毕业设计于MSP430单片机控制的受控正弦信号发生器

2 31前言 12总体方案设计 2 22.2方案二 2 33硬件单元模块设计 4 4 43.1.2按键和显示部分设计 53.1.3AD9835模块部分设计 6 73.1.5电流变送器XTR105 83.1.6电流接收器RCV420 9 3.3特殊器件介绍 3.4各单元模块连接及其实现原理 4软件模块设计 4.1键盘部分 4.2液晶部分 4.3系统软件流程图 5系统功能 5.2提升功能 6系统测试 6.1.1测试示波器介绍 6.2数据测试 1为了使电阻变化信号传送到更远距离，我们采用了4～20mA的电流环传输技术，这样能有效的避开相关噪声的影响，使信号传输到更远。最后将接收到的电流信号转换成电压信号，并用A/D采集到单片机来控配合单片机实时跟随可变电阻电阻变化产生在1000kHz~2000kHz之间变化的正XXX2总体方案设计22总体方案设计取到信号后，将电压A/D转换后的值处理成实际电压，同时利用系统方框图如图2.1正弦波及其处理部分理LCD显示图2.1方案一系统方框图核中处理，再将处理结果分别送入LCD显示模块和AD9835控制部分，单片机分析了A/D数据后计算出电阻然后根据电阻的大小发送相应的AD9835频率控系统方框图图2.2XXX2总体方案设计3正正弦波及其处理部LCD显示图2.2方案二系统方框图2.3方案选择方案一和方案二比较，方案一直接使用MSP430内部资源A/D模块，定时43硬件单元模块设计3.1单元模块功能介绍该电源提供稳定的直流电源+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V。如图3.1.111图3.1.1电源电路正负12V电源为电流变送器供电，正3..3V为MSP430单片机供电，5V为其他器件供电。该电源主要通过整流、滤波和稳压三部分构成，部分功能如下：桥式整流电路：图3.1.1(a)整流电路电容滤波电路的特点：(1)电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。在纯电阻负载时，变压器副边的有效值I₂=1.11L,而有XXX3硬件单元模块设计5(2)负载平均电压VL升高，纹波(交流成分)减小，且.RLC越大，电容滑的负载电压，一般取RL*C≥(3～5)T/2(式中T为电源交流电压的周期)。3.1.2按键和显示部分设计pl6p20p232V0pl7plBpl9Wire--XXX63.1.3AD9835模块部分设计AD9835电路图3.1.3AD9835电路2.50MHz时钟速度4.片内10位DAC一个余弦查找表和一个10位数模转换器，并提供相位调制和频76RContolR0VREF-FVeREF-044图3.1.4MSP430A/D转换结构图ADC12模块中是由以下部分组成：输入的16路模拟开关(外部8路，内部483.1.5电流变送器XTR105??大于40依2XTR98图3.1.5电流变送器XTR105电路带2线制或3线制铂电阻接口，能实现温度/电流转换XXX3硬件单元模块设计93.1.6电流接收器RCV420 29RefCdnefinNCRefout2345678输出1电流接受器原理图图3.1.6电流接收器RCV420电路网络和一个精密10V电压基准。其总转换精度为0.1%,共模抑制比CMR型温漂为5ppm/℃的精密10V输出。3.1.7滤波电路和放大电路图3.1.7(1)滤波及放大电路仿真图3.2发挥部分电路改进设计2kn_[m在实际测试中用电阻箱代替图3.2.1的滑动变阻器A,通过调节R1和R5分别为图中数值时，当电阻箱为1kΩ时输出4mA的电流，当电阻箱为2kQ时输出3.3特殊器件介绍MSP430的性能MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位强大的处理能力MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。这些特点保证了可编制出可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200~400uA左右，时钟端口1~6(P1~P6)、基本定时器(BasicTimer)等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程MSP430的内部结构图3.4.1系统模块连接图精密电阻箱电流变送器精密电阻箱电流变送器电流接收器LCD显示正弦波及其处理部分键盘输入图3.4.1系统总结构图精密电阻箱变化经过电流变送器后转换成电流变化，然后电流接收器接收电流信号后转换成电压信号。单片机采集电流接收器的电压信号好送入单片机处理，单片机分析数据后，计算出电阻后，使AD9835输出对应的正弦波频率。同时LCD显示相应频率值。3.4.2信号采集与变送原理基础部分XTR105和RCV420组成的信号采集器原理图如图4所示：XXX3硬件单元模块设计精密变阻器也有固有的非线性。外加一个或两个外部电阻RLIN1和RLIN2,就可能弥补这些非线性，而得到在未补偿输出上40:1的线性改善。带线性化的2线RTD连接。电阻RLIN1提供正反馈并控制线性修正。RLIN1根据想要的阻值进行选择。本题要求测量10000~20000的电阻变化，根据要求可以计算出以下参数：基本的参数确定后，就可以确定一个被测电阻与电流信号相对应的线性关系，如下：I=0.016R+4mA而电流信号又与被测的电压信号产生和一个对应的线性关系，如下：通过参数的调整，使得单片机最后接受到的电压范围是0~3.33V。