基于msp430g2553的简易正弦波发生器设计

1、电子工程学院2015年大学生电子设计竞赛设计报告 学院：电子工程学院 姓名：马晨迪（2012210987）（硬件）宋明洁（2012210991）（软件）完成任务1基本要求（1）振荡频率：10KHz；（2）输出信号电压范围（峰-峰值）：2V；（负载1K欧,500欧，50欧）（3）测量振荡信号参数：峰峰值、有效值、频率；测量精度要求：满足（2）的负载下测量误差±5%。（以外接示波器测试为参考）2发挥部分指定发挥要求：（1） 振荡频率： 100KHz；（2） 测量精度提高：误差±1%；（以外接示波器测试为参考）（3） 显示并绘制输入信号波形（绘制要求有坐标轴及刻度，单位）（4）

2、VDD <=3.3V；（5） 提交设计论文3 设计思路（1） 硬件a) 原理利用产生自激振荡的条件去构成正反馈电路，以产生正弦波振荡。原理图如下：自激振荡的平衡条件： 1)振幅条件： 2)相位条件：A+B()=±2n要产生自激震荡可以采用LC、RC或者石英晶体振荡电路。但是在产生较低频率的正弦波是时，若采用LC电路，所需电感很大，实际中往往很难找到，而石英晶体震荡频率虽然稳定，但是可调节范围较小。所以我们最终采用了RC文氏桥电路。b) 模型文氏桥电路的原始模型：改进后的模型：上图中，在回路串联两个反向并联的二极管，利用电流增大时，二极管动态电阻减小的特点，加入非线性环节，使输出

3、电压稳定。用两个电位器R，调节震荡频率，使得满足起振条件和满足所要求的震荡频率。c) 仿真过程d) 实际操作实际操作过程中我们发现，仿真出来的效果很好，但是严格按照仿真结果出来的效果却并不是很好，甚至无法出现波形。开始时还以为是电路链接有问题，插了好几次，不见效果，后来试着不断调节电位器R的值，突然出现了波形。这说明理论和实际还真是有不小的差距。在实现大于10kHz的功能时，电容值C本来用的参考资料里的223但是发先频率可调范围较小，而且电压最高为2.1V左右，刚刚能够满足要求，所以，改选了102，效果比较好不仅频率达到了要求，而且电压最大值可达到2.7V。再加入负载之后，我们能实现电压仍大于

4、2V的负载值最小只能是68欧。未接负载前：接1000欧负载接500欧负载接68欧e) 拓展功能实现在实现100kHz时，我们更换电容C为容值更小的101（1000pF），实现了频率要求，但是电压的要求难以实现，要实现仍是正弦波的要求，电压幅度最大只能是几百毫伏。在使用电压3.3V供电时，频率上可以满足大于10k的要求（33k），但是电压只能达到1.74V。如下图（2） 软件软件设计主要包括测量正弦波频率、测量正弦波幅度、lcd显示模块ü 测量正弦波频率模块测量正弦波频率采用测频法，使用两个定时器A、B,定时器A的使用采用正弦波作为外部输入时钟，每输入一个正弦波的上升沿，TRA的值加一

5、，这样可以使用定时器A的值记录输入的正弦波的周期数。定时器B的时钟采用SMCLK，用来计时，当计时到1s时触发中断，利用此时定时器A的值计算得到正弦波的频率。ü 测量正弦波幅度模块将正弦波输入A1引脚，利用单片机内集成的ADC进行AD转换，对一定时间内采集的到的幅度值进行比较，最大值作为正弦波的幅度输出。ü Lcd显示模块由于msp430g2553单片机的IO管脚比较少，所以LCD12864采用串行通信模式，只用连接SID,CS,SCLK三个控制引脚，对LCD12864写入的每一个字节的数据或者命令采用三字节的数据格式写入，第一个字节为控制命令，第二个字节的高4位为数据的高

