直流毫伏信号发生器设计

电子电路设计报告直流毫伏信号发生器摘要本设计采用两块MSP430F149微控制器作为控制核心并进行通讯，以AD（16位7705）和DA（两片12位MAX539）模块为信号的主要控制环节，通过矩阵键盘输入给定值，两块LCD（1602）显示输出值，建立反馈环节，对输出信号进行检测并不断校准；同时本设计兼有模拟热电偶模式，485通讯协议，设置波特率以及485和上位机进行通讯等功能，并经多次测试、改进，已能完成题目中基础要求和发挥部分的所有项目要求。关键词：MSP430F149，ADC7705,DACMAX539,1602,485通讯，热电偶目录摘要HYPERLINK 1HYPERLINK1系统方案 3HYPERLINK1.1控制器的论证与选择 3HYPERLINK1.2电源模块的论证与选择 3HYPERLINK1.3ADC的论证与选择 4HYPERLINK1.4DAC的论证与选择 4HYPERLINK1.5显示模块的论证与选择 4HYPERLINK1.6485模块的论证与选择 5HYPERLINK2功能模块电路设计 5HYPERLINK2.1系统结构图 6HYPERLINK2.2模块电路设计 6HYPERLINK2.2.1主控电路模块设计 62.2.2ADC电路模块设计HYPERLINK 62.2.3DAC电路模块设计HYPERLINK 62.2.4稳压模块设计HYPERLINK 72.2.5矩阵键盘设计HYPERLINK 72.2.6模拟电压与数字电压的切换HYPERLINK 72.2.7485通讯模块的设计HYPERLINK 7HYPERLINK3软件的设计 8HYPERLINK3.1软件流程图 8HYPERLINK3.2主程序 8HYPERLINK4测试方案与测试结果 9HYPERLINK4.1测试方案 9HYPERLINK4.2测试条件与仪器 9HYPERLINK4.3测试结果及分析 9HYPERLINK4.3.1测试结果 9HYPERLINK4.3.2测试结果说明 95元器件清单及价格表HYPERLINK 10 1系统方案本系统主要由控制器、电源模块、ADC模块、DAC模块、显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1控制器的论证与选择方案一：STC89C52。这是一款应用非常广泛的单片机，应用历史较久，资料非常丰富。它使用8052内核芯片，具有含FlashEEPROM存储器，但是只具有8KB的存储空间，对于我们的程序来说太小。方案二：STM32F103。STM32F103的功能非常强大。提供算法库（FFT，PID），Crotex-M3内核，速度比ARM7快，效率也有所提高，内部硬件集成实时时钟，UART，SPI接口，IIC接口，16位的AD芯片等常用外设，但是价格比较贵，而且控制程序写起来比较麻烦方案三：MSP430F149。MSP430F149是非常稳定的一款单片机，具有60KB的Flash，2KB的RAM，12位的AD，硬件乘法器，11个定时器，48个IO口等丰富的资源，IO中断很多，非常适合用于控制。功耗超低。综合考虑：MSP430F149具有12位AD，在控制系统中经常涉及采样，较之STC89C51方便，而且处理速度较快；STM32F103的功能无疑是最强大的，但是在本控制系统中对处理速度，内部处理库的要求不是很高。综合考虑选用MSP430F149芯片，它的性价比非常高，而且功耗极低，适合做本控制系统的处理器。1.2电源模块的论证与选择方案一：学生电源供电采用实验室学生电源供电；优点：方便调试缺点：电压不稳，对于直流毫伏信号发生器来说，噪声太大影响输出精度方案二：9V电池供电。采用一块9Ｖ电池供电，即电源电压为9V；优点：输出电压较稳，使用方便，适合作直流毫伏信号发生器的电源。缺点：价格相对较高。综合考虑，显然选择方案二。1.3ADC模块的论证与选择方案一：8位的ADC芯片直接采用51单片机上的外设ADC0804，基础要求是范围0～＋1V，步进0.5mV，由ADC0804是8位的芯片，在1V的范围内分辨率将近4mv，达不到精度要求。方案二：12位的ADC芯片采用12位的ADC芯片，基础要求是范围0～＋1V，步进0.5mV，由ADC是12位的芯片，在1V的范围内步进可达到0.24mv，能达到基础部分的精度要求，但是发挥部分的要求是范围0～＋2V，步进0.1mV，所以难以达到要求。方案三：16位的ADC芯片采用ADC7705，这是一款16位的ADC芯片，精度更加的高，在2.5V参考电压的情况下分辨率能达到0.03mv，满足检测步进0.1mV的要求。综合考虑，选择方案三1.4DAC模块的论证与选择方案一：16位的DAC芯片考虑到ADC芯片要达到精度要求必须要用16位的ADC芯片，所以要实现数模转换也需要16位的芯片。