MSP430控制的基于DDS的波形發(fā)生器設計

1、華中科技大學電子與信息工程系2011年TI杯電子設計大賽項目總結(jié)報告題 目：MSP430控制的基于DDS的波形發(fā)生器設計 組 長：何永天（提高0801班 U200814111） 組 員：李戀陽（提高0801班 U200812892） 袁 園（提高0802班 U200813900） 楊春風（電信0804班 U200812791）吳文彬（電信0806班 U200812863） 指導老師：陳林 日 期：2011.7.8目 錄1設計目標41.1基本功能41.2擴展功能42團隊組成53系統(tǒng)設計方案53.1幾種初步方案53.1.1方案一53.1.2方案二63.1.3方案的比較63.2器件選型73.2.1單

2、片機73.2.2數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC73.2.3壓控增益放大器73.2.4運算放大器84系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)84.1系統(tǒng)框圖84.2系統(tǒng)電路圖94.3器件清單94.4模塊分析104.4.1DDS104.4.2幅度控制114.4.3放大穩(wěn)壓134.4.4自選波形144.4.5鍵盤144.4.6LCD顯示155系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)165.1總體設計框圖165.2初始化175.3DDS185.4LCD顯示195.5DAC215.6鍵盤226系統(tǒng)測試與結(jié)果266.1總體方案選擇266.1.1原方案266.1.2遇到的障礙：276.1.3改進方案：276.2硬件電路測試276.2.1VCA810壓控放大器276.

3、2.2OPA1632286.2.3級聯(lián)286.2.4關(guān)于換備選方案286.3系統(tǒng)聯(lián)調(diào)結(jié)果286.3.1三角波、正弦波、方波測試結(jié)果286.3.2擴展波形的測試結(jié)果326.3.3擴展掃頻功能的測試結(jié)果337結(jié)束語337.1目標完成情況337.2感想338參考文獻349附錄349.1電路圖349.2源碼清單35511. 設計目標設計并制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和由用戶編輯的特定波形，并根據(jù)用戶輸入選擇產(chǎn)生指定類型與參數(shù)的波形，同時在必要的輔助輸出顯示設備上顯示產(chǎn)生波形的類型與參數(shù)。1.1 基本功能l 具有產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種周期性波形的功能；l 輸出波形的頻

4、率范圍為100Hz-20KHz（非正弦波頻率按10次諧波計算）；重復頻率可調(diào)，頻率步進間隔100Hz。l 輸出波形幅度范圍0-5V（峰峰值），可按步進0.1V（峰峰值）調(diào)整。l 由外界按鍵輸入選擇產(chǎn)生波形的種類、頻率與峰峰值；l 界面顯示輸出波形的類型、重復頻率（周期）和幅度。1.2 擴展功能l 輸出波形頻率范圍擴展至100Hz-200KHz。l 用鍵盤或其它輸入裝置產(chǎn)生任意波形。l 增加穩(wěn)幅輸出功能，當負載變化時，輸出電壓幅度變化不大于±3%（負載電阻變化范圍：100）。l 可產(chǎn)生單次或多次（1000次以下）特定波形（如產(chǎn)生1個半周期三角波輸出）。l 具有掉電存儲功能，可存儲掉電前

5、用戶編輯的波形和設置。l 其它（如增加頻譜分析、失真度分析、頻率擴展大于200KHz、掃描輸出等功能）。2 團隊組成我們的工作分為以下模塊（詳細分工在個人報告中敘述）l 前期：收集資料、方案設計、器件選型 l 硬件部分：電路參數(shù)設計、proteus制圖及硬件仿真、各單級調(diào)試、PCB布線、通用版布線、電路焊接、排查焊接錯誤 l 軟件部分： LCD模塊、鍵盤掃描模塊、DDS模塊、調(diào)頻、掃頻、模塊間接口設計與實現(xiàn)、自選波形模塊（DA部分）、軟件聯(lián)調(diào)l 后期：硬件級聯(lián)調(diào)試、軟件聯(lián)調(diào)報告書寫、文檔排版、幻燈片演示、視頻制作、答辯展示3 系統(tǒng)設計方案3.1 幾種初步方案3.1.1 方案一由MSP43F14

