基于MSP430自動(dòng)增益控制綜述

1、目錄 摘 要 Abstract II 引 言 3 1 方案論證 4 1.1 總體方案 4. 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 3 MSP430 概述 7 3.1 TI 公司的 MSP430介紹 7. 3.2 MSP430F169 7 3.3 最小系統(tǒng) -復(fù)位電路 7. 4 單元模塊電路 7 4.1 信號(hào)峰峰值檢測(cè)電路 7. 4.2 顯示電路介紹 9. 4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 9. 4.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12 9 4.3.2 ADC12 相關(guān)寄存器介紹 10 4.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 1.4. 4.4.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC12 14 4.4.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC12 寄存器 15 4.5 程控芯片 VCA82

2、2 簡(jiǎn)介 錯(cuò). 誤！未定義書簽。 5 測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)量結(jié)果分析 19 19 6 總結(jié) 致謝 錯(cuò). 誤！未定義書簽 參考文獻(xiàn) 錯(cuò). 誤！未定義書簽 附件 錯(cuò). 誤！未定義書簽 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 摘要 在現(xiàn)代電子設(shè)備中， 最常用的電路結(jié)構(gòu)就是放大器。 電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)過程 中我們知道，由于在高頻狀態(tài)下放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu) , 即極間電容的存在 , 會(huì)影響放大 器的增益大小， 進(jìn)而導(dǎo)致輸出信號(hào)幅度變化， 使得輸出的信號(hào)幅度值不能在高頻 時(shí)滿足要求。 所以用本設(shè)計(jì)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)放大器增益的大小， 使輸出信號(hào)幅度保 持不變，又稱作自動(dòng)增益控制放大器設(shè)計(jì)。 本課題采用數(shù)字電路

3、控制放大器的增益，通過閉環(huán)操作，使用 MSP430 為開 發(fā)平臺(tái)，通過采用對(duì)信號(hào)幅度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)， 解決由于輸入頻率變化而引起的放大 器輸出幅度的變化，實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)獲得穩(wěn)定輸入幅度的設(shè)計(jì)。 由于放大器的內(nèi)部元件的影響使得它的可用性有一定的頻率范圍， 所以本設(shè)計(jì)就 是在保證放大器正常工作的情況下對(duì)原輸出有損信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。 AGC 電路由可 控增益電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換，峰值監(jiān)測(cè)電路和顯示電路五部分組成。 本課題所要介紹的內(nèi)容有自動(dòng)控制增益的原理， MSP430 的掌握，以及自動(dòng) 增益電路各部分的工作原理。最后對(duì)系統(tǒng)中 ADC 電路和 DAC 電路測(cè)量并對(duì)測(cè) 試結(jié)果和實(shí)際中的問題做

4、一定的分析。 關(guān)鍵字 ：自動(dòng)控制增益 放大器 MSP430 補(bǔ)償 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) Abstract In the modern electronic equipment, the most common circuit structure is amplifier. In the process of learning Electronic technology basic we know, amplifier internal structure that is the existence of the capacitance will affect

5、 the amplifiers gain when amplifier is in the high frequency state lead to the output signal amplitude variation, make the output signal amplitude value cannot meet the requirements when in high frequency.So this design can use to automatically adjust to the size of the amplifier output signal and a

6、mplitude remains the same, namely the automatic gain control amplifier design. This subject adopts digital control circuits to control the amplifier gain with the closed loop operation, using MSP430 for development platform and through making use of amplitude compensation technology ro solve the amp

7、lifier output amplitude changing owing to the input frequency s variation.Finally it will realize the automatic adjustment gain, so as to achieve a stable input the amplitude of the design. Amplifier has its availability has certain frequency range due to the influence of the internal components of

8、the amplifier so this design is that output signal of the original will be adjusted in the normal work of the amplifierAGC circuit consist of controllable gain circuits, analog-to-digital conversion, digital -to- analog conversion, peak monitoring circuit and display circuit five parts. This topic t

9、o be presented are the contents of the principle of automatic control gain, having a command of MSP430, as well as the circuit principle of the automatic gain circuit each part. In the end, in the system ADC and DAC circuit will be in measure and do some analysis to the result of the test and the ac

10、tual problems. Key word: automatic control gain amplifier MSP430 compensation II 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 引言 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)和電子設(shè)備中 , 為了提高技術(shù)性能指標(biāo) , 或者實(shí)現(xiàn)某些特定 的要求, 廣泛的采用自動(dòng)控制電路。自動(dòng)增益控制電路的使用具有重要的實(shí)際意 義。因?yàn)樵诟鞣N通信系統(tǒng)中，由于受放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尤其是極間電容的影響， 當(dāng)放大器工作頻率太高或太低時(shí)所輸出的信號(hào)也會(huì)改變， 使信號(hào)傳輸受損。 如果 接收機(jī)增益不變，則信號(hào)太強(qiáng)時(shí)會(huì)造成飽和和阻塞，而信號(hào)太弱時(shí)又可能丟失。 我們