6、4位，第三个字节的高4位为数据的低4位。因为LCD12864内部含有字库，所以只需要写入显示符号的ASCII码或者汉字，LCD会利用字库映射为对应的符号并显示出来。程序源代码/* * measure.c * * Created on: 2015-4-6 * Author: Elan * P1.0输入正弦波作为外部时钟 * P1.1输入正弦波进行adc采样 */#include "msp430g2553.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ulint unsigned long intun

7、signed long data;/频率double TA_OverflowCnt=0;/溢出次数float adc_sample=0;float adc_max=0;float effective_value=0;void init_TA();void init_adc();void cal_max();void delay(uint t);void delay1(void);void int_430(void);void sendbyte(uchar zdata);void write_com(uchar cmdcode);void write_data(uchar Dispdata);v

8、oid lcdinit();void print_string( char *s);void display_fre(void);void display_range(void);void display_effective_value(void);void main()init_TA();init_adc();int_430();lcdinit();while(1)cal_max();display_fre();display_range();display_effective_value();delay1();void init_TA()P1SEL |= BIT0; /选取管脚第二功能P1

9、DIR &= BIT0; /p1.0置为输入TA1CCR0=65535;/定时1sTACCR0=65535;TA1CTL |= TASSEL_2 + ID_3 + MC_1 + TAIE + TACLR;/P1.1 SMCLK作为时钟，8分频，增计数，中断使能,初始置0TA0CTL = TASSEL_0 + TACLR + TAIE + MC_2;/P1.0 外部输入时钟，中断使能，初始清零，连续计数TA0CCTL0 |= CCIE;/使能捕获TA1CCTL0 |= CCIE;_EINT(); /打开全局中断void init_adc()ADC10CTL1 |= CONSEQ_2;/单

10、通道重复采样模式/ADC10CTL0 |= SREF_0+REFON+REF2_5V;/选择内部参考电源，打开基准源，参考电压设置为VCC 3.3VADC10CTL0 |= SREF_0;ADC10CTL0 |= ADC10SHT_0+MSC;/过采样率设置为4个采样周期ADC10CTL1|= ADC10SSEL_3+ADC10DIV_1+SHS_0;/采样时钟为SMCLK，二分频ADC10CTL1 |=INCH_1;/选择采样通道A1ADC10CTL0 |= ADC10ON;/开启ADC10ADC10AE0 |= 0x02;/开启外部采样通道void cal_max()unsigned in

11、t i;for(i=0;i<65635;i+)ADC10CTL0 |=ENC+ADC10SC; /开始转换while(ADC10CTL0 &ADC10IFG)=0); /等待ADC10IFG标志变高（转换完成）adc_sample=(float)ADC10MEM) *4.2583) /1023-2; /读取采样结果if(adc_max < adc_sample)adc_max=adc_sample;effective_value=adc_max/1.414;display_fre();display_range();display_effective_value();del

12、ay1();/*延时函数*/void delay(uint t) uint i,j; for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<10;j+);/1s延时的计数闸门void delay1(void) unsigned long i; for(i=0;i<119000;i+) _NOP(); / 该函数用来产生一个 MSP430 系统时钟周期的延时 void int_430(void) P1SEL&=BIT6;/输出高电平，充当电源 P1SEL&=BIT7; P1DIR|= BIT6; P1DIR|= BIT7; P1OUT|=BIT6; P1OUT|=

13、BIT7; WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; / 关闭看门狗 P1SEL&=BIT4; P1DIR|= BIT4; P1OUT&=BIT4; P1SEL&=BIT5; P1DIR|= BIT5; P1OUT&=BIT5;/*数据传送函数*/void sendbyte(uchar zdata) uchar code_seg7,serial_clk, serial_shift; code_seg7=zdata; serial_shift=0x80; for(serial_clk=0; serial_clk<8; serial_clk+) if(cod