6、9單片機產(chǎn)生三角波、正弦波和方波，并且控制波形之間的轉(zhuǎn)換，以及波信號的頻率和幅度。用LCD液晶顯示模塊顯示波形的種類和相關(guān)參數(shù)。單片機輸出數(shù)字信號，通過DAC進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。采用低通濾波器濾除DAC轉(zhuǎn)換過程中形成的高頻小鋸齒波，運算放大器進行放大，電壓跟隨器穩(wěn)幅，最后送入示波器顯示信號。3.1.2 方案二用DDS（直接數(shù)字合成 Direct Digital Synthesis）芯片產(chǎn)生三角波、正弦波和方波，并用MSP430單片機送控制字給DDS以控制波形之間的轉(zhuǎn)換，以及波信號的頻率，通過TI公司的VCA810壓控放大器芯片進行調(diào)幅。然后通過濾波器濾除高頻噪聲，通過放大電路對信號進行放大，之后通過

7、緩沖對信號進行穩(wěn)幅，最后送入示波器顯示信號，用單片機產(chǎn)生任意波形和其他擴展功能。3.1.3 方案的比較方案一的基本思路是用單片機發(fā)出指令輸出相應的數(shù)字量，然后通過DA產(chǎn)生要求的模擬量，但是存在一個致命的問題，那就是本次的頻率基本要求為100Hz-20KHz，擴展要求是100-200KHz，但是通常的MSP430系列單片機的晶振一般為8M左右，指令周期是機器周期，可達1/8ms，所以對生成方波來說還可以，而要合成三角波或正弦波則存在很多問題，程序?qū)崿F(xiàn)難度很大，所以我們最終放棄了這個方案。方案二的基本思路是走兩條路，使用DDS芯片產(chǎn)生三種基本波形，用單片機實現(xiàn)任意波形以及控制和顯示等功能，容易對功

8、能進行擴充，且外圍電路簡單，系統(tǒng)可靠性較高，編程實現(xiàn)較為簡單，整個系統(tǒng)成本較低，我們最終選擇了這個方案。信號初步產(chǎn)生之后都要經(jīng)過濾波、放大、緩沖輸出等電路，各個方案下的設計大同小異，主要還是需要穩(wěn)定可靠，帶寬很寬。3.2 器件選型3.2.1 單片機選用MSP430F5438單片機，因為在種類和數(shù)量繁多的單片機中，TI的MSP430系列頗具特色，并具有良好的性能。3.2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC按照設計好的方案，擴展功能中的任選波形用DA來實現(xiàn)，有2種方法：外接DAC0832或者自帶的DAC5571。l 自帶的DAC5571優(yōu)點：使用較簡單（因為有完整的test代碼和文檔，而且已經(jīng)集成在5438的開發(fā)

9、板上）；缺點：速度上不去（因為5438自帶的操作DA用來產(chǎn)生任選波形的代碼要放在main中，但main函數(shù)比較龐大，影響了任選波形的頻率）l 外接DAC0832優(yōu)點：可以自己去設計DA的驅(qū)動函數(shù)，產(chǎn)生的任選波形的頻率較高；缺點：設計和搭電路較復雜（0832的輸出端還要加運放來將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出）我們選擇第一種自帶DA3.2.3 壓控增益放大器比較兩個選擇：VCA810和VCA822。具體來說，我們比較它們的增益帶寬積，輸出（驅(qū)動）電流，及我們對芯片的熟悉程度。最后決定選擇VCA810，利用DAC產(chǎn)生控制電壓改變放大器的增益?？刂齐妷汉头糯笃髟鲆娉删€性，方便實現(xiàn)精確的增益控制。VCA810