11、希望放大器的增益能隨輸入信號(hào)的強(qiáng)弱而變化， 信號(hào)強(qiáng)時(shí)， 則增益低；信號(hào) 弱時(shí)，則增益高。 因此對(duì)于強(qiáng)弱經(jīng)常變化的信號(hào)采用自動(dòng)增益控制， 不失為一種 很好的選擇。自動(dòng)增益控制放大電路（ AGC電路）其主要功能是根據(jù)輸出信號(hào)電 平的大小，調(diào)整放大器的增益，從而使輸出信號(hào)電平保持穩(wěn)定。 對(duì)于自己，以前用做運(yùn)算放放大實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)輸入的信號(hào)頻率高到一定程 度時(shí)，輸出信號(hào)波形幅度有所變化， 即放大倍數(shù)小于理論算出的增益大小， 而且 頻率越高，增益越小，當(dāng)時(shí)覺得應(yīng)該是自己搭電路時(shí)不規(guī)范所致，沒有太在意， 但是隨著學(xué)習(xí)的深入我逐漸的了解到， 放大器放大倍數(shù)減小并不是偶然因素引起 而是由于放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)即極

12、間電容導(dǎo)致了這中現(xiàn)象。 總有理論的學(xué)習(xí)還不能讓 我有多大深入了解， 正好畢業(yè)設(shè)計(jì)的這個(gè)題目給了我這個(gè)驗(yàn)證并擴(kuò)展的機(jī)會(huì)。 所 以本設(shè)計(jì)就是基于放大器在高頻時(shí)的這種增益減小現(xiàn)象為課題來展開分析。 自動(dòng)增益控制電路包括放大器輸出信號(hào)幅度檢測(cè)電路、 模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、 幅度比較模塊以及電壓控制增益電路。在對(duì)增益控制的速度要求不高的情況下， 使用微控制器是一種合適地選擇，因?yàn)樗С?C語言開發(fā)。 TI 公司的 MSP430系 列芯片具有的片內(nèi)模擬 / 數(shù)字轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器以及低功耗特點(diǎn)使其能夠方便 地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)。 總體來說本設(shè)計(jì)是采用數(shù)字的方法實(shí)現(xiàn)模擬信 號(hào)的調(diào)節(jié)。 將模擬量采樣轉(zhuǎn)

13、換為數(shù)字量， 雖然采樣值與實(shí)際值有所誤差， 但數(shù)字 處理方法的也可以達(dá)到很高的精度， 并且相對(duì)于模擬信號(hào)出來來說， 大大減小了 干擾量，即數(shù)字信號(hào)差錯(cuò)可控。 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 1 方案論證 按照被處理信號(hào)所具有的特點(diǎn)，應(yīng)用系統(tǒng)可以被劃分為數(shù)字系統(tǒng)和模擬系 統(tǒng)。因此實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的方法可以有數(shù)字和模擬兩種方法。 數(shù)字方法又分組合邏輯 電路的實(shí)現(xiàn)和軟件編程實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字系統(tǒng)具有容易設(shè)計(jì)、 整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度以及精 度容易保持一致、信息存儲(chǔ)方便、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 模擬系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能好， 而且自然界的大多數(shù)信號(hào)是模擬信號(hào)，系統(tǒng)的逼真度好。 本章首先對(duì)當(dāng)前用于設(shè)計(jì)數(shù)字

14、電路和系統(tǒng)的主要器件的特點(diǎn)進(jìn)行討論； 接著 對(duì)在數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì) 課程中學(xué)習(xí)的由標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件組成的數(shù)字電路分析和 設(shè)計(jì)方法進(jìn)行回顧； 然后介紹解決基于標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件設(shè)計(jì)電路所具有的電路可靠 性低、修改電路設(shè)計(jì)困難的方法： 采用可編程邏輯器件進(jìn)行討論， 最后給出本設(shè) 計(jì)中所采用的器件。 1.1 總體方案 方案一 ：模擬電路實(shí)現(xiàn)。 在電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)課程中我們知道負(fù)反饋的原理可以穩(wěn)定放大電路的工 作點(diǎn)，此外，還可以增加增益的恒定性，減小非線性失真，擴(kuò)展頻帶以及控制輸 入輸出阻抗等。 雖然從負(fù)反饋的作用來看， 可以減小非線性失真與擴(kuò)展頻帶， 但 是這種穩(wěn)定也是基于放大電路在可工作頻率范圍， 同樣避免不

15、了在高頻時(shí)極間電 容對(duì)電路的影響。所以采用負(fù)反饋的方法只能對(duì)本設(shè)計(jì)有所改善但不能很好的完 成設(shè)計(jì)。 放大電路的反饋方框圖如下 1.1 所示： 1.1 反饋方框圖 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 方案 二：數(shù)字電路實(shí)現(xiàn) 從數(shù)字信號(hào)的處理方法實(shí)際應(yīng)用情況，數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法分成兩類， 一類是軟件實(shí)現(xiàn)， 一類是硬件實(shí)現(xiàn)。 在工作原理方面， 數(shù)字電路又可以被劃分為 標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、微處理器。這兩種方法的具體闡述如下： 標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件： 它的實(shí)現(xiàn)一般按照以下步驟進(jìn)行： 1) 列真值表 2) 畫卡諾圖 3) 化簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式 4) 根據(jù)表達(dá)式選取相應(yīng)的邏輯器件連線 微處理器： 微型

