基于MSP430自动增益控制综述

1、目录 摘 要 Abstract II 引 言 3 1 方案论证 4 1.1 总体方案 4. 2 系统设计 6 3 MSP430 概述 7 3.1 TI 公司的 MSP430介绍 7. 3.2 MSP430F169 7 3.3 最小系统 -复位电路 7. 4 单元模块电路 7 4.1 信号峰峰值检测电路 7. 4.2 显示电路介绍 9. 4.3模数转换电路 9. 4.3.1 模数转换器 ADC12 9 4.3.2 ADC12 相关寄存器介绍 10 4.4 数模转换电路 1.4. 4.4.1 数模转换器 DAC12 14 4.4.2 数模转换 DAC12 寄存器 15 4.5 程控芯片 VCA82

2、2 简介 错. 误！未定义书签。 5 测试数据及测量结果分析 19 19 6 总结 致谢 错. 误！未定义书签 参考文献 错. 误！未定义书签 附件 错. 误！未定义书签 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 摘要 在现代电子设备中， 最常用的电路结构就是放大器。 电子技术基础学习过程 中我们知道，由于在高频状态下放大器内部结构 , 即极间电容的存在 , 会影响放大 器的增益大小， 进而导致输出信号幅度变化， 使得输出的信号幅度值不能在高频 时满足要求。 所以用本设计可以自动调节放大器增益的大小， 使输出信号幅度保 持不变，又称作自动增益控制放大器设计。 本课题采用数字电路

3、控制放大器的增益，通过闭环操作，使用 MSP430 为开 发平台，通过采用对信号幅度补偿的技术， 解决由于输入频率变化而引起的放大 器输出幅度的变化，实现增益的自动调整，从而实现获得稳定输入幅度的设计。 由于放大器的内部元件的影响使得它的可用性有一定的频率范围， 所以本设计就 是在保证放大器正常工作的情况下对原输出有损信号进行校准。 AGC 电路由可 控增益电路，数模转换，模数转换，峰值监测电路和显示电路五部分组成。 本课题所要介绍的内容有自动控制增益的原理， MSP430 的掌握，以及自动 增益电路各部分的工作原理。最后对系统中 ADC 电路和 DAC 电路测量并对测 试结果和实际中的问题做

4、一定的分析。 关键字 ：自动控制增益 放大器 MSP430 补偿 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 Abstract In the modern electronic equipment, the most common circuit structure is amplifier. In the process of learning Electronic technology basic we know, amplifier internal structure that is the existence of the capacitance will affect

5、 the amplifiers gain when amplifier is in the high frequency state lead to the output signal amplitude variation, make the output signal amplitude value cannot meet the requirements when in high frequency.So this design can use to automatically adjust to the size of the amplifier output signal and a

6、mplitude remains the same, namely the automatic gain control amplifier design. This subject adopts digital control circuits to control the amplifier gain with the closed loop operation, using MSP430 for development platform and through making use of amplitude compensation technology ro solve the amp

7、lifier output amplitude changing owing to the input frequency s variation.Finally it will realize the automatic adjustment gain, so as to achieve a stable input the amplitude of the design. Amplifier has its availability has certain frequency range due to the influence of the internal components of

8、the amplifier so this design is that output signal of the original will be adjusted in the normal work of the amplifierAGC circuit consist of controllable gain circuits, analog-to-digital conversion, digital -to- analog conversion, peak monitoring circuit and display circuit five parts. This topic t

9、o be presented are the contents of the principle of automatic control gain, having a command of MSP430, as well as the circuit principle of the automatic gain circuit each part. In the end, in the system ADC and DAC circuit will be in measure and do some analysis to the result of the test and the ac

10、tual problems. Key word: automatic control gain amplifier MSP430 compensation II 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 引言 在现代通信系统和电子设备中 , 为了提高技术性能指标 , 或者实现某些特定 的要求, 广泛的采用自动控制电路。自动增益控制电路的使用具有重要的实际意 义。因为在各种通信系统中，由于受放大器内部结构，尤其是极间电容的影响， 当放大器工作频率太高或太低时所输出的信号也会改变， 使信号传输受损。 如果 接收机增益不变，则信号太强时会造成饱和和阻塞，而信号太弱时又可能丢失。 我们

