基于msp430单片机的多种波形发生器的设计

基于msp430单片机的多种波形发生器的设计内容摘要：

序模拟即可。 图 24 液晶驱动时序 Nokia5110 的初始化 接通电源后，内部寄存器和 RAM 的内容是不确定的，这需要一个 RES 低电平脉冲复位一下。 当 VDD 变为高电平，达到 VDDmin(或更高 )之后，最多 100ms， RST 输入低电平 (电平幅度 )。 10 图 25 5110 复位时序 显示汉字 ： 显示汉字可以采用两种点阵方式，一种是 12*12 点阵，一种是 16*16 点阵，网上也有一个自动提取字模的小软件“ 3310 液晶显示屏汉字提取程序”，这个小程序只适用于水平寻址 (V=0)。 采用 12*12 点阵汉字时，由于不是 8 的整数倍数，因此行与行之间只能隔开，这样才能完整显示一个汉字。 {0x0A,0x92,0x62,0x9E,0x02,0x18,0x87,0x74,0x84,0x14,0x0C,0x00,0x02,0x01,0x00,0x04,0x05,0x02,0x01,0x00,0x01,0x02,0x04,0x00},//欢 图 26 12*12 点阵 示意图 11 单片机数据连接 图 27 LCD 驱动芯片 Nokia5110 液晶 模块说明 P1 Nokia5110 9 个导电管脚 P2Nokia5110 与单片机连接的 8 个管脚其中 1~5 为 I/O 管脚 6 为电源 7 为背光输入 8 为 GNDR3,R4 视具体情况而定 ，可以焊接 330~1K 的限流电阻 图 28 液晶与单片机连接 DS1， DS2 为液晶背光 LED，需要选用专用的白光或者其他的 LED 关于电压供电 正常设计的思路是按照 5V 设计的，需要并接 稳压二极管限制电压大小。 而我们采用的是 MSP430 单片机本就是 供电所以我们不需要。 12 DA 转换 DAC0832 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片。 D/A转换结果采用电流形式输出。 若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。 运放的反馈电阻可通过 RFB 端引用片内固有电阻， 也可外接。 DAC0832 逻辑输入满足 TTL 电平，可直接与 TTL 电路或微机电路连接。 与微处理器完全兼容。 这个 DA 芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。 D/A 转换器 由 8 位输入锁存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A转换电路及转换控制电路构成 * 分辨率为 8位； * 电流稳定时间 1us； * 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入； * 只需在满 量程下调整其 线性度 ； * 单一电源供电（ +5V～ +15V）； * 低功耗， 20mW。 [4] DAC0832 引脚说明 图 29 DAC0832 13 DI0~DI7：数据输入线， TLL 电平。 ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。 CS：片选信号输入线，低电平有效。 WR1：为输入寄存器的写选通信号。 XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为 DAC寄存器写选通输入线。 Iout1:电流输出线。 当输入全为 1时 Iout1 最大。 Iout2: 电流输出线。 其值与 Iout1 之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线 ,芯片内部有反馈电阻 . Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (10v~+10v) AGND:模拟地 ,摸拟信号和基准电源的参考地 . DGND:数字地 ,两种地线 在基准电源处共地比较好 . DAC0832 的原理及控制方法 DAC0832 是采用 CMOS 工艺制成的单片直流输出型 8 位数 /模转换器。 如图 482 所示，它由倒 T 型 R2R 电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压 VREF四大部分组成。 运算放大器输出的模拟量 V0 为： 14 图 210 DA转换原理 （ 21） 由上式可见，输出的模拟量 与输入的数字量（ ） 成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。 一个 8 位 D/A 转换器有 8 个输入端（其中每个输入端是 8 位二进制数的一位），有一个模拟输出端。 输入可有 28=256 个不同的二进制组态，输出为 256 个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是 256 个可能值。 图 483 是 DAC0832 的逻辑框图和引脚排列。 [5] 图 211 DA内部结构 DAC0832 输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。 实验线路如图 2x 所示。 15 图 212 DA连接运算放大器 运算放大器 运算放大器有三个特点： 1． 开环放大倍数非常高，一般为几千，甚至可高达 10 万。 在正常情况下，运算放大器所需要的输入电压非常小。 2． 输入阻抗非常大。 运算放大器工作时，输入端相当于一个很小的电压加在一个很大的输入阻抗上，所需要的输入电流也极小。 3． 输出阻抗很小，所以，它的驱动能力非常大。 利用运算放大器各输入电流相加的原理，可以构成如图 213 所示的、由电阻网络和运算放大器组成的、最简单的 4 位 D/A 转换器。 