基于MSP430單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、西安工程大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘 要隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)代科研的需要，信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)成為了很多行業(yè)進(jìn)行研究測(cè)試不可或缺的工具。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共

2、振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)為控制核心，利用單片機(jī)內(nèi)置的DA芯片，通過按鍵中斷來邏輯選擇要輸出的波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波），再設(shè)置其它鍵來控制波形的幅值及頻率，然后通過單片機(jī)控制顯示到LCD1602上。波形的產(chǎn)生是通過MSP430單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。在MSP430學(xué)習(xí)板的鍵盤按鍵,通過軟件編程來選擇各種波形、幅值電壓和頻率，按不同按鍵產(chǎn)生不同波形的信號(hào)。此方案的有點(diǎn)是電路原理比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來比較容易。關(guān)鍵字:MSP430，信

3、號(hào)發(fā)生器，LCD1602ABSTRACTWith the development of science and technology and modern scientific research needs, signal generator has become a lot of industry research test indispensable tools. Signal generator also called source or oscillators, in production practice and science and technology has been wid

4、ely used in the field. Various waveform curve all can by trigonometric function equation. Can produce various waveform, such as triangle wave, sawtooth wave, rectangle wave (including square wave), the circuit is called sine wave function signal generator. Function signal generator in circuit experi

5、ment and test equipment in a very wide range of purposes. For example in communication, radio, and television systems, all need rf (high frequency) launch the rf waves, here is the carrier, audio (low frequency), video signals or pulse signal carry out, just need to be able to produce high-frequency

6、 vibe. In industry, agriculture, biomedical in fields, all need power or big or small, frequency or high or low oscillators. The system USES the microcontroller as control core, MSP430F149 USES singlechip built-in DA chip, through the keys to logical choice to interrupt the output waveform (sine wav

7、e and square-wave, triangle wave, sawtooth wave), then Settings other key to control the amplitude and frequency wave, then through the single-chip microcomputer control on display to LCD1602.Waveform was developed through MSP430 microcontroller performs A waveform happen procedures to the D/A conve

8、rter input according to certain rules, which occurred in data transform circuit D/A of the output voltage waveform obtained the corresponding. In learning board keypad MSP430 through software programming to select different waveform, amplitude voltage and frequency produces different according to di

9、fferent keys, the signal waveform. This scheme of have a little is circuit principle is simpler, achieve be easyKEY WORDS:msp430，signal generator，lcd1602I西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前 言計(jì)算機(jī)和集成技術(shù)的高速發(fā)展，電子電路的分析與設(shè)計(jì)及相應(yīng)專業(yè)課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)所采用的方式與方法都發(fā)生了重大變化，特別是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)中所包含的測(cè)試測(cè)量技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代教育技術(shù)的重要組成部分， 在高校的各個(gè)電子相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室中，都需要開發(fā)和測(cè)試各種復(fù)雜的電

10、路或子系統(tǒng)，其通常要求從沒有上市的或很難獲得的元器件或傳感器中提取額外的信號(hào)，由此可見信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)成為了很多行業(yè)進(jìn)行研究測(cè)試不可或缺的工具。信號(hào)發(fā)生器既可以構(gòu)成獨(dú)立的信號(hào)源，也可以是高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜儀及其它自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的組成部分。信號(hào)發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)是多種高性能儀器的支撐技術(shù)，因?yàn)樗軌蛱峁└哔|(zhì)量的精密信號(hào)源及掃頻源，可使相應(yīng)系統(tǒng)的檢測(cè)過程大大簡(jiǎn)化，降低檢測(cè)費(fèi)用并極大地提高檢測(cè)精度。1) 美國(guó)安捷倫生產(chǎn)的33250A型函數(shù)/任意波形發(fā)生器可以產(chǎn)生穩(wěn)定、精確和低失真的任意波形，其輸出頻率范圍為1Hz80MHz，而輸出幅度為10mVpp10Vpp；該公司生產(chǎn)的8648D射頻信號(hào)發(fā)生器的頻率

