简易存储示波器的设计

简易存储示波器的设计

前一篇文章介绍了adc12、ta、字符串和其他外围设备的配置，以及新模块操作引擎的新功能。在这一章中，综合应用和设计简单存储容量表。此设计的目标如下:输入信号的频率在DC～20kHz;输入信号的电压在20mV～2V;输入信号的波形通过串口传输到PC机显示;输入信号波形1.5K深度存储。msp430片内输出信号的调节首先,输入信号的频率在DC～20kHz范围。则根据采样定理要求采样频率在40kHz内可调整。而ADC12的最高采样频率在100kHz,就将采样频率设计在100kHz内可调。这里使用定时器TA进行定时采样,通过调整TA的定时时间达到在指定频率采样的目的。其次,模拟输入信号的电压范围在20mV～2V内,而ADC12的参考电压为1.5、2.5V,要想达到这么大的动态范围,只有将输入信号调节。这里运用MSP430片内自有的运算放大器实现。MSP430片内有3只可编程的运算放大器,每只放大器的放大倍数在1～16倍可调,则可以方便地调节输入信号进入ADC12的幅度。第三,使用串口送采集的数据到PC机是很方便的。第四,在PC机端写参数选择面板与示波器波形显示屏程序。最后,示波器的波形能存储以便分析。这里利用MSP430片内自有的2K字节RAM可以方便实现。综上所述,此简易存储示波器设计框图如图1所示。运算放大器电路至此,有了大致的设计思路。首先要介绍MSP430片内的运算放大器。因为模拟输入信号最终需要放大(缩小)到1.5、2.5V内,只有使用运算放大器实现,而运算放大器在MSP430FG43系列中,所以本设计将使用MSP430FG439,MSP430FG439的片内资源为:定时器TA、TB、ADC12、运算放大器OA、通用串口、看门狗等。图2是MSP430FG439片内运算放大器的结构框图。以上运算放大器的结构框图为单只运放的框图,其他两只完全一样。在MSP430FG439芯片中,三只运算放大器的引脚都在P6端口上。每只运算放大器的所有功能在OAiCTL1、OAiCTL0两个寄存器中实现。寄存器各位含义简介如下:1.运放放大电路,将产生2v,a在输入信号为10mV时,运放放大200倍,幅度将达到2V,在ADC12的参考电压取2.5V时,转换数据为2/2.5*4096=3276。在输入信号为200mV时,运放放大10倍,幅度将达到2V,在ADC12的参考电压取2.5V时,转换数据为2/2.5*4096=3276。在输入信号为2V时,运放放大1倍,幅度将达到2V,在ADC12的参考电压取2.5V时,转换数据为2/2.5*4096=3276。根据以上分析,如此配置运放是完全可行的。ADC12的配置应该为:片内参考电压为2.5V;P60为模拟输入信号A0,如果设计为多通道示波器,则使用A1～A7做其他模拟输入通道,此处为单通道,仅使用A0;采样使用主动读取方式,非ADC12中断。采样与保持的时间取最小值,主要为了兼顾最快采样。2.考虑定时调整3.下传的信息上传数据包括:模拟量的ADC转换值、采样频率、放大倍数的大小、本次存储的数据长度等信息。下传的数据包括:要求的采样频率增大还是减小、要求放大倍数增大还是减小、要求本次存储深度等信息。所以,PC机的屏幕安排如下:三个参数直接使用加减更改,之后下传采集终端(如图5)。软件方案的设计1.形成严重中断服务程序定时器中断服务程序完成定时采样、整个时序的搭配控制等。所以ADC12转换程序涵盖在定时器中断服务程序中。定时参数的改变在此程序中完成。框图如图7。串口通讯程序需要完成通讯数据的上传与下达。数据上传为主动方式,接收PC机的数据为被动方式,采用中断。在接收到PC机的数据上传请求命令时,上传数据,如图8所示。2.运算放大器电路在显示波形时,横坐标为时间,纵坐标为电压(ADC12结果)。使用VB、VC编写(略)。参数改变:当鼠标点击减小按钮时,对应参数减小一半,当点击增加按钮时,相应参数增加一倍,同时参数下达到采集终端。编者附记:MSP430讲座到本期为止已经结束,读者对本讲座有何疑问,欢迎登陆本刊论坛:交流。在了解了运算放大器的使用之后,下面在本设计中配置这三个放大器:第一个放大器用于输入信号与本示波器的隔离,第二第三放大器用于信号放大。本设计思路:使用第一放大器射极跟随(信号隔离),然后根据信号的大小,再调节放大器的放大倍数到需要的值(能在PC屏幕上显示比较满意的波形)。只有两级放大,放大器的倍数最大为256倍,根据需要,输入信号的幅度范围为10mV～2V,则需要放大200倍,完全能满足要求。所以输入信号在1～200倍可调放大。电路如图4所示。定时器使用TA,TA使用SMCLK,SMCLK设置为8MHz,这样,采样频率可以方便调整。本设计要求:输入信号在DC～20kHz。所以,采样频率最高取100kHz,最低取300Hz(300Hz可以利用视觉暂停避免闪烁),TA设置如下:运行在连续计数模式;SMCLK为输入时钟;产生中断,在中断服务程序中实现ADC12采样;定时长度的改变由PC机操作实现。使用普通RS232串口与计算机通讯,分上传与下达两部分。需要完成以下几部分事情:主程序编写、定时器中断服务程序的编写、串口通讯程序、定时器中断服务程序、ADC12转换程序、运算放大器程序等。主程序主要完成初始化工作,框图如图6。通过以上寄存器的各位可以方便地使用放大器。比如要改变放大倍数,直接更改OAiCTL1中的第5、6、7位的数值即可。OAiCTL1中的第5、6、7位的数值改