基于MSP430单片机的信号发生器设计开题报告

 2022-09-29 11:09

1. 研究目的与意义

随着现代科技的不断发展,信号发生器作为一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备,广泛应用于电子测量,自动控制等领域,更是教学,科研中信号仿真实验不可或缺的工具。随着通信和雷达技术的发展,信号发生器从定性分析的测试仪器发展为定量分析的测量仪器。其中正弦波信号发生器主要作用于通信行业、系统灵敏度等;射频即高频信号发生器则利用载波原理传输信号服务于广播,电视系统;频率与功率可调的信号发生器更在工业、农业、生物医学等领域发挥着诸如高频感应加热,熔炼,核磁共振成像等作用。

然而传统信号发生器的波形单一、频率固定、结构不灵活等缺点限制了其应用。本课题针对信号发生器的或缺点,提出利用单片机内部资源,采用函数调用,中断,放大电路等,软硬件结合的方式设计出基于MSP430单片机结构简单,成本较低的能产生多种波形的信号发生器。基于单片机的信号发生器作为电子工程师测试实验的基本工具,更灵活,应用范围更广,低成本,超低功耗等特点使得其开发和升级的意义重大。

2. 课题关键问题和重难点

本次设计的重点是硬件和外围电路的设计,要保证功能的健全首要硬件的完整。硬件中基本芯片,PCB开发板,分立元件的采购是否符合设计要求。外围电路的电路结构和优化,基于模拟电子电路和数字电路的知识有待完善。难点是软件程序的编写,软件要保证功能的实现,要与硬件相配,在能够实现功能的基础上还有精简程序。

一般而言,软件部分的优化可以节省硬件的成本,需对MSP430系列单片机有一定程度的掌握。熟悉内部各个部件和模块的基本功能,了解D/A转换器的原理,选择合适的D/A转换器以获得高精度的波形信号,LCD液晶显示的控制,键盘键位的功能定义,波形信号发生程序的编写,以及各电路模块之间的数据传输以及初始化。合适的方案选择也尤为重要,控制部分采用的芯片种类关系到成本高低,是否易于调试。专用芯片功能多,体积小,但成本高,功能存在浪费。

3. 国内外研究现状(文献综述)

信号发生器随着科技的发展,其特征参数也逐渐要求完全可控,电路结构形式也不断向着智能化、软件化、可编程化的方向发展,不同设计原理实现的方法大相径庭。实现方法通常有以下几种:

(1)用分立元件组合放大器制作的函数发生器,原理是先输出正弦波再通过波形变换产生其他波形信号,若需要改变波形信号的频率、幅值、占空比等参数需要改变分立元件参数才可以实现,结构虽然简单但是不够灵活,一旦设计成功,参数更改需要动电路。且通常是单函数发生器,频率精准度不高,信号不稳定,不易调试。

(2)用晶体管、运放ic等通用器件制作的信号发生器。通常采用专门的函数信号发生器ic产生各种波形信号。早期的函数信号发生器ic如l8038、ba205、xr2207/2209,其功能较少,精度低,频率上限低,高频率信号无法产生,尤其调节方式不够灵活,频率和占空比相互影响,无法单独调节。

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4. 研究方案

本课题基本功能为基本MSP430单片机设计出可输出三种波形,包括正弦波,三角波,方波的信号发生器,并可通过按键进行波形切换。在实现基本功能的前提下争取实现LCD液晶可显示波形种类及参数,并努力实现波形频率,幅值等参数可调的波形输出。

采用单片机为控制核心,通过键盘扫描,获得波形参数的输入信号,然后将信号传输给显示电路,根据参数设定定时器的时间间隔,当定时器中断到来,进入中断服务程序,将选择波形的幅值信息发送给D/A转换器输出,从而得到相应设定参数的正弦波、三角波、方波等信号,且输出的波形信号可以通过外接运放以按键形式进行调节。

5. 工作计划

第1-2 周:开题报告的撰写:检索与阅读相关专业文献,写出文献综述,调整为规定格式,在指导老师纠正和指导下,修改开题报告并按时提交。

第3-4 周:根据毕设主题及内容,进行信号发生器的基本理论知识学习,并对芯片和外围电路收集信息和比较种类价格等参数,完成基本元件的采购。

第5-6周:根据查阅的资料及选购的元件,考虑方案并完成基本的论文提纲。

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