11、覆蓋范圍更可高達(dá)9kHz4GHz。2) 美國(guó)泰克生產(chǎn)的DTG5000 信號(hào)發(fā)生器的采樣率達(dá)到最高3.35 Gb/s(數(shù)據(jù))3) 國(guó)產(chǎn)SG1060數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器能雙通道同時(shí)輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各種波形，頻率覆蓋范圍為1Hz60MHz；4) 國(guó)產(chǎn)S1000型數(shù)字合成掃頻信號(hào)發(fā)生器通過采用新技術(shù)、新器件實(shí)現(xiàn)高精度、寬頻帶的掃頻源，同時(shí)應(yīng)用DDS和鎖相技術(shù)，使頻率范圍從1MHz1024MHz能精確地分辨到100Hz，它既是一臺(tái)高精度的掃頻源，同時(shí)也是一臺(tái)高精度的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。還有很多其它類型的信號(hào)發(fā)生器，他們各有各的優(yōu)點(diǎn)，但是相信信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)將向著寬頻率覆蓋、高頻率精度、多功能

12、、多用途、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。 目 錄第1章 概 述11.1 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)背景11.2信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀21.3本設(shè)計(jì)采用的研究方法和技術(shù)路線2第2章 芯片介紹42.1 MSP430單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)及應(yīng)用42.1.1MSP430單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)42.1.2 單片機(jī)的應(yīng)用62.1.3 MSP430F149單片機(jī)的引腳圖72.2 LCD1602液晶顯示器簡(jiǎn)介82.2.1LCD1602液晶顯示器的引腳說明82.2.2寄存器選擇控制表92.3 DAC5571簡(jiǎn)介92.3.1 DAC5571的引腳說明92.3.2 DAC5571的原理圖及運(yùn)算方法10第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)113.1 基于M

13、SP430F149信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成及工作原理113.2信號(hào)發(fā)生器的鍵盤電路113.3信號(hào)發(fā)生器的LCD1602顯示模塊123.3數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC5571電路133.4小結(jié)14第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)154.1 信號(hào)發(fā)生器總流程圖154.2 初始化程序流程圖164.3 按鍵中斷程序流程圖164.4 波形產(chǎn)生程序流程圖184.4.1 正弦波產(chǎn)生程序流程圖184.4.2 方波產(chǎn)生程序流程圖184.4.3 鋸齒波產(chǎn)生程序流程圖194.4.4 三角波產(chǎn)生程序流程圖204.5 小結(jié)20結(jié) 論21致 謝22參考文獻(xiàn)23附錄一25附錄二2639第1章 概 述1.1 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)背景隨著計(jì)算機(jī)和集成技術(shù)的高速發(fā)展，電

14、子電路的分析與設(shè)計(jì)及相應(yīng)專業(yè)課程的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)所采用的方式與方法都發(fā)生了重大變化，特別是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)中所包含的測(cè)試測(cè)量技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代教育技術(shù)的重要組成部分， 在高校的各個(gè)電子相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室中，都需要開發(fā)和測(cè)試各種復(fù)雜的電路或子系統(tǒng)，其通常要求從沒有上市的或很難獲得的元器件或傳感器中提取額外的信號(hào)，由此可見信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)成為了很多行業(yè)進(jìn)行研究測(cè)試不可或缺的工具。信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中

15、具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。（1）用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。 （2）可以由晶體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器IC產(chǎn)生。（3）利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。（4）利用專用直接數(shù)字合成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能

16、產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率，但成本較高。1.2信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀信號(hào)發(fā)生器既可以構(gòu)成獨(dú)立的信號(hào)源，也可以是高性能網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜儀及其它自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的組成部分。信號(hào)發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)是多種高性能儀器的支撐技術(shù)，因?yàn)樗軌蛱峁└哔|(zhì)量的精密信號(hào)源及掃頻源，可使相應(yīng)系統(tǒng)的檢測(cè)過程大大簡(jiǎn)化，降低檢測(cè)費(fèi)用并極大地提高檢測(cè)精度。美國(guó)安捷倫生產(chǎn)的33250A型函數(shù)/任意波形發(fā)生器可以產(chǎn)生穩(wěn)定、精確和低失真的任意波形，其輸出頻率范圍為1Hz80MHz，而輸出幅度為10mVpp10Vpp；該公司生產(chǎn)的8648D射頻信號(hào)發(fā)生器的頻率覆蓋范圍更可高達(dá)9kHz4GHz。美國(guó)泰克生產(chǎn)的DTG5000 信號(hào)發(fā)生器的采樣