10、的最小增益步進僅取決于 DAC 的位數(shù)，可以實現(xiàn)增益微調(diào)，為閉環(huán)改善放大器的性能提供方便。3.2.4 運算放大器主要考慮因素有增益帶寬積，輸出驅(qū)動電流（表明帶負載的能力），噪聲電壓，電路復雜程度，對芯片的熟悉程度和價格，對于常用的幾個比較結(jié)果如下：l OPA1632：增益帶寬積：180MHZ； 輸出驅(qū)動電流：150mAl OPA551：帶寬：3MHZ；，增益帶寬積：3MHZ； 輸出驅(qū)動電流：200mAl OPA552：帶寬：12MHZ，增益帶寬積：3MHZ； 輸出驅(qū)動電流：200mAl NE5532：小信號帶寬：10MHZ， 輸出驅(qū)動電流：60mAl THS4031：增益帶寬積：100MHZ，

11、 輸出驅(qū)動電流：90mAl THS4521：帶寬：145MHZ， 輸出驅(qū)動電流：100mAl uA741：增益帶寬積：1MHZ， 輸出驅(qū)動電流：25mAl 綜合考慮，opa1632各項性能比其他芯片要好很多，因此決定選用opa16324 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)4.1 系統(tǒng)框圖 由MSP430單片機通過3個SPI接口控制AD9833產(chǎn)生各種頻率的正弦波、三角波、方波，經(jīng)放大整形電路后輸出，并通過獨立的按鍵切換輸出的波形，也可改變頻率和幅度以及頻率和幅度變化的步進（通過軟硬件的配合）。通過TFT液晶模塊和獨立按鍵進行人機交互。系統(tǒng)上電后檢查啟動按鍵是否按下，當啟動按下被按下時，啟動各個模塊，與此同時檢

12、查被按下的按鍵值。當檢查到不同的按鍵被按下時，由MSP430通過SPI控制AD9833進行相應的改變。4.2 系統(tǒng)電路圖其中DDS模塊較為復雜，上圖只是外部接口。其詳細電路設計如下圖所示：4.3 器件清單l msp430f5438開發(fā)板（1個）l VCA810壓控增益放大器（1個）l OPA1632放大器（3個）l AD9833（1個）l UA741放大器（1個）l 電阻，電容，導線若干4.4 模塊分析4.4.1 DDS 1) AD9833介紹AD9833是ADI公司的一款低功耗的DDS器件，能夠輸出正弦波、三角波、方波。AD9833無需外接元件，輸出頻率和相位可通過軟件編程設置，易于調(diào)節(jié)。其

13、頻率寄存器為28位，主頻時鐘為25 MHz時，其精度為01 Hz；主頻時鐘為l MHz時精度可達0004 Hz.AD9833內(nèi)部有5個可編程寄存器：1個16位控制寄存器，用于設置器件_T作模式；2個28位頻率寄存器和2個12位相位寄存器，分別用于設置器件輸出正弦波的頻率和相位。它的SIN-ROM查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅值的數(shù)字量信號，驅(qū)動DA轉(zhuǎn)換器輸出模擬量。輸出正弦波頻率為：fout=FREQREG(fMCLK/228)式中：FREQREG為頻率控制字，由頻率寄存器FREQOREG或FREQlREG的值給定，其范圍為0M<228-1 fMCLK為參考時鐘頻率。2) 從單

14、片機輸入控制字AD9833模塊有3根串行接口線，分別是FSYNC、SCLK和SDATA，與SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP接口標準兼容，在串口時鐘SCLK的作用下，數(shù)據(jù)是以16位的方式加載到設備上，F(xiàn)SYNC引腳是使能引腳，電平觸發(fā)方式，低電平有效。進行串行數(shù)據(jù)傳輸時，F(xiàn)SYNC引腳置低，在16個SCLK的下降沿數(shù)據(jù)通過SDATA引腳被送到AD9833的輸入移位寄存器。因此，此處我們通過3個100的電阻進行限流，并將這3個引腳接到單片機MSP430F5438的P9.4、P9.3和P9.2腳，通過單片機來控制AD9833。下圖是SCI串行數(shù)據(jù)通信的時序圖：3) 從Vout的各種輸出O