16、計(jì)算機(jī)( PC)是最常見的計(jì)算機(jī)，它由一些數(shù)字集成電路芯片組成， 這些芯片包括微處理器芯片、存儲(chǔ)器芯片以及輸入 /輸出接口芯片等。實(shí)際中， 計(jì)算機(jī)可以完成人類所能完成的大部分東西， 而且還可以更快更精確， 所以它的 高速讓人們有了很大的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)依靠所運(yùn)行的軟件(程序)來完成工作。這 個(gè)軟件是人們給計(jì)算機(jī)的一組完整的指令， 指令告訴計(jì)算機(jī)其操作的每一步應(yīng)該 干什么。這些指令以二進(jìn)制代碼的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中， 計(jì)算機(jī)從存儲(chǔ) 器中一次讀取一條指令代碼，并完成由指令代碼指定的操作。 通過編寫軟件可以控制計(jì)算機(jī)完成不同的工作， 這個(gè)特點(diǎn)使得設(shè)計(jì)靈活性得 到提高。當(dāng)修改系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)， 設(shè)計(jì)者只需

17、要改變軟件， 不需要或者較少需要修改 電路連線。由于計(jì)算機(jī)一次只能執(zhí)行一條指令， 因此它的主要局限性是工作速度。 采用硬件方案設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)總是比軟件方案的數(shù)字系統(tǒng)的工作速度快。 集成電路制造工藝的發(fā)展使得在一個(gè)芯片上制造大量的數(shù)字電路成為可能， 這也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。 把計(jì)算機(jī)中的微處理器芯片、 存儲(chǔ)器芯片以及輸 入/輸出接口芯片等做在一塊芯片上就形成單片機(jī)，有的文獻(xiàn)上它也被稱作為微 控制器。 綜述：通過方案論證比較，以及幾種方案對(duì)本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)性的難易程度來講， 我們采用軟件微處理器的方法即采用 MSP430 來實(shí)現(xiàn)本次課題的要求。 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的

18、實(shí)現(xiàn) 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)原理框圖如圖 2.1 所示。該系統(tǒng)中包括數(shù)字和模擬兩部分。數(shù) 字部分有 ADC ，DAC 模塊。模擬部分有放大電路和顯示電路。 設(shè)計(jì)采用閉環(huán)操作， 首先向放大器中輸入幅度恒定的正弦信號(hào)， 從 VCA822 放大器輸出端的信號(hào)分兩路， 一路信號(hào)輸出送入示波器觀察輸出信號(hào)峰值是否滿 足設(shè)計(jì)要求，另一路信號(hào)輸出送到 MSP430進(jìn)行采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換， 由于要使信號(hào)輸 出幅度值恒定， 而且采樣補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?也就是實(shí)際信號(hào)與參考值進(jìn)行比較， 所以 CPU 內(nèi)部應(yīng)該設(shè)定這個(gè)要求的參考值。 CPU 的操作就是將采樣得到的數(shù)字信號(hào) 和要求的信號(hào)峰值比較（當(dāng)然也轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才可以比較

19、） ，如果采樣峰值和參 考值一樣不做處理， 如果采樣峰值比參考值小， 則輸出信號(hào)需要放大， 經(jīng)運(yùn)算就 可以算出需要放大器放大的差值大小， 同理也可以算出采樣值比參考值大時(shí)需要 放大器減小的差值大小， 當(dāng)這個(gè)差值算出來后， 就把這個(gè)值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換再次送 到 VCA822 程控芯片 ，通過用這個(gè)值轉(zhuǎn)換為電壓去控制芯片，也就是控制放器 的增益大小，依次反復(fù)比較與調(diào)整，直到輸出信號(hào)的幅度趨于恒定。 圖 2.1 系統(tǒng)原理框圖 另外需要說明的是，如果將原始輸入信號(hào)和經(jīng)過修正后的信號(hào)同時(shí)加到 VCA822 芯片，這兩路信號(hào)會(huì)相互影響，帶來很大的誤差，甚至不能測(cè)量，所以 必須在他們的前級(jí)各加一級(jí)隔離電路，即跟

20、隨器。對(duì) VCA822 調(diào)整是對(duì)電壓 VG 做處理，從 AD 輸出的電壓值不可以直接送到該芯片， 還得通過一個(gè)反相器才可 以，以上的原理框圖中沒有畫出，但實(shí)際中需要注意。 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 3 MSP430 概述 3.1 TI 公司的 MSP430 介紹 3.2 MSP430F169 3.3 最小系統(tǒng) -復(fù)位電路 4 單元模塊電路 4.1 信號(hào)峰峰值檢測(cè)電路 方案一： 在通信原理的學(xué)習(xí)中， 我們知道對(duì)信號(hào)的檢測(cè)可以用檢波電路實(shí)現(xiàn)， 檢 波電路是由二極管， 電容和電阻組成。 這個(gè)檢波電路是根據(jù)電容充放電的原理實(shí) 現(xiàn)。原理圖如下所示 . 由于負(fù)載電容 C的高