图中， V0 是一个有足够精度的标准电源。 运算放大器输入端的各支路对应待转换资料的 D0， D1， …， Dn1位。 各输入支路中的开关由对应的数字元值控制，如果数字元为 1，则对应的开关闭合；如果数字为 0，则对应的开关断开。 各输入支路中的电阻分别为 R， 2R，4R， …这些电阻称为权电阻。 假设，输入端有 4 条支路。 4 条支路的开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到 16 种不同的电流输入。 这就是说，通过电阻网络，可以把 16 0000B~1111B 转换成大小不等的电流，从而可以在运算放大器的输出端得到相应大小不同的电压。 如果数字 0000B 每次增 1，一直变化到 1111B，那么，在输出端就可得到一个 0~V0 电压幅度的阶梯波形。 [6] 图 213 四路 D/A 转换器 硬件系统组成 硬件部分是我们整个系统的基础部分，是运行软件的平台，系统程序的载体。 作为电子系统不可或缺的一部分，设计好硬件电路对我们系统的工作效率，整体性能具有决定性的意义。 我们以 MSP430 单片机作为核心的 MCU，其他的传感器都以该单片机为中心，单片机作为我们的数据处理和数据存储单元，运用单片机内部时钟，软件实现电压和工作频率的调节，软件对 TFT 液晶开与关，能够使系统在待机状态下最低功耗。 MSP430F149 单片机简介 MSP430 系列单片 机是美国德州仪器 [3]（ TI） 1996 年开始推向市场的一种16位超低 MSP430 单片机 [4]功耗、具有精简指令集（ RISC）的混合信号处理器（ Mixed Signal Processor）。 称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。 该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪 17 表中 主要的特点有： 1． 处理能力强 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；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。 这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 MSP430 系列单片机能在 25MHz 晶体的驱动下，实现 40ns 的指令周期。 16位的数据宽度、 40ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。 2． 超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都 有其独到之处。 首先， MSP430 系列单片机的电源电压采用的是 电压。 因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在 165μ A 左右， RAM 保持模式下的最低功耗只有 A。 其次，独特的时钟系统设计。 在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（ FLL 和 FLL+）时钟系统和 DCO 数字振荡器时钟系统。 可以只使用一个晶体振荡器（ 32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。 由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。 并且这些时钟可以在指令的控制下，打 开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。 在系统中共有一种活动模式（ AM）和五种低功耗模式（ LPM0~LPM4）。 在实时时钟模式下，可达 A ，在 RAM 保持模式下，最低可达 A。 3． 片内资源丰富 MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。 它们分别是看门狗（ WDT）、模拟比较器 A、定时器 A0（ Timer_A0）、定时器 A1（ Timer_A1）、定时器 B0（ Timer_B0）、 UART、 SPI、 I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、 10 位 /12位ADC、 16 位Σ Δ ADC、 DMA、 I/O 端口、基本定时器（ Basic Timer）、实时时钟（ RTC）和 USB 控制器等若干外围模块的不同组合。 其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出 A/D 转换器； 16 位定时器（ Timer_A 和 Timer_B）具有捕获 /比较功能，大量的捕获 / 18 比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、 PWM 等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具 有较多的 I/O 端口， P0、 P P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入； 10/12位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达 200kbps ，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位 D/A 转换；硬件I2C 串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA 模块。 MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。