11、希望放大器的增益能随输入信号的强弱而变化， 信号强时， 则增益低；信号 弱时，则增益高。 因此对于强弱经常变化的信号采用自动增益控制， 不失为一种 很好的选择。自动增益控制放大电路（ AGC电路）其主要功能是根据输出信号电 平的大小，调整放大器的增益，从而使输出信号电平保持稳定。 对于自己，以前用做运算放放大实验时发现， 当输入的信号频率高到一定程 度时，输出信号波形幅度有所变化， 即放大倍数小于理论算出的增益大小， 而且 频率越高，增益越小，当时觉得应该是自己搭电路时不规范所致，没有太在意， 但是随着学习的深入我逐渐的了解到， 放大器放大倍数减小并不是偶然因素引起 而是由于放大器内部结构即极

12、间电容导致了这中现象。 总有理论的学习还不能让 我有多大深入了解， 正好毕业设计的这个题目给了我这个验证并扩展的机会。 所 以本设计就是基于放大器在高频时的这种增益减小现象为课题来展开分析。 自动增益控制电路包括放大器输出信号幅度检测电路、 模拟/ 数字转换电路、 幅度比较模块以及电压控制增益电路。在对增益控制的速度要求不高的情况下， 使用微控制器是一种合适地选择，因为它支持 C语言开发。 TI 公司的 MSP430系 列芯片具有的片内模拟 / 数字转换器、硬件乘法器以及低功耗特点使其能够方便 地实现自动增益控制电路的设计。 总体来说本设计是采用数字的方法实现模拟信 号的调节。 将模拟量采样转

13、换为数字量， 虽然采样值与实际值有所误差， 但数字 处理方法的也可以达到很高的精度， 并且相对于模拟信号出来来说， 大大减小了 干扰量，即数字信号差错可控。 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 1 方案论证 按照被处理信号所具有的特点，应用系统可以被划分为数字系统和模拟系 统。因此实现本设计的方法可以有数字和模拟两种方法。 数字方法又分组合逻辑 电路的实现和软件编程实现。 数字系统具有容易设计、 整个系统的准确度以及精 度容易保持一致、信息存储方便、抗干扰能力强等优点。 模拟系统的实时性能好， 而且自然界的大多数信号是模拟信号，系统的逼真度好。 本章首先对当前用于设计数字

14、电路和系统的主要器件的特点进行讨论； 接着 对在数字电路逻辑设计 课程中学习的由标准逻辑器件组成的数字电路分析和 设计方法进行回顾； 然后介绍解决基于标准逻辑器件设计电路所具有的电路可靠 性低、修改电路设计困难的方法： 采用可编程逻辑器件进行讨论， 最后给出本设 计中所采用的器件。 1.1 总体方案 方案一 ：模拟电路实现。 在电子技术基础学习课程中我们知道负反馈的原理可以稳定放大电路的工 作点，此外，还可以增加增益的恒定性，减小非线性失真，扩展频带以及控制输 入输出阻抗等。 虽然从负反馈的作用来看， 可以减小非线性失真与扩展频带， 但 是这种稳定也是基于放大电路在可工作频率范围， 同样避免不

15、了在高频时极间电 容对电路的影响。所以采用负反馈的方法只能对本设计有所改善但不能很好的完 成设计。 放大电路的反馈方框图如下 1.1 所示： 1.1 反馈方框图 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 方案 二：数字电路实现 从数字信号的处理方法实际应用情况，数字信号处理的实现方法分成两类， 一类是软件实现， 一类是硬件实现。 在工作原理方面， 数字电路又可以被划分为 标准逻辑器件、微处理器。这两种方法的具体阐述如下： 标准逻辑器件： 它的实现一般按照以下步骤进行： 1) 列真值表 2) 画卡诺图 3) 化简逻辑表达式 4) 根据表达式选取相应的逻辑器件连线 微处理器： 微型