17、率達(dá)到最高3.35 Gb/s(數(shù)據(jù))。國(guó)產(chǎn)SG1060數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器能雙通道同時(shí)輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各種波形，頻率覆蓋范圍為1Hz60MHz。國(guó)產(chǎn)S1000型數(shù)字合成掃頻信號(hào)發(fā)生器通過采用新技術(shù)、新器件實(shí)現(xiàn)高精度、寬頻帶的掃頻源，同時(shí)應(yīng)用DDS和鎖相技術(shù)，使頻率范圍從1MHz1024MHz能精確地分辨到100Hz，它既是一臺(tái)高精度的掃頻源，同時(shí)也是一臺(tái)高精度的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。還有很多其它類型的信號(hào)發(fā)生器，他們各有各的優(yōu)點(diǎn)，但是信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)將向著寬頻率覆蓋、高頻率精度、多功能、多用途、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。1.3本設(shè)計(jì)采用的研究方法和技術(shù)路線首先去圖書館借閱有關(guān)MSP43

18、0單片機(jī)的書籍資料，了解MSP430單片機(jī)的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能模塊、各種寄存器以及匯編語言，從整體上對(duì)MSP430單片機(jī)的使用方法和編程原理進(jìn)行理解。然后利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱單片機(jī)的C語言編程實(shí)例和視頻講解，對(duì)單片機(jī)每個(gè)功能模塊的使用有所了解。最后根據(jù)自己的題材基于MSP430單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)指定相應(yīng)的策略想辦法完成編程。波形的產(chǎn)生是通過MSP430單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。在MSP430學(xué)習(xí)板的鍵盤按鍵,通過軟件編程來選擇各種波形、幅值電壓和頻率，按不同按鍵產(chǎn)生不同波形的信號(hào)。此方案的有點(diǎn)是

19、電路原理比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來比較容易。具體就是系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)為控制核心，利用單片機(jī)內(nèi)置的AD芯片，通過按鍵中斷來邏輯選擇要輸出的波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波），再設(shè)置其它鍵來控制波形的復(fù)制及頻率，然后通過單片機(jī)控制顯示到LCD1602上。本設(shè)計(jì)由檢測(cè)模塊、顯示模塊和控制模塊組成，其中顯示模塊用LCD顯示實(shí)現(xiàn)溫度顯示，控制模塊通過單片機(jī)控制繼電器來實(shí)現(xiàn)。第2章 芯片介紹2.1 MSP430單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)及應(yīng)用MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（TI）1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的混合信號(hào)處理器（Mixed Signal Proce

20、ssor）。稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中1。2.1.1MSP430單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)德州儀器1996年到2000年初，先后推出了31x、32x、33x等幾個(gè)系列，這些系列具有LCD驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)提高系統(tǒng)的集成度較有利。每一系列有ROM 型（C）、OTP 型（P）、和 EPROM 型（E）等芯片。2000 年推出了11x/11x1系列。這個(gè)系列采用20腳封裝，內(nèi)存容量、片上功能和 I/O 引腳數(shù)比較少，但是價(jià)格比較低廉。2000年7月推出

21、了F13x/F14x 系列，在2001年7月到2002年又相繼推出F41x、F43x、F44x。這些全部是 Flash 型單片機(jī)。2001年TI 公司又公布了BOOTSTRAP LOADER技術(shù)，利用它可在燒斷熔絲以后只要幾根線就可更改并運(yùn)行內(nèi)部的程序。這為系統(tǒng)軟件的升級(jí)提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可達(dá)到 32個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度1。1、處理能力強(qiáng)MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參

22、加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。2、運(yùn)算速度快 MSP430 系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。3、超低功耗MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8-3.6V 電壓。因而可使其在1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在165A左右，RAM 保持模式下的最低功耗只有0