21、頻阻抗很小，因此高頻電壓大部分加 到二極管 D 上。在信號(hào)正半軸，二極管導(dǎo)電，并對(duì)電容充電，由于二極管導(dǎo)通后 的內(nèi)阻很小，所以充電電流 i 很大，是電容上的電壓在很短時(shí)間內(nèi)就接近最大值。 這時(shí)二極管導(dǎo)通與否， ，由電容上的電壓和輸入信號(hào)共同決定。當(dāng)信號(hào)電壓下降 到小于電容上的電壓時(shí)， 二極管截止， 點(diǎn)頭就會(huì)通過負(fù)載電阻 R 放電。當(dāng)電容上 的電壓下降不多是， 第二個(gè)正半周期的電壓又超過二極管上的負(fù)壓使二極管又導(dǎo) 通，就這樣不斷循環(huán)反復(fù)，就可以得到信號(hào)波形，進(jìn)而得到峰峰值。但是這個(gè)檢 波電路適合高頻信號(hào)的應(yīng)用， 本此設(shè)計(jì)中的信號(hào)頻率時(shí)變化的， 從低頻一直加到 高頻。所以當(dāng)輸入信號(hào)頻率低時(shí)，不能完

22、成測(cè)量。 4.1 檢波電路 方案二：采用 AD536芯片。該芯片的作用是將輸入正弦信號(hào)的峰峰值轉(zhuǎn)換為有效 值。采用本芯片將轉(zhuǎn)換為的有效值輸入到 MSP43，0 利用 AD進(jìn)行多次采樣，求平 均值，并利用交流信號(hào)有效值計(jì)算的方法得出信號(hào)峰峰值， 然后和已知幅度對(duì)比 再做一定的處理，就可以完成滿足要求的設(shè)計(jì)。 但是 AD536的轉(zhuǎn)換速度相對(duì)較慢， 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 經(jīng)過測(cè)量大致需要 1s 才可以完成轉(zhuǎn)換。所以采用它比較耗時(shí)。 方案三： 直接用軟件進(jìn)行測(cè)量。具體如下：采用 MSP43，0 直接對(duì)輸入信號(hào)在一 個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行多次采樣， 通過軟件編程即比較可以得到采

23、樣信號(hào)的最大值與最小 值，兩者相減得到的就是信號(hào)的峰峰值， 當(dāng)然對(duì)信號(hào)一個(gè)周期采樣所得到的信號(hào) 幅度大小也是不穩(wěn)定的， 所以可以對(duì)信號(hào) N 個(gè)周期重復(fù)采樣得到 N個(gè)峰峰值，對(duì) 這幾個(gè)值求平均， 就可以得到相對(duì)穩(wěn)定準(zhǔn)確的幅度值。 這樣做的測(cè)量速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快 于采用 AD536芯片的轉(zhuǎn)換速度。 綜上所述：直接采樣求最大值與最小值不僅節(jié)約資源而且處理速度也加快。 基于此，本設(shè)計(jì)不用 AD536 ，而直接用采樣，即 MSP430。 這部分主要講解設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊的介紹， 包括四部分： 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路， 模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路，放大電路 VCA822和顯示模塊。 則峰峰值檢測(cè)電路的代碼如下： int vpp(void)

24、 unsigned char t,k; for(t=0;t10;t+) TACTL=TASSEL1+TACLR; CCTL0=CCIE; CCR0=10; TACTL|=MC0; delay_1ms( ); cmp1=0; cmp2=4095; for(k=0;kcmp1) cmp1=ram_datak; if(ram_datakcmp2) cmp2=ram_datak; chajut=cmp1-cmp2; for(t=0;tchajut+1) chajut+1=chajut; chaju10=sum/10;*/ return chaju9; 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路

25、的實(shí)現(xiàn) 4.2 顯示電路介紹 4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 4.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC12 MSP430F169芯片內(nèi)包含大量外圍模塊。其他系列單片機(jī)或多或少需要外部 擴(kuò)展器件才能實(shí)現(xiàn)功能，如 RAM,ROM,A/D轉(zhuǎn)換， D/A 轉(zhuǎn)換等 MSP430系列單片機(jī) 內(nèi)部就可以完成。 這樣省去了大量硬件的開發(fā)調(diào)試工作， 提高了工作效率， 系統(tǒng) 可靠性，抗干擾能力也得到顯著改， 并且可使系統(tǒng)體積進(jìn)一步小型化。 本設(shè)計(jì)中 需要對(duì)輸入信號(hào)采樣， 所以用到 ADC，MSP430F169自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊， 接下來就模數(shù)模塊做基本介紹。 ADC12支持 12 位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換， ADC12模塊主要由 SA

26、R核，采樣時(shí)鐘電路， 參考 電壓發(fā)生器， 采樣保持電路以及采樣時(shí)間定時(shí)電路， 多路模擬信號(hào)選擇器， 轉(zhuǎn)換 結(jié)果存儲(chǔ)控制器等。 （1）參考模塊 所有模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)， 通常為電壓基準(zhǔn)。 從圖 中我們可以看到， ADC126 中可編程選擇，有內(nèi)部基準(zhǔn) 1.5V 或 2.5V 電壓，這兩 個(gè)電壓的選取可以由位 REFON和 INCH的組合來決定；也有外部基準(zhǔn)， VeREF+、 VREF+ 、VREF-/ VREF+這幾種電壓的選取可以位 REFON控制參考電壓的的打開與 關(guān)閉，再通過位 SREF1，SREF0 的不同組合來決定。這樣可以靈活設(shè)置參考電 壓發(fā)生器。 （2）模擬多