MSP430F49内部集成了一个12位A/D转换器，所以，最大分辨率为所以最大的电压分辨率为：对应的电阻的分辨率为：XXX3硬件单元模块设计3.4.3DDS正弦波的产生原理(1)DDS的原理DDS的工作过程为：2).两种方法可以改变输出信号的频率a、改变查表寻址的时钟CLOCK的频率，可以改变输出波形的频率b、改变寻址的步长来改变输出信号的频率.DDS即采用此法。步长即为对数字波形查表的相位增量，由累加器对相位增量进行累加，累加器的值作为查表地址。3)D/A输出的阶梯形波形，经低通(带通)滤波，成为质量符合需要的模拟波形(2)任意频率合成及数字调频、调相设计AD9835内部有两个32位的频率寄存器，这种结构使AD9835在通信调制中得到了广泛的运用。在相应控制器的控制下，用户可以根据需要通过控制器接口输入相应的频率控制字，单片机通过串行方式将频率控制字加载到AD9835的两个频率控制字中，其输出频率如式(3-4-3)所示：用户可以根据需要随意设定两个频率寄存器的数值，在进行2FSK调制时，数字调制信号通过FSELECT管脚输入，从而选择当前输出的频率信号的频率寄存器，四个相位寄存器还可以设置两频率信号的相位，通过相位累加实现两个不同频率信号的输出，实现数字调频。AD9835内部拥有4个12位的相位寄存器，在单片机的控制下，通过串行方式可以加载12位相位寄存器的值，调制信号通过两个相位寄存器选择管脚PSELO和PSEL1,选择当前输出信号的相位偏移度，输出以当前选择的频率寄存器所决定的频率值为输出信号频率，当前选择的相位寄存器所决定的相位偏移为输出相位偏移的已调信号，从而实现数字信号的相位调制。4软件模块设计4.1键盘部分键盘程序使用循环扫描检测；担忧按键按下时经过消除抖动后，在计算出相应在实际键盘位置与软件数据对应关系。本程序涉及到两种模式的选择，一是基础模式，二是发挥模式。经过键盘左下角两个按键选择切换。4.2液晶部分为了使显示效果更好，我们采用了带中文字库的12864液晶，这样可以同序，和精确掌握AD9835的控制字。实际测试中发现，不能对AD9835频繁的跳变时才相应的更新AD9835的控制字。在模式二时采用了，标志延时写改变相仙YN号YBY图4.3调频、调相控制流程4.3系统软件流程图开始开始发挥模式模式选择基础模式否R>15000是输出1000kHz频率计算输出频率AD9835执行5.1基本功能模式二，模式一为基本部分，当电阻大于15000时输出1000kHz的正弦波，当电阻不大于15000时，不输出频率，波形发生器停止工作；模式二，输出频率5.2提升功能在自我发挥部分我们设计了在基础模式下可以自行用4x4键盘选择当电阻大于15000输出正波形的频率，默认输出1000kHz。而且以方便了解电流接收部分的工作状态。6系统测试TH2818型自动元件分析仪是一种精度高、测试范围宽、6位测试分辨率的6.2数据测试设定电阻(Ω)显示电阻(Ω)环路电流(mA)测得频率(kHz)无无XXX3硬件单元模块设计由表6.2.1的数据可以看出，基础部分的要求我们已经满足。观察示波器发现波形没有明显失真。6.2.2发挥模式数据测试通过键盘选择发挥模式，得到数据如下表：表6.2.2部分测试数据设定电阻(Ω)显示电阻(Ω)显示频率(kHz)测得频率(kHz)到设计要求。示波器的波形较平滑，无明显失真。根据贝塞尔公式计算：根据非线性度计算公式为：非线性度=[最大误差÷(满度一零度)]×100%非线性度为=—0.4%从表6.2.2和上面计算可以看出，系统基本上稳定但还有待继续提高精度。通过几天的共同努力我们完成了基础部分的功能，和发挥部分的功能。通过键盘选择基础模式后。当电阻箱电阻变化经过电流传送和接收部分后提供给单片机处理。当电阻大于15000输出固定频率1000kHz,当小于15000时波形试发挥部分的功能能基本完成。当电阻在10000和20000之间变化时输出正弦波频率能跟随电阻在1000kHz到2000kHz内变化。在波形输出端加了我们设计的滤波和放大电路能有们还对基础部分的功能进行了改进，当电阻大于15000默认输出固定频率为1000kHz,我们还可以用键盘设定输出固定频率的值。参考文献[1]王超.模拟电路.安徽大学出版社.2005[3]秦龙.MSP430单片机C语言应用程序设计实例精讲.电子工业出版社.2006[4]何希才.稳压电源电路的设计与应用.中国电力出版社.2005XXX附录程序3.ADC12采集程序4.AD9835波形产生程序#include"lcd12864.h"//LCD12864并行charAD9835_OK01=0;//检测调变标志unsignedchardianya_danwei[]={"V"};unsignedcharpinglv_danwei[]={"K"};unsignedintresults[Num_of_Results];//AD转换结果voidTrans_val(uintHunsignedlongrr;ucharptr[4];ptr[3]=t1-(ptr[2]*10{//Curr_Volt=caltmp/2^nXIE_CHAR((0X93+i),shuzi[ptr[i]);//电压显示{{{{}}XIE_HZ(0X9c,1,chu2);/频率显示XIE_HZ(0X9e,1,chu4);/频率显示XXX附录程序{{if((AD9835_OK00-AD98手1重{一XXX