23、.1A。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL 和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0LPM4）。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá)2.5A ，在RAM 保持模式下，最低可達(dá)0.1A 。4、片內(nèi)資源豐富MSP43

24、0 系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時(shí)器A0（Timer_A0）、定時(shí)器A1（Timer_A1）、定時(shí)器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、16位- ADC、DMA、I/O端口、基本定時(shí)器（Basic Timer）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器；16 位定時(shí)器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于

25、事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的DMA模塊。MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。5、方便高效的開發(fā)環(huán)境MSP430 系列有 OPT 型、 FLA

26、SH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和 C 語言。2.1.2 單片機(jī)的應(yīng)用MSP430單片機(jī)具有體積小，功耗低，易于產(chǎn)品化，面向控制，抗干擾能力強(qiáng)，

27、適用溫度范圍寬，它廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：1、在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)的體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于儀器儀表中。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。2、在工業(yè)控制中的應(yīng)用單片機(jī)可以方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。3、在家用電

28、器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，無所不在。4、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。 5、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在

29、工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。2.1.3 MSP430F149單片機(jī)的引腳圖MSP430F149單片機(jī)的引腳如圖2-1所示。圖2-1 MSP430F149單片機(jī)的引腳圖2.2 LCD1602液晶顯示器簡(jiǎn)介工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符（16列2行）。1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣2.2.1LCD1602液晶顯示器的引腳說明LCD1602液晶顯示器的引腳說明如表2-1所示。表2-1 LCD1602的引腳功能說明引

30、腳符號(hào)功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4

31、位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負(fù)極2.2.2寄存器選擇控制表控制寄存器的控制指令說明如表2-2所示。表2-2 控制寄存器的控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖開始時(shí)初始化E為0，然后置E為1，再清0。 busy flag（DB7）：

32、在此位為被清除為0時(shí)，LCD將無法再處理其他的指令要求。2.3 DAC5571簡(jiǎn)介2.3.1 DAC5571的引腳說明DAC5571的引腳說明如表2-3所示。表2-3 DAC5571的引腳說明引腳名稱描述1VOUT模擬輸出電壓2GND所有地面參考3VDD模擬供電電壓輸入4SDA串行數(shù)據(jù)輸入5SCL串行時(shí)鐘輸入6A0設(shè)備地址選擇2.3.2 DAC5571的原理圖及運(yùn)算方法DAC5571的原理圖及運(yùn)算方法分別如圖2-2和圖2-3所示。圖2-2 DAC5571的工作原理圖圖2-3 DAC5571的工作運(yùn)算方法第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 基于MSP430F149信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成及工作原理信號(hào)發(fā)生器電路主

33、要由MSP430F149系統(tǒng)、鍵盤電路、LCD1602顯示電路、DAC5571芯片、電源電路等組成。系統(tǒng)原理方框圖如圖3-1所示。顯示電路鍵盤電路數(shù)模轉(zhuǎn)換MSP430F149電 源 圖3-1系統(tǒng)原理方框圖系統(tǒng)工作原理：本系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)為控制核心，利用單片機(jī)內(nèi)置的DA芯片，通過按鍵中斷來邏輯選擇要輸出的波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波），再設(shè)置其它鍵來控制波形的復(fù)制及頻率，然后通過單片機(jī)控制顯示到LCD1602上。波形的產(chǎn)生是通過MSP430單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。在MSP430學(xué)習(xí)板的

34、鍵盤按鍵,通過軟件編程來選擇各種波形、幅值電壓和頻率，按不同按鍵產(chǎn)生不同波形的信號(hào)。3.2信號(hào)發(fā)生器的鍵盤電路本系統(tǒng)所需要的鍵盤有8個(gè)，經(jīng)過分析覺得使用獨(dú)立式鍵盤更為合適，但是手上有現(xiàn)有的4*4矩陣鍵盤，因此使用了4*4矩陣鍵盤。連接電路如圖3-2所示。圖3-2 鍵盤模塊電路現(xiàn)在具體分析鍵盤的工作原理：鍵盤初始化使得單片機(jī)P1的P1.0P1.3設(shè)置為輸入狀態(tài), P1.4P1.7設(shè)置為輸出狀態(tài)，然后令P1.4P1.7輸出低電平，P1.0P1.3下降沿觸發(fā)中斷，并開中斷。進(jìn)入中斷子程序后進(jìn)行掃描并獲得鍵值，最后根據(jù)按鍵的不同分別跳到對(duì)應(yīng)的子程序中。在掃描的子程序中，當(dāng)在P1.7管腳上輸出低電平，并