27、路器模塊 當(dāng)對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并進(jìn)行 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)，為了共用一個(gè)轉(zhuǎn)換內(nèi)核， 模擬多路器需要分時(shí)的將多個(gè)模擬信號(hào)接通，即每次接通一個(gè)信號(hào)采樣并轉(zhuǎn)換。 MSP430F169的 ADC12 配置有 8 路外部通道與四路內(nèi)部通道， 通過 A0A7 實(shí)現(xiàn) 尾部 8 路模擬信號(hào)的輸入。 這樣可以同時(shí)對(duì)多路模擬信息進(jìn)行測(cè)量與控制， 從而 滿足實(shí)際控制欲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的要求。 （3）具有采樣與保持功能的 12 位轉(zhuǎn)換內(nèi)核 ADC12 內(nèi)核是一個(gè)十二位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并能夠?qū)⒔Y(jié)果存放在轉(zhuǎn)換器中。 該內(nèi)核使用兩個(gè)可編程參考電壓（ VR+和 VR-）定義轉(zhuǎn)換的最大值與最小值。當(dāng) 輸入模擬電壓等于或高于 VR+

28、時(shí)， ADC12 輸出慢量程值 0FFFH,當(dāng)輸入電壓等于 或小于 VR+時(shí)， ADC12 輸出 0，輸入模擬電壓的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果滿足公式： 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) NADC 4095 VIN VR ，其中 VIN 等于輸入模擬電壓， VR 為參考電壓的負(fù)電壓 VR VR （一般為 0V）， VR 為參考的正電壓。 因?yàn)?ADC12 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間來完成量化和編碼操作，對(duì)高速變化信號(hào) 進(jìn)行瞬時(shí)采樣時(shí)，不等 A/D 轉(zhuǎn)換完畢，采樣的值卻已經(jīng)改變。為了保證轉(zhuǎn)換精 度 ADC12 內(nèi)核具有采樣和保持功能，即使現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)變化比較快，也不會(huì)影 響 ADC12 的轉(zhuǎn)換

29、。采樣狀態(tài)，輸出隨輸入而變化，保持狀態(tài)，輸出保持某個(gè)值 一段時(shí)間以備轉(zhuǎn)換。 （ 4） 采樣采樣及轉(zhuǎn)換所需時(shí)序控制電路。 這個(gè)模塊提供采樣及轉(zhuǎn)換所需的各種時(shí)鐘信號(hào)： ADC12CLK 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，SHT 控制采樣周期， ADC12SSELx 選擇的內(nèi)核時(shí)鐘源， ADC12DIV 選擇分頻系數(shù)， 從圖也可以看出，由位 ADC12SSELx 可以選擇時(shí)鐘源為主時(shí)鐘 MCLK ，輔助時(shí) 鐘 ACLK 和子時(shí)鐘 SMCLK ，時(shí)鐘源選擇之后又可以根據(jù)實(shí)際情況通過位 ADC12DIVx 將時(shí)鐘源進(jìn)行 1/2/4/8 倍數(shù)的分頻，最后產(chǎn)生出 ADC12CLK 轉(zhuǎn)換時(shí) 鐘。 （5）轉(zhuǎn)換結(jié)果緩存 ADC 共有 1

30、6 個(gè)轉(zhuǎn)換寄存器暫存轉(zhuǎn)換結(jié)果，為 ADCMEMx ，即采樣編碼完 成后硬件會(huì)自動(dòng)將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到相應(yīng)的 ADCMEMx 。另外，每個(gè)轉(zhuǎn)換寄存器 ADCMEMx 都有自己對(duì)應(yīng)的控制寄存器 ADCCTLx 。 4.3.2 ADC12 相關(guān)寄存器介紹 MSP430系列微控制器最多可以提供 8個(gè)數(shù)字輸入 /輸出端口， P1P8。每個(gè) 數(shù)字輸入 /輸出端口最多可以提供 8 個(gè)數(shù)字輸入 /輸出管腳， Px.0Px.7。這里的 x 表示可以提供 8 個(gè)數(shù)字輸入 /輸出端口中的任意一個(gè)。 P1和 P2端口具有中斷能力，它們具有各自獨(dú)立的中斷矢量。 P1和 P2端口 的每 1 個(gè)管腳的中斷可以獨(dú)立配置和使能，

31、但是每個(gè)端口的所有管腳共用一個(gè)中 斷矢量。當(dāng)然并不是所有芯片都能夠提供所有這些數(shù)字輸入 /輸出管腳資源。數(shù) 字輸入 /輸出端口的相關(guān)寄存器包括任意端口都具有的寄存器和只有 P1 端口和 P2 端口具有的寄存器。前者包括輸入寄存器（ PxIN）、輸出寄存器（ PxOUT）、 方向寄存器（ PxDIR ）和功能寄存器（ PxSEL）；后者還包括中斷使能寄存器 （ PxIE）、中斷觸發(fā)邊沿選擇寄存器（ PxIES）和中斷標(biāo)志寄存器（ PxIFG）。 ADC12 有大量的控制寄存器供用戶使用。在這里我們只對(duì)用到的相關(guān)寄存 器做詳細(xì)介紹 10 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 1