16、计算机( PC)是最常见的计算机，它由一些数字集成电路芯片组成， 这些芯片包括微处理器芯片、存储器芯片以及输入 /输出接口芯片等。实际中， 计算机可以完成人类所能完成的大部分东西， 而且还可以更快更精确， 所以它的 高速让人们有了很大的应用。计算机依靠所运行的软件(程序)来完成工作。这 个软件是人们给计算机的一组完整的指令， 指令告诉计算机其操作的每一步应该 干什么。这些指令以二进制代码的形式存储在计算机的存储器中， 计算机从存储 器中一次读取一条指令代码，并完成由指令代码指定的操作。 通过编写软件可以控制计算机完成不同的工作， 这个特点使得设计灵活性得 到提高。当修改系统设计时， 设计者只需

17、要改变软件， 不需要或者较少需要修改 电路连线。由于计算机一次只能执行一条指令， 因此它的主要局限性是工作速度。 采用硬件方案设计的数字系统总是比软件方案的数字系统的工作速度快。 集成电路制造工艺的发展使得在一个芯片上制造大量的数字电路成为可能， 这也促进了计算机技术的发展。 把计算机中的微处理器芯片、 存储器芯片以及输 入/输出接口芯片等做在一块芯片上就形成单片机，有的文献上它也被称作为微 控制器。 综述：通过方案论证比较，以及几种方案对本设计的实现性的难易程度来讲， 我们采用软件微处理器的方法即采用 MSP430 来实现本次课题的要求。 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的

18、实现 2 系统设计 本设计的系统原理框图如图 2.1 所示。该系统中包括数字和模拟两部分。数 字部分有 ADC ，DAC 模块。模拟部分有放大电路和显示电路。 设计采用闭环操作， 首先向放大器中输入幅度恒定的正弦信号， 从 VCA822 放大器输出端的信号分两路， 一路信号输出送入示波器观察输出信号峰值是否满 足设计要求，另一路信号输出送到 MSP430进行采样模数转换， 由于要使信号输 出幅度值恒定， 而且采样补偿的方法， 也就是实际信号与参考值进行比较， 所以 CPU 内部应该设定这个要求的参考值。 CPU 的操作就是将采样得到的数字信号 和要求的信号峰值比较（当然也转换成数字量才可以比较

19、） ，如果采样峰值和参 考值一样不做处理， 如果采样峰值比参考值小， 则输出信号需要放大， 经运算就 可以算出需要放大器放大的差值大小， 同理也可以算出采样值比参考值大时需要 放大器减小的差值大小， 当这个差值算出来后， 就把这个值通过模数转换再次送 到 VCA822 程控芯片 ，通过用这个值转换为电压去控制芯片，也就是控制放器 的增益大小，依次反复比较与调整，直到输出信号的幅度趋于恒定。 图 2.1 系统原理框图 另外需要说明的是，如果将原始输入信号和经过修正后的信号同时加到 VCA822 芯片，这两路信号会相互影响，带来很大的误差，甚至不能测量，所以 必须在他们的前级各加一级隔离电路，即跟

20、随器。对 VCA822 调整是对电压 VG 做处理，从 AD 输出的电压值不可以直接送到该芯片， 还得通过一个反相器才可 以，以上的原理框图中没有画出，但实际中需要注意。 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 3 MSP430 概述 3.1 TI 公司的 MSP430 介绍 3.2 MSP430F169 3.3 最小系统 -复位电路 4 单元模块电路 4.1 信号峰峰值检测电路 方案一： 在通信原理的学习中， 我们知道对信号的检测可以用检波电路实现， 检 波电路是由二极管， 电容和电阻组成。 这个检波电路是根据电容充放电的原理实 现。原理图如下所示 . 由于负载电容 C的高

21、频阻抗很小，因此高频电压大部分加 到二极管 D 上。在信号正半轴，二极管导电，并对电容充电，由于二极管导通后 的内阻很小，所以充电电流 i 很大，是电容上的电压在很短时间内就接近最大值。 这时二极管导通与否， ，由电容上的电压和输入信号共同决定。当信号电压下降 到小于电容上的电压时， 二极管截止， 点头就会通过负载电阻 R 放电。当电容上 的电压下降不多是， 第二个正半周期的电压又超过二极管上的负压使二极管又导 通，就这样不断循环反复，就可以得到信号波形，进而得到峰峰值。但是这个检 波电路适合高频信号的应用， 本此设计中的信号频率时变化的， 从低频一直加到 高频。所以当输入信号频率低时，不能完