35、且行線的其他管腳上輸出高電平時(shí)，如果“K1”鍵被按下，則P1.0為低電平；如果“K2”鍵被按下，則P1.1為低電平；如果“K3”鍵被按下，則P1.2為低電平；如果“K4”鍵被按下，則P1.3為低電平。通過設(shè)置一條行線的輸出就可以獲取列線上的相應(yīng)狀態(tài)，從而獲得鍵盤輸入的值。同理，依次在其他列線上輸出低電平，就可以獲取其他鍵的輸入值。通過這樣的掃描方式，可以實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入。3.3信號(hào)發(fā)生器的LCD1602顯示模塊LCD1602液晶顯示器的電路圖如圖3-2所示。本電路的功能是顯示當(dāng)前輸出的波形及該波形的幅值及頻率。指令集如表3-1所示。表3-1 LCD1602的控制指令集寫指令38H對(duì)1602進(jìn)行復(fù)

36、位操作寫指令08H對(duì)1602進(jìn)行顯示關(guān)閉操作寫指令01H對(duì)1602進(jìn)行顯示清屏操作寫指令06H寫字符時(shí)整體不移動(dòng)寫指令0cH顯示開，不開游標(biāo)，不閃爍圖3-2 LCD1602電路圖3.3數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC5571電路本DAC5571實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)并輸出，電路圖如圖3-3所示。圖3-3 DAC5571電路圖3.4小結(jié)本章在上一章的基礎(chǔ)上，結(jié)合MSP430單片機(jī)信號(hào)發(fā)生器的基本功能介紹了它的工作流程、硬件組成和工作原理，設(shè)計(jì)了鍵盤電路、LCD1602顯示電路、DAC5571芯片等，各電路根據(jù)需要連接到MSP430F149單片機(jī)的接口上，就構(gòu)成了一個(gè)功能強(qiáng)大的基于MSP430單片機(jī)的信

37、號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器的順利工作，需要合適的軟件來協(xié)調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)硬件組成部分，根據(jù)信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的工作需要來工作，從而達(dá)到特定的功能。本章主要設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的各個(gè)硬件組成部分的程序流程圖。4.1 信號(hào)發(fā)生器總流程圖系統(tǒng)總程序流程圖如圖4-1所示。系統(tǒng)初始化后，當(dāng)有按鍵按下是就會(huì)產(chǎn)生按鍵中斷，然后按鍵掃描獲得鍵值并根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)到不同的子程序，產(chǎn)生不同的波形。圖4-1 信號(hào)發(fā)生器的程序總流程圖4.2 初始化程序流程圖初始化程序流程圖如圖4-2所示。進(jìn)入初始化階段，信號(hào)發(fā)生器的各個(gè)部分依次初始化，為后期的程序執(zhí)行做好準(zhǔn)備。圖4-2 初始化程序流程圖4.3 按鍵中斷程序流程圖

38、按鍵中斷程序流程圖如圖4-3所示。當(dāng)有按鍵按下是就會(huì)產(chǎn)生按鍵中斷，然后按鍵掃描獲得鍵值并根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)到不同的子程序，產(chǎn)生不同的波形。圖4-3 按鍵中斷程序流程圖4.4 波形產(chǎn)生程序流程圖4.4.1 正弦波產(chǎn)生程序流程圖本程序的波形產(chǎn)生原理是將一個(gè)波形周期分割成n等份，每加上一個(gè)偏移量然后對(duì)輸出量求正弦值，并寫到DAC5571中，原理圖如圖4-4所示。圖4-4 正弦波程序流程圖4.4.2 方波產(chǎn)生程序流程圖方波的產(chǎn)生程序是根據(jù)波形的頻率要求計(jì)算出每次幅值躍變的時(shí)間，等到定時(shí)器A的計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)進(jìn)入中斷進(jìn)行一次躍變，流程圖如圖4-5所示。圖4-5 方波程序流程圖4.4.3 鋸齒波產(chǎn)生程序流程圖鋸齒波