32、）轉(zhuǎn)換寄存器 ADC12CTL0 ADC12CTL0 寄存器各位含義如下： 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位名稱 SREFx ADC12SHTx ADC12SR REFO REFBUR UT ST 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw rw 復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位名稱 MSC REF2_5 V REFON ADC12 ON ADC1 0IE ADC12IFG ENC ADC12S C 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw rw 復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 注：標(biāo)注為陰影的數(shù)據(jù)位僅能

33、在位 ENC=0 的前提下才能修改。 ADC12SC 采樣 /轉(zhuǎn)換控制位 0 沒有采樣和轉(zhuǎn)換 1 開始采樣和轉(zhuǎn)換 ENC 轉(zhuǎn)換允許位 0 ADC12 為初試狀態(tài)，不能啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，即 AD 不使能 1 首次轉(zhuǎn)換由 SAMPCON 上升沿啟動(dòng) 只有該位為高電平時(shí)，才能用軟件或外部信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 ADC12ON ADC12 內(nèi)核控制位 0 關(guān)閉 ADC12 內(nèi)核 1 打開 ADC12 內(nèi)核 REFON 參考電壓控制位 0 內(nèi)部參考電壓發(fā)生器關(guān)閉 1 內(nèi)部參考電壓發(fā)生器打開 SHT1， SHT0 采樣保持定時(shí)器 1，采樣保持定時(shí)器 0 分別 定義了 保存 在轉(zhuǎn)換結(jié) 果寄 存器 ADC12MEM

34、8ADC12MEM15 和 ADC12MEM0ADC12MEM7 中轉(zhuǎn)換采樣時(shí)序與采樣時(shí)鐘 ADC12CLK 的關(guān)系。 采樣周期是 ADC12CLK 周期乘 4 的整數(shù)倍，即： tsample 4 tADC12CLK SHTx 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1215 n 1 2 4 8 16 24 32 48 64 96 128 192 256 （ 2）轉(zhuǎn)換寄存器 ADC12CTL1 ADC12CTL1 寄存器各位含義如下： 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位名稱 INCHx SHSx ADC10 ISSH 11 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益

35、控制電路的實(shí)現(xiàn) DF 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw rw 復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位名稱 ADC10DIVx ADC10SSELx CONSEQx ADC10BUSY 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw r 復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 注：標(biāo)注為陰影的數(shù)據(jù)位僅能在位 ENC=0 的前提下才能修改。 ADC12BUSY ADC12 忙標(biāo)志 0 表示沒有活動(dòng)的操作 1 ADC12 正處于采樣采樣期間 Note：此寄存器只用于單通道轉(zhuǎn)換模式 ADC12SSEL ADC12 內(nèi)核時(shí)鐘源選擇 0 ADC

36、12 內(nèi)部時(shí)鐘源為 ADCOSC 1 ACLK 2 MCLK 3 SMCLK ADC12DIV ADC12 時(shí)鐘源分頻因子選擇位。 從 000111分別將時(shí)鐘源分為 1/2/3/4/5/6/7/8 種。 ( 3)存儲(chǔ)及其控制寄存器： ADC12MCTL0 ADC12MCTL15 ADC12MEM0 ADC12MEM15 ADC12MEMx 轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)寄存器 這個(gè)寄存器是 16位的，用來存放 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 ADC12MCTLx 轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)控制寄存器 由于每一個(gè)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器有一個(gè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換器控制寄存器，所以在進(jìn)行 CSSTARTADD 轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器地址位設(shè)置的同時(shí)，也確定了 ADC12MCTLx AD

37、C12MCTLx 寄存器各位定義如下： 位 7 6，5，4 3，2，1，0 位名詞 EOS SREF INCH 操作方式 rw rw rw 復(fù)位值 0 0 0 INCH 選擇模擬輸入通道。該 4 位所表示的二進(jìn)制數(shù)為所選的模擬輸入通道 07 A0A7 以上是相關(guān)寄存器的介紹，接下來用一個(gè)子函數(shù)編寫數(shù)模轉(zhuǎn)換器的程序，如下： void int_adc(void) ADC12CTL0 ADC12CTL0|=REFON+SHT0_1+REF2_5V+ADC12ON; 12 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) ADC12CTL1|=ADC12DIV_0+CSTARTADD_1+AD

38、C12SSEL1; ADC12MCTL1|=INCH_1; ADC12CTL0|=ENC; P6SEL|=BIT1; P6DIR 定時(shí)器中斷采樣函數(shù)： #pragma vector=TIMERA0_VECTOR _interrupt void Timer_A1(void) ADC12CTL0|=ADC12SC; / ADC 轉(zhuǎn)換軟件啟動(dòng)控制位使能 ADC12CTL0 / ADC 轉(zhuǎn)換軟件啟動(dòng)控制位清除 / 手冊(cè)指出 ADC12SC 位可以自動(dòng)清零 while(ADC12CTL1 / 等模擬 / 數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)束 ram_datai+=ADC12MEM0; / 讀取 ADC 通道 0 結(jié)果 if(i

39、=200) TACTLi=0; 4.3.3 MSP430(169) 片內(nèi) ADC12 轉(zhuǎn)換特性測(cè)量 顯示數(shù)據(jù)為 10 次轉(zhuǎn)換結(jié)果求平均，模擬電壓測(cè)試儀表為 M890D 三用表， 20V 檔。 表 1 MSP430 片內(nèi) ADC12 轉(zhuǎn)換特性 輸入模擬電壓（ V ） 測(cè)量模擬電壓（ V ） 絕對(duì)誤差（ V ） 相對(duì)誤差（ %） 0.00 0.0021/0.0088 0.0055 / 0.10 0.1002/0.1072 0.0037 3.700 0.20 0.1987/0.2038 0.0013 0.650 0.30 0.2981/0.3051 0.0016 0.533 0.40 0.3992/