22、成测量。 4.1 检波电路 方案二：采用 AD536芯片。该芯片的作用是将输入正弦信号的峰峰值转换为有效 值。采用本芯片将转换为的有效值输入到 MSP43，0 利用 AD进行多次采样，求平 均值，并利用交流信号有效值计算的方法得出信号峰峰值， 然后和已知幅度对比 再做一定的处理，就可以完成满足要求的设计。 但是 AD536的转换速度相对较慢， 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 经过测量大致需要 1s 才可以完成转换。所以采用它比较耗时。 方案三： 直接用软件进行测量。具体如下：采用 MSP43，0 直接对输入信号在一 个周期内进行多次采样， 通过软件编程即比较可以得到采

23、样信号的最大值与最小 值，两者相减得到的就是信号的峰峰值， 当然对信号一个周期采样所得到的信号 幅度大小也是不稳定的， 所以可以对信号 N 个周期重复采样得到 N个峰峰值，对 这几个值求平均， 就可以得到相对稳定准确的幅度值。 这样做的测量速度远远快 于采用 AD536芯片的转换速度。 综上所述：直接采样求最大值与最小值不仅节约资源而且处理速度也加快。 基于此，本设计不用 AD536 ，而直接用采样，即 MSP430。 这部分主要讲解设计中各个模块的介绍， 包括四部分： 数模转换电路， 模数 转换电路，放大电路 VCA822和显示模块。 则峰峰值检测电路的代码如下： int vpp(void)

24、 unsigned char t,k; for(t=0;t10;t+) TACTL=TASSEL1+TACLR; CCTL0=CCIE; CCR0=10; TACTL|=MC0; delay_1ms( ); cmp1=0; cmp2=4095; for(k=0;kcmp1) cmp1=ram_datak; if(ram_datakcmp2) cmp2=ram_datak; chajut=cmp1-cmp2; for(t=0;tchajut+1) chajut+1=chajut; chaju10=sum/10;*/ return chaju9; 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路

25、的实现 4.2 显示电路介绍 4.3 模数转换电路 4.3.1 模数转换器 ADC12 MSP430F169芯片内包含大量外围模块。其他系列单片机或多或少需要外部 扩展器件才能实现功能，如 RAM,ROM,A/D转换， D/A 转换等 MSP430系列单片机 内部就可以完成。 这样省去了大量硬件的开发调试工作， 提高了工作效率， 系统 可靠性，抗干扰能力也得到显著改， 并且可使系统体积进一步小型化。 本设计中 需要对输入信号采样， 所以用到 ADC，MSP430F169自带模数转换与数模转换模块， 接下来就模数模块做基本介绍。 ADC12支持 12 位高速模数转换， ADC12模块主要由 SA

26、R核，采样时钟电路， 参考 电压发生器， 采样保持电路以及采样时间定时电路， 多路模拟信号选择器， 转换 结果存储控制器等。 （1）参考模块 所有模数转换器和数模转换器都需要一个基准信号， 通常为电压基准。 从图 中我们可以看到， ADC126 中可编程选择，有内部基准 1.5V 或 2.5V 电压，这两 个电压的选取可以由位 REFON和 INCH的组合来决定；也有外部基准， VeREF+、 VREF+ 、VREF-/ VREF+这几种电压的选取可以位 REFON控制参考电压的的打开与 关闭，再通过位 SREF1，SREF0 的不同组合来决定。这样可以灵活设置参考电 压发生器。 （2）模拟多