39、的產(chǎn)生程序根據(jù)波形的頻率要求計(jì)算出每次幅值變化的時(shí)間，等到定時(shí)器A的計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)進(jìn)入中斷進(jìn)行一次增值，如圖4-6所示。圖4-6 鋸齒波程序流程圖4.4.4 三角波產(chǎn)生程序流程圖三角波的產(chǎn)生程序跟鋸齒波的產(chǎn)生程序是同一個(gè)原理，根據(jù)波形的頻率要求計(jì)算出每次幅值變化的時(shí)間，等到定時(shí)器A的計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)進(jìn)入中斷進(jìn)行一次增值另設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)變量，用于判斷幅值增減的分割點(diǎn)，流程圖如圖4-7所示。圖4-7 三角波程序流程圖4.5 小結(jié)本章首先設(shè)計(jì)了信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)程序的總流程圖，并在系統(tǒng)程序的總流程圖的框架下有序地設(shè)計(jì)了初始化程序流程圖、按鍵中斷程序流程圖、正弦波程序流程圖、方波程序流程圖、鋸齒波程序流程圖及三角波

40、程序流程圖，并就各個(gè)部分的主要功能作了進(jìn)一步的介紹和說明。結(jié) 論信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)成為了很多行業(yè)進(jìn)行研究測(cè)試不可或缺的工具。 本文主要介紹了信號(hào)發(fā)生器的硬件電路結(jié)構(gòu)及其中的原理。所設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、三角波以及每種波形的幅值及頻率的增減功能。信號(hào)發(fā)生器的產(chǎn)生的波形幅值有三種選擇（1V、2V、3V），頻率有兩種選擇（10HZ、20HZ），結(jié)合所用的MSP430F149芯片，具有低功耗的特點(diǎn)。波形的產(chǎn)生是通過MSP430單片機(jī)執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端按一定的規(guī)律發(fā)生數(shù)據(jù)，從而在D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端得到相應(yīng)的電壓波形。在MSP430學(xué)習(xí)板的鍵盤按鍵,通過軟

41、件編程來選擇各種波形、幅值電壓和頻率，按不同按鍵產(chǎn)生不同波形的信號(hào)。此方案的有點(diǎn)是電路原理比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來比較容易。隨著信號(hào)發(fā)生器信號(hào)整合相關(guān)技術(shù)的不斷完善，數(shù)字化、智能化、小型化的信號(hào)發(fā)生器必將為各領(lǐng)域的科學(xué)研究帶來極大的便利，信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展前景也必將更加廣闊。致 謝短短的四年大學(xué)生活，給我提供了一個(gè)寶貴的完善自我的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。在大學(xué)里學(xué)到的知識(shí)和能力將使我受益終身。我衷心感謝西安工程大學(xué)這一培育人才的沃土，衷心感謝在這片希望的土地上辛勤耕耘的園丁們，是他們的熱情關(guān)懷和無私幫助使我順利度過了這一段人生最美好、最具有意義的時(shí)光！畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，首先要衷心的感謝指導(dǎo)老師景軍鋒老師，本篇

42、論文正是在他的悉心指導(dǎo)下才得以完成的。他細(xì)致地指導(dǎo)，使我在大學(xué)的最后時(shí)光中，還能夠?qū)W到對(duì)我今后工作很有用的東西，他不惜平時(shí)自己休息的時(shí)間來給我們上課，在課上學(xué)到了很多關(guān)于單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)，更重要的是，我學(xué)到了許多利用單片機(jī)解決問題的方法，這對(duì)我來說是受益匪淺的。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。參考文獻(xiàn)1 2 MSP430x1xx Family Users Guide3 MSP430F13x14x14x1 Device Erratasheet4 MSP430x13x, MSP430x14x, MSP430x14x1 Mixed