但在查找的过程中，发现适合的16位的DAC芯片种类很少，而且价格比较贵。方案二：12位的DAC芯片一块12位的DAC芯片显然难以达到精度的要求，但是用两块12位DAC的组合，将其中一片DAC的输出作为另一片DAC的参考电压，理论上分辨率可以达到0.00012mv，所以完全满足要求，而且12位的DAC的价格比16位的DAC要便宜的多。综合考虑：选择方案二1.5显示模块的论证与选择方案一：12864液晶12864液晶屏幕比较大，可以任意显示数字、字符和汉字，但是操作相对比较繁琐，而且在直流毫伏信号发生器这个题目中，用12864相对来说有点浪费资源，而且成本高。方案二：1602液晶1602液晶为5V电压驱动，可以显示两行，配置环境比较容易，能够满足本题目的所有显示数据的要求，而且价格相对便宜。综合考虑：选择方案二1.6485模块的论证与选择方案一：直接用电容、电阻等搭建485模块优点：锻炼搭建模块的能力，有助于提高分析问题，处理问题的能力缺点：花费很多时间，而且需要很多器材，不易购买，费时费力，不确定搭建的模块 是否能够正常工作。方案二：直接使用430开发板上的485集成模块优点：节省时间和精力，能够快速的入手485操作缺点：相对比较贵综合考虑：选择方案二2功能模块电路设计485通讯模块2.1系统结构图485通讯模块LCD(1602)显示模块A输LCD(1602)显示模块A输入模块（矩阵键盘）MCU（MSP430F149A）DAC(MAX539)模块、稳压(MAX873)模块DAC(MAX539)模块、稳压(MAX873)模块ADC模块（7705）ADC模块（7705）MCUMCU（MSP430F149B）LCD（1602）LCD（1602）显示模块B图1系统结构图2.2模块电路设计2.2.1主控电路模块的设计MSP430F149电路原理图图2主控电路模块设计图2.2.2ADC电路模块的设计 图3ADC电路模块设计图2.2.3DAC电路模块的设计图4DAC电路模块设计图2.2.4稳压模块的设计图5稳压模块设计图2.2.5矩阵键盘的设计图6矩阵键盘设计图2.2.6模拟电压与数字电压的切换图7模拟电压与数字电压切换图2.2.7485通讯模块图8485通讯模块的设计3程序设计3.1软件流程图MSP430F149A控制部分图9程序流程图（430A）MSP430F149B控制部分图10程序流程图（430B）3.2主程序（调试程序）注：详见附件14测试方案与测试结果4.1测试方案1、硬件测试在硬件测试方面：将相应功能模块的测试例程下载主控中，通过430来测试每个模块是否能实现相应功能。2、软件测试在软件测试方面：采用自下而上的调试方式，先进行模块测试程序的调试，待全部通过之后将所有的软件程序串接起来并结合硬件电路进行整体调试。4.2测试条件与仪器测试条件：检查多次，硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：模拟示波器，数字万用表。4.3测试结果及说明4.3.1测试结果电压输出模式设定电压值/mv00.10.511050100500100015002000ADC测得的电压值/mv00.120.531.0610.0350.04100.02500.071000.071500.302000.19误差电压/mv00.020.030.060.030.040.020.070.070.30.19万用表测得的电压/mv00.81.31.710.850.6100.449999714941993模拟热电偶模式设定温度/℃01010050010001200理论电压值/mv00.5005.26027.38057.93969.530ADC测得的电压值/mv00.5705.26027.35057.94069.540误差电压/mv00.07000.0300.0010.01万用表测得的电压/mv0.71.35.928.058.470.14.3.1测试结果说明经过几天的调试与测试，记录了以上几组数据，测试结果表明，我们的作品直流毫伏信号发生器实现了量程0—2V，步进0.1毫伏的要求，实现了485的通讯，且可以设置波特率，能显示实际值与设定值之间的误差，同时也有模拟J型热电偶分度简表的功能，检测部分为单独的一个模块，可以外接测量其他电压，上位机用VB编写，能够通过485连接与信号发生器进行通讯，可以设置电压和模拟热电偶，也能设置波特率。5、元器件清单及价格表 器件名称数量价格0832芯片3块50元0804芯片2块mas485芯片2片MAX485RS485模块1块19.8元RS485转TTL模块1块通信模块1块收发器5V1个16位ADC模块1个42元USB转485模块1个22元MAX539BESA芯片3块56元MAX873ACSA3块38元SOP-8转DIP-8电路板10块(30片)17元焊锡2m50元杜邦线若干普通悍板3块电阻、电容、稳压芯片若干9V电池2块7