27、路器模块 当对多个模拟信号进行采样并进行 ADC 转换时，为了共用一个转换内核， 模拟多路器需要分时的将多个模拟信号接通，即每次接通一个信号采样并转换。 MSP430F169的 ADC12 配置有 8 路外部通道与四路内部通道， 通过 A0A7 实现 尾部 8 路模拟信号的输入。 这样可以同时对多路模拟信息进行测量与控制， 从而 满足实际控制欲实时数据处理系统的要求。 （3）具有采样与保持功能的 12 位转换内核 ADC12 内核是一个十二位的模数转换器，并能够将结果存放在转换器中。 该内核使用两个可编程参考电压（ VR+和 VR-）定义转换的最大值与最小值。当 输入模拟电压等于或高于 VR+

28、时， ADC12 输出慢量程值 0FFFH,当输入电压等于 或小于 VR+时， ADC12 输出 0，输入模拟电压的最终转换结果满足公式： 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 NADC 4095 VIN VR ，其中 VIN 等于输入模拟电压， VR 为参考电压的负电压 VR VR （一般为 0V）， VR 为参考的正电压。 因为 ADC12 转换需要一定的时间来完成量化和编码操作，对高速变化信号 进行瞬时采样时，不等 A/D 转换完毕，采样的值却已经改变。为了保证转换精 度 ADC12 内核具有采样和保持功能，即使现场模拟信号变化比较快，也不会影 响 ADC12 的转换

29、。采样状态，输出随输入而变化，保持状态，输出保持某个值 一段时间以备转换。 （ 4） 采样采样及转换所需时序控制电路。 这个模块提供采样及转换所需的各种时钟信号： ADC12CLK 转换时钟，SHT 控制采样周期， ADC12SSELx 选择的内核时钟源， ADC12DIV 选择分频系数， 从图也可以看出，由位 ADC12SSELx 可以选择时钟源为主时钟 MCLK ，辅助时 钟 ACLK 和子时钟 SMCLK ，时钟源选择之后又可以根据实际情况通过位 ADC12DIVx 将时钟源进行 1/2/4/8 倍数的分频，最后产生出 ADC12CLK 转换时 钟。 （5）转换结果缓存 ADC 共有 1

30、6 个转换寄存器暂存转换结果，为 ADCMEMx ，即采样编码完 成后硬件会自动将转换结果存放到相应的 ADCMEMx 。另外，每个转换寄存器 ADCMEMx 都有自己对应的控制寄存器 ADCCTLx 。 4.3.2 ADC12 相关寄存器介绍 MSP430系列微控制器最多可以提供 8个数字输入 /输出端口， P1P8。每个 数字输入 /输出端口最多可以提供 8 个数字输入 /输出管脚， Px.0Px.7。这里的 x 表示可以提供 8 个数字输入 /输出端口中的任意一个。 P1和 P2端口具有中断能力，它们具有各自独立的中断矢量。 P1和 P2端口 的每 1 个管脚的中断可以独立配置和使能，

31、但是每个端口的所有管脚共用一个中 断矢量。当然并不是所有芯片都能够提供所有这些数字输入 /输出管脚资源。数 字输入 /输出端口的相关寄存器包括任意端口都具有的寄存器和只有 P1 端口和 P2 端口具有的寄存器。前者包括输入寄存器（ PxIN）、输出寄存器（ PxOUT）、 方向寄存器（ PxDIR ）和功能寄存器（ PxSEL）；后者还包括中断使能寄存器 （ PxIE）、中断触发边沿选择寄存器（ PxIES）和中断标志寄存器（ PxIFG）。 ADC12 有大量的控制寄存器供用户使用。在这里我们只对用到的相关寄存 器做详细介绍 10 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 1

32、）转换寄存器 ADC12CTL0 ADC12CTL0 寄存器各位含义如下： 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位名称 SREFx ADC12SHTx ADC12SR REFO REFBUR UT ST 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw rw 复位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位名称 MSC REF2_5 V REFON ADC12 ON ADC1 0IE ADC12IFG ENC ADC12S C 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw rw 复位值 0 0 0 0 0 0 0 0 注：标注为阴影的数据位仅能

