基于msp430單片機的信號發(fā)生器設計_畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設 備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 單片機在醫(yī)用設備領域中的應用 單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 MSP430F149 單片機的引腳圖 MSP430F149 單片機的引腳如圖 21 所示 。 D V C C1P 6. 32P 6. 43P 6. 54P 6. 65P 6. 76V r e f +7X I N8X O U T /T C L K9V E r e f +10V r e f / V E r e f 11P 1. 012P 1. 113P 1. 214P 1. 315P 1. 416P1.517P1.618P1.719P2.020P2.121P2.222P2.323P2.424P2.525P2.626P2.727P3.028P3.129P3.230P3.331P3.432P 3. 533P 3. 634P 3. 735P 4. 036P 4. 137P 4. 238P 4. 339P 4. 440P 4. 541P 4. 642P 4. 743P 5. 044P 5. 145P 5. 246P 5. 347P 5. 448P5.549P5.650P5.751XT2OUT52XT2IN53TDO/TDI54TDI55TMS56TCK57RST/NMI58P6.059P6.160P6.261AGND62DGND63AVCC64U2M S P 43 0 F 1 49 圖 21 MSP430F149 單片機的引腳圖 LCD1602 液晶顯示器簡介 工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符（ 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 液晶顯示器的引腳說明 LCD1602 液晶顯示器的引腳說明如表 21 所示 。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 表 21 LCD1602 的引腳功能說明 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度）。 4 RS RS 為寄存器選擇，高電平 1 時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器。 5 R/W R/W 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 7 DB0 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0 位（最低位） 8 DB1 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1 位 9 DB2 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2 位 10 DB3 低 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3 位 11 DB4 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4 位 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 12 DB5 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5 位 13 DB6 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6 位 14 DB7 高 4 位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7 位（最高位）（也是 busy flag） 15 BLA 背光電源正極 16 BLK 背光 電源負極 寄存器選擇控制表 控制寄存器的控制指令說明如表 22 所示 。 表 22 控制寄存器的控制表 RS R/W 操 作說明 0 0 寫入指令寄存器（清除屏等） 0 1 讀 busy flag（ DB7），以及讀取位址計數(shù)器（ DB0~DB6）值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 注：關于 E=H 脈沖 —— 開始時初始化 E為 0，然后置 E為 1，再清 0。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 busy flag（ DB7）：在此位為被清除為 0 時， LCD 將無法再處理其他的指令要求。 DAC5571 簡介 DAC5571 的引腳說明 DAC5571 的引腳說明如表 23 所示 。 表 23 DAC5571 的引腳說明 引腳 名稱 描述 1 VOUT 模擬輸出電壓 2 GND 所有地面參考 3 VDD 模擬供電電壓輸入 4 SDA 串行數(shù)據(jù)輸入 5 SCL 串行時鐘輸入 6 A0 設備地址選擇 DAC5571 的原理圖及運算方法 DAC5571 的原理圖及運算方法分別如圖 22和圖 23所示 。 圖 22 DAC5571 的工作原理圖 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 圖 23 DAC5571 的工作運算方法 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 16 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 基于 MSP430F149 信號發(fā)生器構成及工作原理 信號發(fā)生器電路 主要由 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 31 所示 。 圖 31 系統(tǒng)原理方框圖 系統(tǒng)工作原理：本系統(tǒng)采用 MSP430 單片機為控制核心，利用單片機內置的 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），再設置其它鍵來控制波形的復制及頻率，然后通過單片機控制顯示到 LCD1602 上。