jìn)行連接，了解各個(gè)數(shù)據(jù)端口的電平變化，波形信息也比較直觀，而且不需要真實(shí)的元件，通過(guò)應(yīng)用仿真進(jìn)行軟件調(diào)試很大程度上降低了成本。通過(guò)仿真調(diào)試，可以完善自己思路，優(yōu)化自己硬件的設(shè)計(jì)電路和軟件的程序結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)自己系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，讓自己更 加深入的了解信號(hào)發(fā)生器的工作原理。軟件仿真并不能完全反映實(shí)際情況，但可以作為一種學(xué)習(xí)的輔助手段。信號(hào)發(fā)生器仿真原理圖如圖 411所示。 圖 411 信號(hào)發(fā)生器仿真原理圖 19 正弦波仿真圖 （ 1） 初始設(shè)置（ 10HZ， ）正弦波仿真圖 圖 412 默認(rèn)設(shè)置正弦波仿真圖 （ 2） 調(diào)頻（ 15HZ， ）正弦波仿真圖 圖 413 頻率調(diào)節(jié)正弦波仿真圖 20 （ 3） 調(diào)幅（ 10HZ,）正弦波仿真圖 圖 414 幅值調(diào)節(jié)正弦波仿真圖 方波仿真圖 （ 1） 初始設(shè)置（ 10HZ， ）方波仿真圖 圖 415 默認(rèn)參數(shù)方波仿真圖 21 （ 2） 調(diào)頻（ 15HZ， ）方波仿真圖 圖 416 頻率調(diào)節(jié)方波仿真圖 （ 3） 調(diào)幅（ 10HZ,）方波仿真圖 圖 417 幅值調(diào)節(jié)方波仿真圖 22 鋸齒波仿真圖 （ 1） 初始設(shè)置（ 10HZ， ）鋸齒波仿真圖 圖 418 默認(rèn)參數(shù)鋸齒波仿真圖 （ 2） 調(diào)頻（ 15HZ， ）鋸齒波仿真圖 圖 419 頻率調(diào)節(jié)鋸齒波仿真圖 23 （ 3） 調(diào)幅（ 10HZ,）鋸齒波仿真圖 圖 420 幅值調(diào)節(jié)鋸齒波仿真圖 三角波仿真圖 （ 1） 初始設(shè)置（ 10HZ， ）三角波仿真圖 圖 421 默認(rèn)參數(shù)三角波仿真圖 24 （ 2） 調(diào)頻（ 15HZ， ）三角波仿真圖 圖 422 頻率調(diào)節(jié)三角波仿真圖 （ 3） 調(diào)幅（ 10HZ,）三角波仿真圖 圖 423 幅值調(diào)節(jié)三角波仿真圖 25 結(jié)果分析 通過(guò)軟件仿真調(diào)試發(fā)現(xiàn)，只要改變 D/A 芯片的參考電壓，就可以改變輸出波形的幅值，可以用滑動(dòng)變阻器實(shí)現(xiàn)分壓，送給 D/A 芯片作為參考電壓，同時(shí)將此時(shí)的參考電壓采集并且顯示在 1602 液晶上的話，就可以擴(kuò)大幅 值調(diào)節(jié)的范圍。還有輸出波形的最大頻率與所選擇的 D/A 芯片有關(guān)，還與外接運(yùn)放的處理速度有很大聯(lián)系。由于只是軟件仿真，所以波形的頻率和幅值參數(shù)其實(shí)只作為參考，用來(lái)觀察模擬該功能的。 26 總結(jié) 通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，首先深入了解了信號(hào)發(fā)生器的工作原理和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于MSP430 單片機(jī)的內(nèi)部模塊以及應(yīng)用特點(diǎn)有了清晰的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)展了自己的知識(shí)面，鍛煉了自己的學(xué)習(xí)能力以及如何有條理的進(jìn)行一項(xiàng)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)主要產(chǎn)生四種波形信號(hào)（正弦波、方波、鋸齒波、三角波），而且這四種波形信號(hào)還可以通過(guò)按鍵實(shí) 現(xiàn)幅值（ ， ， ）和頻率（ 10HZ， 20HZ， 30HZ,50HZ）的調(diào)節(jié)。最后，對(duì)課題進(jìn)行了仿真，可以很直觀的看到波形信號(hào)的變化，通過(guò)調(diào)試不斷完善自己的思路。該設(shè)計(jì)還可以進(jìn)行擴(kuò)展功能從而達(dá)到幅值和頻率的寬覆蓋，高精度的目的。 當(dāng)然在設(shè)計(jì)中也遇到許多問(wèn)題比如方波的波形出現(xiàn)失真，這主要是因?yàn)榉讲ㄊ菑?D/A 輸出的波形信號(hào)，由于方波的電平變化劇烈，內(nèi)部電容充放電明顯從而影響了輸出信號(hào)波形。如果方波從單片機(jī)的 I/O 管腳輸出的話，不會(huì)出現(xiàn)失真，不過(guò) I/O管腳只有高地電平變化，不能進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)，需要通 過(guò)外接電路改變參考電壓來(lái)調(diào)節(jié)幅值，為了方便對(duì)四種波形統(tǒng)一調(diào)節(jié)，就都從 D/A 輸出，其實(shí)當(dāng)方波頻率提高的時(shí)候，失真現(xiàn)象就會(huì)減弱。還有就是 1602 液晶手冊(cè)上說(shuō)明使用的時(shí)候要進(jìn)行忙檢測(cè)，在硬件調(diào)試的時(shí)候沒(méi)問(wèn)題，當(dāng)進(jìn)行仿真的時(shí)候，忙檢測(cè)程序?qū)е?1602 液晶忙檢測(cè)位一直處于高電平狀態(tài)，使得 1602 液晶無(wú)法正常工作，刪除忙檢測(cè)程序就可以。軟件仿真只能模擬大概功能，好多具體實(shí)際參數(shù)需要硬件調(diào)試去修改。軟件仿真和硬件調(diào)試互相配合，可以更好的處理問(wèn)題。