33、在位 ENC=0 的前提下才能修改。 ADC12SC 采样 /转换控制位 0 没有采样和转换 1 开始采样和转换 ENC 转换允许位 0 ADC12 为初试状态，不能启动 A/D 转换，即 AD 不使能 1 首次转换由 SAMPCON 上升沿启动 只有该位为高电平时，才能用软件或外部信号启动转换。 ADC12ON ADC12 内核控制位 0 关闭 ADC12 内核 1 打开 ADC12 内核 REFON 参考电压控制位 0 内部参考电压发生器关闭 1 内部参考电压发生器打开 SHT1， SHT0 采样保持定时器 1，采样保持定时器 0 分别 定义了 保存 在转换结 果寄 存器 ADC12MEM

34、8ADC12MEM15 和 ADC12MEM0ADC12MEM7 中转换采样时序与采样时钟 ADC12CLK 的关系。 采样周期是 ADC12CLK 周期乘 4 的整数倍，即： tsample 4 tADC12CLK SHTx 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1215 n 1 2 4 8 16 24 32 48 64 96 128 192 256 （ 2）转换寄存器 ADC12CTL1 ADC12CTL1 寄存器各位含义如下： 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位名称 INCHx SHSx ADC10 ISSH 11 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益

35、控制电路的实现 DF 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw rw 复位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位名称 ADC10DIVx ADC10SSELx CONSEQx ADC10BUSY 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw r 复位值 0 0 0 0 0 0 0 0 注：标注为阴影的数据位仅能在位 ENC=0 的前提下才能修改。 ADC12BUSY ADC12 忙标志 0 表示没有活动的操作 1 ADC12 正处于采样采样期间 Note：此寄存器只用于单通道转换模式 ADC12SSEL ADC12 内核时钟源选择 0 ADC

36、12 内部时钟源为 ADCOSC 1 ACLK 2 MCLK 3 SMCLK ADC12DIV ADC12 时钟源分频因子选择位。 从 000111分别将时钟源分为 1/2/3/4/5/6/7/8 种。 ( 3)存储及其控制寄存器： ADC12MCTL0 ADC12MCTL15 ADC12MEM0 ADC12MEM15 ADC12MEMx 转换存储寄存器 这个寄存器是 16位的，用来存放 A/D 转换结果 ADC12MCTLx 转换存储控制寄存器 由于每一个转换存储器有一个对应的转换器控制寄存器，所以在进行 CSSTARTADD 转换存储器地址位设置的同时，也确定了 ADC12MCTLx AD

37、C12MCTLx 寄存器各位定义如下： 位 7 6，5，4 3，2，1，0 位名词 EOS SREF INCH 操作方式 rw rw rw 复位值 0 0 0 INCH 选择模拟输入通道。该 4 位所表示的二进制数为所选的模拟输入通道 07 A0A7 以上是相关寄存器的介绍，接下来用一个子函数编写数模转换器的程序，如下： void int_adc(void) ADC12CTL0 ADC12CTL0|=REFON+SHT0_1+REF2_5V+ADC12ON; 12 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 ADC12CTL1|=ADC12DIV_0+CSTARTADD_1+AD

38、C12SSEL1; ADC12MCTL1|=INCH_1; ADC12CTL0|=ENC; P6SEL|=BIT1; P6DIR 定时器中断采样函数： #pragma vector=TIMERA0_VECTOR _interrupt void Timer_A1(void) ADC12CTL0|=ADC12SC; / ADC 转换软件启动控制位使能 ADC12CTL0 / ADC 转换软件启动控制位清除 / 手册指出 ADC12SC 位可以自动清零 while(ADC12CTL1 / 等模拟 / 数字转换结束 ram_datai+=ADC12MEM0; / 读取 ADC 通道 0 结果 if(i

39、=200) TACTLi=0; 4.3.3 MSP430(169) 片内 ADC12 转换特性测量 显示数据为 10 次转换结果求平均，模拟电压测试仪表为 M890D 三用表， 20V 档。 表 1 MSP430 片内 ADC12 转换特性 输入模拟电压（ V ） 测量模拟电压（ V ） 绝对误差（ V ） 相对误差（ %） 0.00 0.0021/0.0088 0.0055 / 0.10 0.1002/0.1072 0.0037 3.700 0.20 0.1987/0.2038 0.0013 0.650 0.30 0.2981/0.3051 0.0016 0.533 0.40 0.3992/