43、Signal Microcontro5 張唏，王德銀，張晟MSP430系列單片機(jī)實(shí)用c語言程序設(shè)計(jì)M北京：人民郵電出版社，20056 沈建華，楊艷琴M(fèi)SP430系列16化超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用M北京：清華大學(xué)出版社，20047 李智奇，白小平，陳曉龍，樊曉紅MSP430系統(tǒng)超低功耗單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)M西安電子科技大學(xué)出版社，20088 趙宏亮一種實(shí)用任意波形信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)J儀表技術(shù)，2008(2)：14189 清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，閻石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M5版北京：高等教育出版社，200610 何立民單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200611 許勝輝程控波形發(fā)生器

44、的研究J武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(5)：919312 蔣小華，吳名歡，王文成單片機(jī)波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)J桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)2008(2)：5013 何立民單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199514 蔣力培單片機(jī)微機(jī)系統(tǒng)使用教程M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200415 胡大可MSP430系列超低功耗16位單片機(jī)原理與應(yīng)用M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200116 周航慈單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200317 楊澤民，劉培興，王永丹，等液晶顯示器原理與應(yīng)用M沈陽：東北工學(xué)院出版社，200218 劉光斌，劉冬，姚志成單片機(jī)系統(tǒng)使

45、用抗干擾技術(shù)M北京：人民郵電出版社，200319 吳少軍實(shí)用低功耗設(shè)計(jì)原理、器件與應(yīng)用M北京：人民郵電出版社，200320 魏小龍MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200221 胡大可MSP430系列單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與開發(fā)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200122 林凌新型單片機(jī)接口期間與技術(shù)M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005附錄一一、 硬件電路圖附錄二一、 參考程序#include #include #include BoardConfig.h#define uchar unsigned char/*顯示模塊的定義*/#define Da

46、taDir P4DIR#define DataPort P4OUT#define Busy 0x80#define CtrlDir P3DIR#define CLR_RS P3OUT &= BIT0; /RS = P3.0#define SET_RS P3OUT |= BIT0;#define CLR_RW P3OUT &= BIT1;/RW = P3.1#define SET_RW P3OUT |= BIT1;#define CLR_EN P3OUT &= BIT2;/EN = P3.2#define SET_EN P3OUT |= BIT2;/*DA轉(zhuǎn)換模塊的定義*/#define SCL

47、_H P1OUT |= BIT1#define SCL_L P1OUT &= BIT1#define SDA_H P1OUT |= BIT0#define SDA_L P1OUT &= BIT0#define SCL_out P1DIR |= BIT1 /SCL設(shè)置為輸出模式#define SDA_in P1DIR &= BIT0 /SDA改成輸入模式#define SDA_out P1DIR |= BIT0 /SDA變回輸出模式#define SDA_val P1IN&BIT0 /SDA的位值#define TRUE 1#define FALSE 0#define pai 3.14/*按鍵模

48、塊 全局變量*/uchar key_Pressed; /按鍵是否被按下:1-是，0-否uchar key_val; /存放鍵值uchar key_Flag; /按鍵是否已放開：1-是，0-否/設(shè)置鍵盤邏輯鍵值與程序計(jì)算鍵值的映射uchar key_Map = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16;uchar s1 = zhengxian:;uchar s2 = fangbo:;uchar s3 = juchi:;uchar s4 = sanjiao:;/*調(diào)節(jié)模塊 全局變量*/uchar fuzhi;uchar pinlv;unsigned int ti

49、me; /定時(shí)int vcc; /da上加的電壓uchar boxing; double bianliang;uchar biaozhi;int pianyi;int shuchu;/*總體定義模塊*/void xianshi(void);void DispNChar(uchar x,uchar y, uchar n,uchar *ptr);void LocateXY(uchar x,uchar y) ;void Disp1Char(uchar x,uchar y,uchar data);void LcdReset(void) ;void LcdWriteCommand(uchar cmd,uchar chk) ;void LcdWriteData( uchar data );void WaitForEnable(void);void Set_IO(void);void start(void);void stop(v