40、0.4038 0.0015 0.375 0.50 0.4993/0.5040 0.0017 0.340 0.60 0.5991/0.6043 0.0023 0.383 0.70 0.6988/0.7027 0.0007 0.100 0.80 0.7980/0.8037 0.0009 0.113 0.90 0.8981/0.9046 0.0014 0.156 1.00 0.998/1.004 0.001 0.100 1.10 1.099/1.106 0.003 0.273 1.20 1.198/1.203 0.001 0.083 1.30 1.297/1.304 0.001 0.077 13 基

41、于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 1.40 1.397/1.405 0.001 0.072 1.50 1.497/1.505 0.001 0.067 1.60 1.597/1.604 0.001 0.063 1.70 1.698/1.703 0.001 0.059 1.80 1.798/1.804 0.001 0.057 1.90 1.899/1.904 0.002 0.105 2.00 2.002/2.008 0.005 0.25 2.10 2.097/2.106 0.002 0.095 2.20 2.197/2.206 0.002 0.091 2.30 2.298/2

42、.304 0.001 0.044 2.40 2.398/2.402 0.000 0.000 2.50 2.498/2.501 -0.001 -0.04 2.60 2.596/2.603 -0.001 -0.039 2.70 2.698/2.706 0.002 0.074 2.80 2.797/2.803 0.000 0.000 2.90 2.896/2.902 -0.001 0.035 3.00 2.996/3.002 -0.001 -0.033 3.10 3.098/3.103 0.001 0.032 3.20 3.197/3.203 0.000 0.000 3.31 3.304/3.307

43、 -0.005 0.151 從表中可以看到，當(dāng)輸入信號(hào)小時(shí)，所得信號(hào)誤差值大，當(dāng)輸入信號(hào)大時(shí)， 所得信號(hào)誤差小，并隨著輸入信號(hào)值的增大，誤差值趨于穩(wěn)定。 出現(xiàn)以上結(jié)果的原因是由于 ADC 轉(zhuǎn)換的結(jié)果是經(jīng)過采樣量化和編碼后得到 的，所以肯定存在誤差，另外，學(xué)習(xí)通信原理課程時(shí)我們知道，編碼分為均勻編 碼和非均勻編碼。 均勻編碼對(duì)小信號(hào)編碼時(shí)， 設(shè)備與計(jì)算簡(jiǎn)單， 但對(duì)小信號(hào)輸出 不使用，輸出的信噪比??；所以為了克服這個(gè)缺點(diǎn)， 改善小信號(hào)時(shí)的信號(hào)量噪比， 實(shí)際中通常采樣非均勻編碼的方法。 ADC 采用的就是均勻編碼。 4.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 4.4.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC12 本設(shè)計(jì)中需要將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的

44、數(shù)據(jù)做一定的處理之后再轉(zhuǎn)化為模擬電壓值 輸出，以控制放大器的工作。上面介紹了 ADC 的各模塊與工作過程與代碼， DAC 電路與 ADC 很相似。 MSP430 的 DAC 模塊是 12 位、電壓輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊， 在使用過程中可以 被設(shè)置為 0 位或者 12 位的轉(zhuǎn)換模式，并能夠和 DMA 結(jié)合使用，當(dāng) MSP430 內(nèi) 部有多個(gè) DAC12 模塊時(shí)， MSP430 可以對(duì)他們進(jìn)行統(tǒng)一管理，并能夠做到同步 更新。 14 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 為了更好了理解和應(yīng)用 MSP430DAC 模塊，了解 DAC 模塊的結(jié)構(gòu)與功能是 很有必要的。 從圖中我們可以看到

45、MSP43016X 系列的 DAC 模塊包括兩個(gè) DAC 轉(zhuǎn)換通 道：DAC12_0 和 DAC12_1 ，這兩個(gè)通道在操作上完全平等。每個(gè)轉(zhuǎn)換通道有內(nèi) 部參考源發(fā)生器， DAC12 內(nèi)核，數(shù)據(jù)，電壓輸出緩存器等。 1）參考模塊 ADC12 介紹中我們知道， 數(shù)模轉(zhuǎn)換器也需要一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)， 也就是電壓基準(zhǔn)。 參考電壓是唯一影響 DAC12 輸出結(jié)果的模擬參考量，是 DAC12 轉(zhuǎn)換模塊的主 要部分。DAC12 可以選擇內(nèi)部或外部參考源內(nèi)部參考源就是用 DAC12SREFx 位 選擇 DAC12 的 1.5V 或者 2.5V 電壓，當(dāng) DAC12SREF=（0,1）時(shí)，參考源為 VREF+， 當(dāng)