40、0.4038 0.0015 0.375 0.50 0.4993/0.5040 0.0017 0.340 0.60 0.5991/0.6043 0.0023 0.383 0.70 0.6988/0.7027 0.0007 0.100 0.80 0.7980/0.8037 0.0009 0.113 0.90 0.8981/0.9046 0.0014 0.156 1.00 0.998/1.004 0.001 0.100 1.10 1.099/1.106 0.003 0.273 1.20 1.198/1.203 0.001 0.083 1.30 1.297/1.304 0.001 0.077 13 基

41、于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 1.40 1.397/1.405 0.001 0.072 1.50 1.497/1.505 0.001 0.067 1.60 1.597/1.604 0.001 0.063 1.70 1.698/1.703 0.001 0.059 1.80 1.798/1.804 0.001 0.057 1.90 1.899/1.904 0.002 0.105 2.00 2.002/2.008 0.005 0.25 2.10 2.097/2.106 0.002 0.095 2.20 2.197/2.206 0.002 0.091 2.30 2.298/2

42、.304 0.001 0.044 2.40 2.398/2.402 0.000 0.000 2.50 2.498/2.501 -0.001 -0.04 2.60 2.596/2.603 -0.001 -0.039 2.70 2.698/2.706 0.002 0.074 2.80 2.797/2.803 0.000 0.000 2.90 2.896/2.902 -0.001 0.035 3.00 2.996/3.002 -0.001 -0.033 3.10 3.098/3.103 0.001 0.032 3.20 3.197/3.203 0.000 0.000 3.31 3.304/3.307

43、 -0.005 0.151 从表中可以看到，当输入信号小时，所得信号误差值大，当输入信号大时， 所得信号误差小，并随着输入信号值的增大，误差值趋于稳定。 出现以上结果的原因是由于 ADC 转换的结果是经过采样量化和编码后得到 的，所以肯定存在误差，另外，学习通信原理课程时我们知道，编码分为均匀编 码和非均匀编码。 均匀编码对小信号编码时， 设备与计算简单， 但对小信号输出 不使用，输出的信噪比小；所以为了克服这个缺点， 改善小信号时的信号量噪比， 实际中通常采样非均匀编码的方法。 ADC 采用的就是均匀编码。 4.4 数模转换电路 4.4.1 数模转换器 DAC12 本设计中需要将模数转换后的

44、数据做一定的处理之后再转化为模拟电压值 输出，以控制放大器的工作。上面介绍了 ADC 的各模块与工作过程与代码， DAC 电路与 ADC 很相似。 MSP430 的 DAC 模块是 12 位、电压输出模数转换模块， 在使用过程中可以 被设置为 0 位或者 12 位的转换模式，并能够和 DMA 结合使用，当 MSP430 内 部有多个 DAC12 模块时， MSP430 可以对他们进行统一管理，并能够做到同步 更新。 14 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 为了更好了理解和应用 MSP430DAC 模块，了解 DAC 模块的结构与功能是 很有必要的。 从图中我们可以看到

45、MSP43016X 系列的 DAC 模块包括两个 DAC 转换通 道：DAC12_0 和 DAC12_1 ，这两个通道在操作上完全平等。每个转换通道有内 部参考源发生器， DAC12 内核，数据，电压输出缓存器等。 1）参考模块 ADC12 介绍中我们知道， 数模转换器也需要一个基准信号， 也就是电压基准。 参考电压是唯一影响 DAC12 输出结果的模拟参考量，是 DAC12 转换模块的主 要部分。DAC12 可以选择内部或外部参考源内部参考源就是用 DAC12SREFx 位 选择 DAC12 的 1.5V 或者 2.5V 电压，当 DAC12SREF=（0,1）时，参考源为 VREF+， 当

46、 DAC12SREF=（ 2,3）时，参考源为 VeREF+，只有在 ADC12 模块中进行相关设 置之后， DAC12 才能使用它的内部参考源。 2）DAC12 内核 用 DAC12RES 位选择 DAC12 的 8 位或 12 位精度， DAC12 位选择 DAC12 的最大输出电压为参考电压的 1倍或者 3倍，于是用户可以动态控制 DAC12 的 范围。 DAC12 的主要特征有 （1）12位的分辨率 （2）内部或外部参考电压 （3）支持无符号和有符号数据输入 （4）具有自检验功能 （5）可直接用存储器存取 4.4.2 数模转换 DAC12 寄存器 DAC12 的很多操作都是通过对它的内

