【正文】 2 國(guó)產(chǎn) SG1060 數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器能雙通道同時(shí)輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各種波形，頻率覆蓋范圍為 1μHz ～ 60MHz。還有很多其它類型的信號(hào)發(fā)生器，他們各有各的優(yōu)點(diǎn)，但是信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)將向著寬頻率覆蓋、高頻率精度、多功能、多用途、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。 3． 利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。 綜合以上 四 三單片機(jī)控制鍵盤輸 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。 首先去圖書館借閱有關(guān) MSP430 單片機(jī)的書籍資料，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。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。在 MSP430 學(xué)習(xí)板 的 鍵盤按鍵 ,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) 。 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。 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。例如 Fairchild 公司生產(chǎn)的 F8 單片機(jī)。以 Intel 公司的 MCS48 系列單片機(jī)為代表。不足之處是無(wú)串行口，中斷簡(jiǎn)單。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。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。 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。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)的專用型單片機(jī)。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。 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)。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。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) 。袖珍計(jì)算器則是簡(jiǎn)單多的電池電源電路?？梢哉f(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)有如此種類繁多的電子設(shè)備。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。 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。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。 這是一個(gè)輸出正 5V 直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。 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。 AMS1117 的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到 %的誤差以內(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。 壓差 (V) 圖 22 7 信號(hào)發(fā)生器的鍵盤電路 單片機(jī)外接鍵盤一般分為獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤兩大類。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。嚴(yán)重浪費(fèi)了系統(tǒng)資源，不益選取此種按鍵。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。所以選取的矩陣按鍵這一節(jié)省系統(tǒng)資源的鍵盤形式。連接電路如圖 23 所示。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。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)，從而獲得鍵盤輸入的值。通過(guò)這樣的掃描方式，可以實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入。 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 。 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 。 [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。 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。 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。 Nokia5110 裸屏僅 元， LCD1602 一般 15 元左右，LCD12864 一般 50~70 元。 8． 速度快，是 LCD12864 的 20 倍，是 LCD1602 的 40 倍。 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。 圖 24 液晶驅(qū)動(dòng)時(shí)序 Nokia5110 的初始化 接通電源后，內(nèi)部寄存器和 RAM 的內(nèi)容是不確定的，這需要一個(gè) RES 低電平脈沖復(fù)位一下。 10 圖 25 5110 復(fù)位時(shí)序 顯示漢字 ： 顯示漢字可以采用兩種點(diǎn)陣方式，一種是 12*12 點(diǎn)陣，一種是 16*16 點(diǎn)陣，網(wǎng)上也有一個(gè)自動(dòng)提取字模的小軟件“ 3310 液晶顯示屏漢字提取程序”，這個(gè)小程序只適用于水平尋址 (V=0)。 {0x0A,0x92,0x62,0x9E,0x02,0x18,0x87,0x74,0x84,0x14,0x0C,0x00,0x02,0x01,0x00,0x04,0x05,0x02,0x01,0x00,0x01,0x02,0x04,0x00},//歡 圖 26 12*12 點(diǎn)陣 示意圖 11 單片機(jī)數(shù)據(jù)連接 圖 27 LCD 驅(qū)動(dòng)芯片 Nokia5110 液晶 模塊說(shuō)明 P1 Nokia5110 9 個(gè)導(dǎo)電管腳 P2Nokia5110 與單片機(jī)連接的 8 個(gè)管腳其中 1~5 為 I/O 管腳 6 為電源 7 為背光輸入 8 為 GNDR3,R4 視具體情況而定 ，可以焊接 330~1K 的限流電阻 圖 28 液晶與單片機(jī)連接 DS1， DS2 為液晶背光 LED，需要選用專用的白光或者其他的 LED 關(guān)于電壓供電 正常設(shè)計(jì)的思路是按照 5V 設(shè)計(jì)的，需要并接 穩(wěn)壓二極管限制電壓大小。 12 DA 轉(zhuǎn)換 DAC0832 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。 DAC0832 邏輯輸入滿足 TTL 電平，可直接與 TTL 電路或微機(jī)電路連接。這個(gè) DA 芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 [4] DAC0832 引腳說(shuō)明 圖 29 DAC0832 13 DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線， TLL 電平。 CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。 Iout1:電流輸出線。 Iout2: 電流輸出線。 Rfb:反饋信號(hào)輸入線 ,芯片內(nèi)部有反饋電阻 . Vcc:電源輸入線 (+5v~+15v) Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (10v~+10v) AGND:模擬地 ,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地 . DGND:數(shù)字地 ,兩種地線 在基準(zhǔn)電源處共地比較好 . DAC0832 的原理及控制方法 DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成的單片直流輸出型 8 位數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。運(yùn)算放大器輸出的模擬量 V0 為： 14 圖 210 DA轉(zhuǎn)換原理 （ 21） 由上式可見(jiàn)，輸出的模擬量 與輸入的數(shù)字量（ ） 成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。輸入可有 28=256 個(gè)不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為 256 個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是 256 個(gè)可能值。 [5] 圖 211 DA內(nèi)部結(jié)構(gòu) DAC0832 輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。 15 圖 212 DA連接運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器有三個(gè)特點(diǎn)： 1． 開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)非常高，一般為幾千，甚至可高達(dá) 10 萬(wàn)。 2． 輸入阻抗非常大。 3． 輸出阻抗很小，所以，它的驅(qū)動(dòng)能力非常大。圖中， V0 是一個(gè)有足夠精度的標(biāo)準(zhǔn)電源。各輸入支路中的開(kāi)關(guān)由對(duì)應(yīng)的數(shù)字元值控制，如果數(shù)字元為 1，則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)閉合；如果數(shù)字為 0，則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。 假設(shè)，輸入端有 4 條支路。這就是說(shuō)，通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)，可以把 16 0000B~1111B 轉(zhuǎn)換成大小不等的電流，從而可以在運(yùn)算放大器的輸出端得到相應(yīng)大小不同的電壓。 [6] 圖 213 四路 D/A 轉(zhuǎn)換器 硬件系統(tǒng)組成 硬件部分是我們整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，是運(yùn)行軟件的平臺(tái)，系統(tǒng)程序的載體。我們以 MSP430 單片機(jī)作為核心的 MCU，其他的傳感器都以該單片機(jī)為中心，單片機(jī)作為我們的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，運(yùn)用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘，軟件實(shí)現(xiàn)電壓和工作頻率的調(diào)節(jié)，軟件對(duì) TFT 液晶開(kāi)與關(guān)，能夠使系統(tǒng)在待機(jī)狀態(tài)下最低功耗。稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 16位的數(shù)據(jù)寬度、 40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。 首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 電壓