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基于MSP430的波形发生器设计

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基于MSP430的波形发生器设计 (毕业设计50页、18578字+图+程序)
摘要:MSP430系列单片机是美国德州仪器公司(TI)推出的16位超低功耗、高性能产品,它具有处理能力强、运行速度快、资源丰富、性价比高、开发方便等优点。MSP430F15x/16x系列单片机片内所特有的DMA控制器和DAC12模块为周期信号的产生提供了便利。文中提出了以MSP430F169为核心系统的波形发生器设计的整体方案,对各个模块的设计进行了详细的方案论证与比较。硬件设计采用Protel DXP软件,完成了系统的电源电路、时钟电路、JTAG接口电路、输出接口电路等模块的电路原理图及PCB板图的设计。软件设计完成了系统各个模块的软件设计与编程,给出了信号源产生、D/A转换等软件设计的详细流程。采用IAR公司针对MSP430研发的软件开发平台EW430V3.10A,实现了信号源产生、D/A转换的编程和调试。通过JTAG仿真器连接PC机和目标板,将程序下载到目标芯片的FLASH存储器中,运行并调试。通过系统软硬件联合调试,完成了波形发生器的单片机小系统、输出接口电路和软件的设计,并针对设计过程中出现的问题提出了解决方案。

关键词: 波形发生器;D/A;MSP430F169

 

 
Design of Waveform Generator Based on MSP430
Abstract: The Texas Instruments’ MSP430 families of 16-bit single chip microcomputer have the advantages of ultra-low power consumption, high performance, run rapidly, abundant resource, high rate of Performance and Cost, convenient for development. It is convenient for generating period signal that the DMA controller and DAC12 module which are implemented in MSP430F15x/16x devices. The dissertation puts forward entire design schemes of waveform generator based on MSP430F169, and shows a clear scheme proof and comparison between each sub module designing. The software of Protel DXP is used in hardware circuit design, which completes the schematic and PCB design of each module including the power supply circuit, the clock circuit, JTAG interface circuit, output interface circuit. The software design completes the design and program of each module of the system, gives the detailed flow chart of signal source generation, D/A conversion etc. Accomplish the program and debug of signal generation and D/A conversion, using the software workbench of EW430V3.10A which is developed especially for MSP430 by IAR Company. By JTAG simulating machine, PC and target board are connected and download the program in the FLASH memory. The subsystem of single chip microcomputer, output interface circuit and software are completed by debugging in the corporation of both software and hardware. In addition, the solution of problems which occurred in design process is also offered.

Key words:  waveform generator, D/A, MSP430F169

 

 


 
目    录
第1章  绪论 1
1.1  选题背景及意义 1
    1.1.1  本课题的研究现状 1
    1.1.2  选题目的及意义 1
1.2  本文的主要工作 2
第2章  波形发生器系统设计方案的比较与选择 3
2.1  方案设计与论证 3
2.2  波形发生器系统总体方案设计 3
2.2.1  系统设计方案及原理框图 3
2.2.2  单片机芯片的选择 5
2.3  本章小结 5
第3章  波形发生器系统的硬件电路设计 6
3.1  硬件电路开发平台简介 6
3.2  MSP430单片机小系统硬件电路设计 7
3.2.1  系统电源电路设计 7
3.2.2  单片机时钟电路设计 7
3.2.3  单片机复位电路设计 7
3.2.4  JTAG接口电路设计 8
3.3  系统输出接口电路设计 10
    3.3.1  滤波电路设计 10
    3.3.2  输出缓冲电路设计 10
    3.3.3  输出显示与键盘电路设计 11
3.4  本章小结 12
第4章  波形发生器系统的软件设计 13
4.1  IAR EW430软件开发平台简介 13
4.2  波形发生器系统主要程序设计 14
4.2.1  系统主程序设计 14
4.2.2  按键中断子程序设计 15
4.2.3  DMA控制器的初始化 15
4.2.4  DAC12子程序设计 17
4.3  本章小结 17
第5章  波形发生器系统的调试 18
5.1  波形发生器系统硬件的测试 18
5.2  波形发生器系统的调试 18
    5.2.1  系统调试环境的搭建及参数设置 18
    5.2.2  系统软硬件联合调试 19
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录1:系统总原理图 26
附录2:硬件实物及调试结果图 27
附录3:元器件清单 28
附录4:MSP430F169单片机引脚功能 29
附录5:主要程序 32
 
第1章  绪  论
1.1  选题背景及意义
1.1.1  本课题的研究现状
信号发生器既可以构成独立的信号源,也可以是高性能网络分析仪、频谱仪及其它自动测试设备的组成部分。信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术,因为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源,可使相应系统的检测过程大大简化,降低检测费用并极大地提高检测精度。美国安捷伦生产的33250A型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形,其输出频率范围为1μHz~80MHz,而输出幅度为10mVpp~10Vpp;该公司生产的8648D射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达9kHz~4GHz。国产SG1060数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形,频率覆盖范围为1μHz~60MHz;国产S1000型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源,同时应用DDS和锁相技术,使频率范围从1MHz~1024MHz能精确地分辨到100Hz,它既是一台高精度的扫频源,同时也是一台高精度的标准信号发生器。还有很多其它类型的信号发生器,他们各有各的优点,但是信号发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。
1.1.2  选题目的及意义
信号发生器是一种经常使用的设备,由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端,如:体积较大、重量较沉、移动不够方便、信号失真较大、波形种类过于单一、波形形状调节过于死板,无法满足用户对精度、便携性、稳定性等的要求,研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景,以满足军事和民用领域对信号源的要求。
本课题设计一个以MSP430单片机为核心系统的波形发生器,产生正弦波、方波和三角波三种波形信号。通过该课题的设计掌握以MSP430为核心的单片机系统的软硬件开发过程和基本信号的产生原理、测量及误差分析方法,同时掌握嵌入式系统的设计流程;培养我们综合运用所学的基本知识、基本理论和基本技能的能力,学习解决一般工程技术和有关专业问题的能力,学习工程设计和科学研究的基本方法,完成工程师的基本训练。
1.2  本文的主要工作
    本文将介绍波形发生器设计的方案选择与软硬件的设计、调试。全文共分为五章,本章介绍本课题的研究现状和选题目的意义等;第二章介绍波形发生器设计的总体方案;第三章介绍波形发生器各个单元模块电路的设计与实现;第四章介绍波形发生器各个模块的程序设计(信号产生、D/A转换等的软件设计),并给出了各个子模块的程序流程图;第五章介绍了系统的调试过程和调试结果,并对系统调试过程中出现的问题进行了分析,给出了相应的解决方案。

 

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