波形的產(chǎn)生是通過 MSP430 單片機執(zhí)行某一波形發(fā)生程序，向 D/A 轉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 轉換電路的輸出端得到相應的電壓波形。在 MSP430 學習板的鍵盤按鍵 ,通過軟顯示 電路 鍵盤電路 數(shù)模轉換 MSP430F149 電 源 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 17 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。 信號發(fā)生器的鍵盤電路 本系統(tǒng)所需要的鍵盤有 8個，經(jīng)過分析覺得使用獨立式鍵盤更為合適，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 32所示。 圖 32 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 P1的 — 設置為輸入狀態(tài) , — 設置 為輸出狀態(tài)，然后令 — 輸出低電平， — 下降沿觸發(fā)中斷，并開中斷。進入中斷子程序后進行掃描并獲得鍵值，最后根據(jù)按鍵的不同分別跳到對應的子程序中。 在掃描的子程序中，當在 管腳上輸出低電平，并且行西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 18 線的其他管腳上輸出高電平時，如果“ K1”鍵被按下，則 為低電平；如果“ K2”鍵被按下，則 為低電平；如果“ K3”鍵被按下，則 為低電平；如果“ K4”鍵被按下，則 為低電平。通過設置一條行線的輸出就可以獲取列線上的相應狀態(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，可以實現(xiàn)鍵盤的輸入。 信號發(fā)生器的 LCD1602 顯示模塊 LCD1602 液晶顯示器的電路圖如圖 32 所示。本電路的功能是顯示當前輸出的波形及該波形的幅值及頻率。 指令集 如表 31 所示 。 表 31 LCD1602 的控制指令集 寫指令 38H 對 1602 進行復位操作 寫指令 08H 對 1602 進行顯示關閉操作 寫指令 01H 對 1602 進行顯示清屏操作 寫指令 06H 寫字符時整體不移動 寫指令 0cH 顯示開，不開游標，不閃爍 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 圖 32 LCD1602 電路圖 數(shù)模轉換 DAC5571 電路 本 DAC5571 實現(xiàn)單片機的數(shù)字信號轉換成模擬信號并輸出，電路圖如圖 33 所示 。 圖 33 DAC5571 電路圖 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 20 小結 本章在上一章的基礎上，結合 MSP430 單片機信號發(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，設計了鍵盤電路、 LCD1602 顯示電路、 DAC5571 芯片等，各電路根據(jù)需要連接到 MSP430F149 單片機的接口上，就構成了一個功能強大的基于 MSP430 單片機的信號發(fā)生器設計。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 21 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 信號發(fā)生器的順利工作，需要合適的軟件來協(xié)調系統(tǒng)的各個硬件組成部分，根據(jù)信號發(fā)生器系統(tǒng)的工作需要來工作，從而達到特定的功能。本章主要設計信號發(fā)生器系統(tǒng)的各個硬件組成部分的程序流程圖。 信號發(fā)生器總流程圖 系統(tǒng)總程序流程圖如圖 41 所示。系統(tǒng)初始化后，當有按鍵按下是就會產(chǎn)生按鍵中斷，然后按鍵掃描獲得鍵值并根據(jù)鍵值跳轉到不同的子程序，產(chǎn)生不同的波形。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 開 始初 始 化按 鍵 中 斷按 鍵 掃 描液 晶 顯 示 程 序波 形 產(chǎn) 生 程 序按 鍵 圖 41 信號發(fā)生器的程序總流程圖 初始化程序流程圖 初始化程序 流程圖如圖 42 所示。進入初始化階段，信號發(fā)生器的各個部分依次初始化，為后期的程序執(zhí)行做好準備。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 23 開 始關 閉 看 門 狗初 始 化 LCD初 始 化 鍵 盤開 中 斷 并 等 待 圖 42 初始化程序流程圖 按鍵中斷程序流程圖 按鍵中斷程序流程圖如圖 43 所示。當有按鍵按下是就會產(chǎn)生按鍵中斷，然后按鍵掃描獲得鍵值并根據(jù)鍵值跳轉到不同的子程序，產(chǎn)生不同的波形。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 開 始P 1 口 中 斷鍵 盤 掃 描 子 程 序正 弦 波 子 程 序方 波 子 程 序鋸 齒 波 子 程 序k e y _ v a l = 1 ？k e y _ v a l = 2 ？k e y _ v a l = 3 ？k e y _ v a l = 4 ？k e y _ v a l = 5 ？k e y _ v a l = 6 ？k e y _ v a l = 7 ？k e y _ v a l = 8 ？按 鍵 被 按 下NNNNNNN三 角 波 子 程 序幅 值 增 加 子 程 序幅 值 減 小 子 程 序頻 率 增 加 子 程 序頻 率 堿 小 子 程 序YYYYYYYY 圖 43 按鍵中斷程序流程圖 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 波形產(chǎn)生程序流程圖 正弦波產(chǎn)生程序流程圖 本程序的波形產(chǎn)生原理是將一個波形周期分割成 n 等份，每加上一個偏移量然后對輸出量求正弦值，并寫到 DAC5571 中，原理圖如圖 44所示。 開 始i = 0i + +i = 0s h u c h u = i * b i a n l i a n gi = 1 2YNS i n ( s h u c h u ) 圖 44 正弦波程序流程圖 方波產(chǎn)生程序流程圖 方波的產(chǎn)生程序是根據(jù)波形的頻率要求計算出每次幅值躍變的時間，等到定時器 A 的計時時間到時進入中斷進行一次躍變，