14、e_seg7&serial_shift) P1OUT|=BIT4; /SID为1 else P1OUT&=BIT4; /SID为0 P1OUT&=BIT5; /产生时钟信号下沿 P1OUT|=BIT5; /产生时钟信号上沿 serial_shift=serial_shift>>1; /准备发送下一位数据 /*写命令函数*/void write_com(uchar cmdcode) /串口控制格式（11111AB0） /A数据方向控制，A=H时读，A=L时写 /B数据类型选择，B=H时为显示数据，B=L时为命令 sendbyte(0xf8); /MCU向LCD

15、发命令 sendbyte(cmdcode & 0xf0); /发高四位数据(数据格式D7D6D5D4_0000) sendbyte(cmdcode << 4) & 0xf0); /发低四位数据(数据格式D3D2D1D0_0000) delay(2); /延时等待/*写数据函数*/void write_data(uchar Dispdata) sendbyte(0xfa); /MCU向LCD发数据 sendbyte(Dispdata & 0xf0); /发高四位数据 sendbyte(Dispdata << 4) & 0xf0); /发低四

16、位数据 delay(2);/*LCD初始化函数*/void lcdinit() delay(20000); /复位等待（内部自带上电复位电路），时间较长 write_com(0x30); /功能设定：基本指令集操作 delay(50); /延时等待 write_com(0x04); /光标右移一位 write_com(0x0c); /整体显示，关游标 delay(50); write_com(0x01); /清屏/*送字符串函数*/void print_string( char *s) while(*s > 0) /C语言里字符串末尾自动加“0”(ASCII码值为0) delay(50)

17、; write_data(*s); /发送字符对应的ASCII码，12864指针可设置自动指向下一个显示地址 s+; /*显示频率*/void display_fre()uint d1,d2,d3,d4,d5,d6;write_com(0x01);if(data>99999)/6位数的频率d1=data/100000;d2=data%100000/10000;d3=data%100000%10000/1000;d4=data%100000%10000%1000/100;d5=data%100000%10000%1000%100/10;d6=data%100000%10000%1000%1

18、00%10;write_com(0x03);write_com(0x80);/频率显示在第一行print_string("频率： ");write_com(0x83);write_data(d1+0x30);write_data(d2+0x30);write_data(d3+0x30);write_data(d4+0x30);write_data(d5+0x30);write_data(d6+0x30);else /5位数频率d1=data/10000;d2=data%10000/1000;d3=data%10000%1000/100;d4=data%10000%1000%

19、100/10;d5=data%10000%1000%100%10;write_com(0x03);write_com(0x80);/频率显示在第一行print_string("频率： ");write_com(0x83);write_data(d1+0x30);write_data(d2+0x30);write_data(d3+0x30);write_data(d4+0x30);write_data(d5+0x30);write_com(0x86);write_data('H');write_data('z');/*显示幅度*/void di

20、splay_range()uint r1,r2,r3;if(adc_max>9.9)r1=(uint)adc_max/10;r2=(uint)adc_max%10;r3=(uint)(adc_max*10)%100%10;write_com(0x03);write_com(0x90);/第二行print_string("幅度： ");write_com(0x93);write_data(r1+0x30);write_data(r2+0x30);write_data(46);write_data(r3+0x30);elser1=(uint)adc_max/1;r2=(u

21、int)(adc_max*10)%10;write_com(0x03);write_com(0x90);/第二行print_string("幅度： ");write_com(0x93);write_data(r1+0x30);write_data(46);write_data(r2+0x30);write_com(0x95);write_data('V');/*显示有效值*/void display_effective_value()uint e1,e2,e3;/effective_value=adc_max/1.414;if(effective_value

22、>9.9)e1=(uint)effective_value/10;e2=(uint)effective_value%10;e3=(uint)(effective_value*10)%100%10;write_com(0x03);write_com(0x88);/第s三行print_string("有效值： ");write_com(0x8c);write_data(e1+0x30);write_data(e2+0x30);write_data(46);write_data(e3+0x30);elsee1=(uint)effective_value/1;e2=(uint)(effective_value*10)%10;write_com(0x03);wr