15、PBITEN BitMODE BitDIV2 BitVOUT Pin00X正弦波01X三角波100DAC數(shù)據(jù)的MSB / 2 101DAC數(shù)據(jù)的MSB其中MSB/2和MSB對應為方波，且MSB/2為MSB頻率的一半。即正弦波，三角波，方波對應的頻率控制字分別為：0x2000，,0x2002，0x2028（MSB方波），0x2020（MSB/2方波）。4) 完整工作流程簡介l 雖然MSP430單片機具有硬件SPI總線功能，但是一次只能傳輸8位數(shù)據(jù)位，而AD9833在接收數(shù)據(jù)時是16位數(shù)據(jù)位，因此，需要用軟件模擬SPI總線；l AD9833在接收16位數(shù)據(jù)時是高位在前，低位在后；l 先發(fā)送控制寄存

16、器字然后發(fā)送想要的頻率字；l 發(fā)送數(shù)據(jù)前必須把FSYNC置成低電平，發(fā)送完以后把FSYNC置成高電平；l 當對AD9833初始化時，為了避免DAC產(chǎn)生虛假輸出，RESET必須置為1，直到配置完畢，需要輸出時才將RESET置為0。RESET為0后的89個MCLK時鐘周期就可在DAC的輸出端觀察到波形。l 在+5V的電源電壓下DDS的輸出峰峰值為：0.6V，但測試后發(fā)現(xiàn)三角波和正弦波的輸出峰峰值在0.68V左右，而方波的輸出峰峰值超過6V，這也成為后面處理的一個考慮的比較多的問題4.4.2 幅度控制1) 我們考慮了如下四種方案：i. 由數(shù)控電位器組成的電阻分壓網(wǎng)絡控制幅度。 ii. 采用峰值檢波器

17、獲得輸出端的電壓幅值，經(jīng)A/D采樣后得到輸出端當前的電壓幅值，然后就得到了輸出當前的電壓幅值，然后通過與預設的輸出幅值比較就可以知道輸出下降的情況。并由單片機控制放大器增加放大倍數(shù)，直至輸出幅值調(diào)整到預期值。 iii. 采用一級D/A轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。直接將DDFS產(chǎn)生的信號作為參考電壓輸入到D/A中，這樣D/A就成為一個數(shù)控可變增益放大器，通過改變D/A的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)就可以控制輸出幅度。 iv. 數(shù)模轉(zhuǎn)換和幅度控制部分采用雙D/A技術(shù)，由單片機控制，第一級D/A的輸出波形作為第二級D/A的基準電壓源，以此來控制信號發(fā)生器的輸出電壓幅度。最后經(jīng)分析和試驗，方案四電路簡單、通過軟件控制、可控性強，故采用這種

18、方案。2) VCA810介紹本實驗中，調(diào)幅部分我們選用TI公司的VCA810芯片，VCA810是一個寬帶、連續(xù)變化、電壓控制增益放大器。它提供了一個對差分輸入單端輸出轉(zhuǎn)換與高阻抗輸入用來改變增益控制的增益線性范圍為-40dB到+ 40dB在dB / V。供給電壓±5V、VCA810增益控制電壓在0V時為-40dB，在-2V為+ 40dB。增加地面控制電壓將衰減信號> 80dB。信號帶寬和壓擺率保持在整個增益調(diào)節(jié)范圍內(nèi)保持恒定。這40db/ V增益控制在±1.5db（最高誤差范圍±0.9db），讓應用程序在一個AGC增益控制電壓精確到作為接收信號強度指示器（R

19、SSI）的使用精度為±1.5db。通過調(diào)節(jié)控制電壓（Vc）來控制壓控增益放大器VCA810的放大增益，從而控制正確的輸出。VCA810 作為壓控增益的主要部分, 其增益與控制電壓的關(guān)系為:G=-40(VC+1)其中, Vc 表示控制電壓, 可見, VCA810 的增益與其控制電壓成線性關(guān)系, 只要用單片機控制D/ A 輸出一線性變化的控制電壓給Vc, 便可得到線性變化的電壓增益輸出理論上VCA810可調(diào)的放大倍數(shù)為1/100100，實際上由于DDS輸出的正弦波和三角波幅度為680mV，方波的幅度為6.8V左右，而且VCA的工作電壓只有-5V+5V，所以放大倍數(shù)不可能為100倍，差不多