47、部寄存器的设置来实现的。相关寄存器介 绍如下： （ 1） DAC12_xCTL DAC12 控制寄存器 DAC12 xCTL 寄存器各位定义如下： 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位名称 保留 DAC2REFx DAC12REs DAC12LSELx DAC12C DAC12 ALON IR 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw rw 复位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位名称 DAC12AMPx DAC12DF DAC1 DAC12 DAC12E DAC12 2IE IFG NC GRP 操作方式 rw rw rw rw

48、rw rw rw rw 15 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 复位值 0 0 0 0 0 0 0 0 注：标注为阴影的数据位仅能在位 ENC=0 的前提下才能修改。 DAC12RES 选 择 DAC12分辨率 0 12 位分辨率 1 8 位分辨率 DAC12IR DAC12输入范围选择位，设定输入参考电压和输出的关系 0 DAC12的满量程输出为参考电压的 3 倍 1 DAC12的满量程输出等于参考电压 DAC12REFx 选择参考电压 00 VREF+ 01 VREF+ 10 VeREF+ 11 VeREF+ DAC12AMPx DAC12 运算放大器设置位 选择

49、DAC12 输入和输出的稳定时间及电流消耗。稳定时间是 DAC12 模块的 一个重要动态参数，当输入到 DAC12 的数码发生变化时，模拟输出电压也要跟 着变化，经过一定时间才能使新的模拟电压稳定下来，这段时间就是 DAC12 稳 定时间， DAC12AMPx 的控制功能如下表 DAC12AMPx 输入缓冲器 输出缓冲器 000 关闭 DAC12 关闭，输出高阻 001 关闭 DAC12 关闭，输出） 0V 电压 010 低速度 /电流 低速度 /电流 011 低速度 /电流 中速度 /电流 100 低速度 /电流 高速度 /电流 101 中速度 /电流 中速度 /电流 110 中速度 /电流

50、 高速度 /电流 111 高速度 /电流 高速度 /电流 2) DAC12 xDAT DAC12 数据寄存器 位 15 14 13 12 110 位名称 0 0 0 0 DAC12 数据 操作方式 rw rw rw rw rw 复位值 0 0 0 0 0 16 基于 MSP430 系列微控制器的自动增益控制电路的实现 DAC12_xDAT 高四位经常为零，不影响 DAC12 转换。当 DAC12 工作于 12 为模式时， DAC12_xDAT 的最大值为 0FFFH，若值超过这个最大值，则高位部 分被忽略。同理 DAC12 工作于 8 位模式。 DAC12 的源代码如下所示： #include

51、 或数据的头函数 / 包含名称定义和对应地址 void int_clk(void); 函数 / 声明系统时钟 XT2 初始化 int main(void) unsigned char data_dac; unsigned char delay_dac; 度的延迟变量 int_clk( ); WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; P6SEL=0 xff; 输入 / 输出口 P6DIR=0 xff; ADC12CTL0=REF2_5V+REFON; 未连接，必须使用参考电压 VREF+ DAC12_0CTL=DAC12IR+DAC12AMP1; / 主函数 / 声明存储待转换数字的变量 / 声明用于检测 DAC 工作速 / 系统时钟初始化 / 关闭看门狗 / 设置 P6 端口为特殊功能 / 设置 P6 端口为输出口 / 电路板上 VeREF+ / 参考电压选择 VREF+ / 选择 12 位分辨率 / 向 DAC12_0DATA 写数 / 模拟电压输出范围与参考 / 输出模拟模拟电压建立时 / 输入数据格式：线性 2 进 / 不使能中断 据触发数字 /模拟转换 电压相同 间选择：慢 制 DAC12_1CTL=DAC12IR+DAC12AMP1; 17 基于 MSP430 系列微控制器的