46、 DAC12SREF=（ 2,3）時(shí)，參考源為 VeREF+，只有在 ADC12 模塊中進(jìn)行相關(guān)設(shè) 置之后， DAC12 才能使用它的內(nèi)部參考源。 2）DAC12 內(nèi)核 用 DAC12RES 位選擇 DAC12 的 8 位或 12 位精度， DAC12 位選擇 DAC12 的最大輸出電壓為參考電壓的 1倍或者 3倍，于是用戶可以動(dòng)態(tài)控制 DAC12 的 范圍。 DAC12 的主要特征有 （1）12位的分辨率 （2）內(nèi)部或外部參考電壓 （3）支持無符號(hào)和有符號(hào)數(shù)據(jù)輸入 （4）具有自檢驗(yàn)功能 （5）可直接用存儲(chǔ)器存取 4.4.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC12 寄存器 DAC12 的很多操作都是通過對(duì)它的內(nèi)

47、部寄存器的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的。相關(guān)寄存器介 紹如下： （ 1） DAC12_xCTL DAC12 控制寄存器 DAC12 xCTL 寄存器各位定義如下： 位 15 14 13 12 11 10 9 8 位名稱 保留 DAC2REFx DAC12REs DAC12LSELx DAC12C DAC12 ALON IR 操作方式 rw rw rw rw rw rw rw rw 復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位名稱 DAC12AMPx DAC12DF DAC1 DAC12 DAC12E DAC12 2IE IFG NC GRP 操作方式 rw rw rw rw

48、rw rw rw rw 15 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) 復(fù)位值 0 0 0 0 0 0 0 0 注：標(biāo)注為陰影的數(shù)據(jù)位僅能在位 ENC=0 的前提下才能修改。 DAC12RES 選 擇 DAC12分辨率 0 12 位分辨率 1 8 位分辨率 DAC12IR DAC12輸入范圍選擇位，設(shè)定輸入?yún)⒖茧妷汉洼敵龅年P(guān)系 0 DAC12的滿量程輸出為參考電壓的 3 倍 1 DAC12的滿量程輸出等于參考電壓 DAC12REFx 選擇參考電壓 00 VREF+ 01 VREF+ 10 VeREF+ 11 VeREF+ DAC12AMPx DAC12 運(yùn)算放大器設(shè)置位 選擇

49、DAC12 輸入和輸出的穩(wěn)定時(shí)間及電流消耗。穩(wěn)定時(shí)間是 DAC12 模塊的 一個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)，當(dāng)輸入到 DAC12 的數(shù)碼發(fā)生變化時(shí)，模擬輸出電壓也要跟 著變化，經(jīng)過一定時(shí)間才能使新的模擬電壓穩(wěn)定下來，這段時(shí)間就是 DAC12 穩(wěn) 定時(shí)間， DAC12AMPx 的控制功能如下表 DAC12AMPx 輸入緩沖器 輸出緩沖器 000 關(guān)閉 DAC12 關(guān)閉，輸出高阻 001 關(guān)閉 DAC12 關(guān)閉，輸出） 0V 電壓 010 低速度 /電流 低速度 /電流 011 低速度 /電流 中速度 /電流 100 低速度 /電流 高速度 /電流 101 中速度 /電流 中速度 /電流 110 中速度 /電流

50、 高速度 /電流 111 高速度 /電流 高速度 /電流 2) DAC12 xDAT DAC12 數(shù)據(jù)寄存器 位 15 14 13 12 110 位名稱 0 0 0 0 DAC12 數(shù)據(jù) 操作方式 rw rw rw rw rw 復(fù)位值 0 0 0 0 0 16 基于 MSP430 系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn) DAC12_xDAT 高四位經(jīng)常為零，不影響 DAC12 轉(zhuǎn)換。當(dāng) DAC12 工作于 12 為模式時(shí)， DAC12_xDAT 的最大值為 0FFFH，若值超過這個(gè)最大值，則高位部 分被忽略。同理 DAC12 工作于 8 位模式。 DAC12 的源代碼如下所示： #include

51、 或數(shù)據(jù)的頭函數(shù) / 包含名稱定義和對(duì)應(yīng)地址 void int_clk(void); 函數(shù) / 聲明系統(tǒng)時(shí)鐘 XT2 初始化 int main(void) unsigned char data_dac; unsigned char delay_dac; 度的延遲變量 int_clk( ); WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; P6SEL=0 xff; 輸入 / 輸出口 P6DIR=0 xff; ADC12CTL0=REF2_5V+REFON; 未連接，必須使用參考電壓 VREF+ DAC12_0CTL=DAC12IR+DAC12AMP1; / 主函數(shù) / 聲明存儲(chǔ)待轉(zhuǎn)換數(shù)字的變量 / 聲明用于檢測(cè) DAC 工作速 / 系統(tǒng)時(shí)鐘初始化 / 關(guān)閉看門狗 / 設(shè)置 P6 端口為特殊功能 / 設(shè)置 P6 端口為輸出口 / 電路板上 VeREF+ / 參考電壓選擇 VREF+ / 選擇 12 位分辨率 / 向 DAC12_0DATA 寫數(shù) / 模擬電壓輸出范圍與參考 / 輸出模擬模擬電壓建立時(shí) / 輸入數(shù)據(jù)格式：線性 2 進(jìn) / 不使能中斷 據(jù)觸發(fā)數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換 電壓相同 間選擇：慢 制 DAC12_1CTL=DAC12IR+DAC12AMP1; 17 基于 MSP430 系列微控制器的