20、達到7、8倍，但是縮小則可以到1/100。為了確保調(diào)節(jié)的精確，我們采用VCA810的縮小功能，提供給它的參考電壓為0-1V。經(jīng)過這一級縮小后，再送入后級放大。3) uA741反相模塊由于我們采用的MSP430單片機自帶DA模塊，所以沒有外接DA，利用單片機給DA寫控制字，使DA輸出幅值可變的電壓作為VCA810的參考電壓。從DA輸出的電壓幅度值范圍為03.3V，而VCA810要求的參考電壓為0-1V，所以需要反相和縮小，利用簡單的uA741實現(xiàn)，電路如下:4.4.3 放大穩(wěn)壓1) OPA1632介紹設計運算放大器時，我們考慮了許多不同型號的運放，功能各異，主要考慮增益帶寬積，輸出驅(qū)動電流（表明

21、帶負載的能力），噪聲電壓，（電路復雜程度，芯片熟悉程度，價格）等等。TI公司的OPA1632是音頻運算放大器，性能比較好。增益帶寬積為180MHZ，輸出驅(qū)動電流為150mA。可以工作在較高頻率下而不出現(xiàn)失真，且驅(qū)動能力較好。2) 功能實現(xiàn)該實驗中，我們主要用OPA1632設計放大電路和電壓跟隨器。放大電路主要分為同相比例放大器和反相比例放大器兩種。 反相比例放大器 同相比例放大器反相放大電路有如下特點：l 運放兩個輸入端電壓相等并等于0，故沒有共模輸入信號，這樣對運放的共模抑制比沒有特殊要求。l vN= vP，而vP=0，反相端N沒有真正接地，故稱虛地點。l 電路在深度負反饋條件下，電路的輸入

22、電阻為R1，輸出電阻近似為零。l 輸入輸出關(guān)系： Vo=-RfRlVs同相比例運算電路的特點如下：l 輸入電阻很高，輸出電阻很低。l 由于vN= vP= vS，電路不存在虛地，且運放存在共模輸入信號，因此要求運放有較高的共模抑制比。l 輸入輸出關(guān)系： Vo=(1+RfRl)Vs由于實際放大倍數(shù)比理論值低，所以我們設計Rf=100千歐，R1=5.1千歐，放大倍數(shù)約為21倍。4.4.4 自選波形實現(xiàn)自選波形有兩種不同的理解和方法：l 手動描波形，由硬件接收，然后描點顯示出來；l 寫好一組波形，存在flash內(nèi)部，通過按鍵選擇我們實現(xiàn)的是第二種，首先用MATLAB描出想要產(chǎn)生的任意波形，然后取出大量

23、的點寫入代碼中，將波形描繪出來。按照設計好的方案，擴展功能中的任選波形用DA來實現(xiàn)，有2種方法：外接DAC0832或者自帶的DAC5571。 l 自帶的DAC5571優(yōu)點：使用較簡單（因為有完整的test代碼和文檔，而且已經(jīng)集成在5438的開發(fā)板上）；缺點：速度上不去（因為5438自帶的操作DA用來產(chǎn)生任選波形的代碼要放在main中，但main函數(shù)比較龐大，影響了任選波形的頻率）l 外接DAC0832優(yōu)點：可以自己去設計DA的驅(qū)動函數(shù)，產(chǎn)生的任選波形的頻率較高；缺點：設計和搭電路較復雜（0832的輸出端還要加運放來將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出）綜上考慮，我們選擇使用自帶的DAC處理。4.4.5 鍵

24、盤本實驗中，我們通過按鍵實現(xiàn)波形切換和調(diào)頻、調(diào)幅。通過開關(guān)實現(xiàn)波形的切換比較簡單只需通過輸出波形后不斷返回到檢測開關(guān)的子程序中，判斷是否有別的開關(guān)撥動，如果有別的開關(guān)撥動則執(zhí)行別的程序，否則輸出原來的波形，不過如果要能夠識別別的開關(guān)發(fā)生變化，必須將此開關(guān)關(guān)掉否則會識別不了別的鍵按下。當然開關(guān)的調(diào)頻和調(diào)幅的實現(xiàn)也一樣，不過首先先輸出一個波形，然后再檢測開關(guān)是否需要調(diào)頻或者調(diào)幅，如果需要則轉(zhuǎn)入到相應的程序中，最后再重新輸出波形。下面是我們設計的按鍵對應控制的功能：4.4.6 LCD顯示我們使用的是BW-DK5438開發(fā)板自帶的TFT液晶屏，用SPI的SCK端來驅(qū)動液晶的寫信號，當全屏刷新、區(qū)域填充

25、時，刷新速度可達10Mpps，因此可以流暢的運行。下圖是TFT液晶接口示意圖：5 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)5.1 總體設計框圖5.2 初始化1) 功能介紹由于初始化代碼由開發(fā)板自帶，且并不很多實際內(nèi)容，故僅列出初始化流程，省略具體代碼。2) 核心代碼主函數(shù)中主要功能包括初始化、掃頻功能實現(xiàn)、自選波形功能實現(xiàn)以及鍵盤掃描。偽代碼如下：Init();/初始化函數(shù) while(1) /主函數(shù)循環(huán) _delay_cycles(2048000);/鍵盤掃描延遲 if(掃描使能)/掃頻功能函數(shù) FreqCoeff=(FreqCoeff+1)%99;/當前檔位下頻率系數(shù)遞增 DDS輸出;LCD顯示; else i

26、f(Mode=3) /自選波形函數(shù) while(ReadKey() = 0xFF) /當無鍵盤按下時，執(zhí)行自選波形DAC循環(huán)輸出 自選波形DAC繪制; ScanKey();/掃描鍵盤5.3 DDS1) 功能介紹主要是對AD933進行SPI模擬與單片機進行連接，再根據(jù)按鍵輸入的數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成正弦波、三角波和方波進行輸出的程序。其中轉(zhuǎn)換的格式固定，但是AD9833輸出頻率時是先低位后高位，區(qū)別于SPI模擬時單片機給AD9833數(shù)據(jù)時是先高位后低位。FSYNC為使能，低電平可傳數(shù)據(jù)，剛開始必須為高電平，SCLK為時鐘，在下降沿對應數(shù)據(jù)，SDATE為傳數(shù)據(jù)（頻率控制字），16位，但可能單片機輸出一次性

27、為8位，必須先高8位后低8位給AD9833的SDATA 2) 核心代碼：void dds(void) /WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / Stop watchdog timer unsigned long freq_value; /不是頻率！是計算出的頻率控制字 AD9833_SPI_PORT_Init(); output_init(); switch (FreqStep) /根據(jù)頻率計算頻率控制字 case 0: freq_value = (unsigned long)(FreqCoeff * 0x400 * 1.05); break; case 1: if (Freq

28、Coeff = 7) freq_value = (unsigned long)(0x11800 * 1.05); else if (FreqCoeff = 8) freq_value = (unsigned long)(0x13000 * 1.05 *1.05); else if (FreqCoeff = 9) freq_value = (unsigned long)(0x15800 * 1.05 *1.05); else freq_value = (unsigned long)(FreqCoeff * 0x2800 * 1.05); break; case 2: freq_value = (

29、unsigned long)(FreqCoeff * 0x19000 * 1.05); break; case 3: freq_value = (unsigned long)(FreqCoeff * 0xFA000 * 1.05); break; default: freq_value = 0; break; switch (Mode) /不同Mode調(diào)用不同output函數(shù) case 0: output_square(freq_value); /Mode=0對應方波 break; case 1: /Mode=1對應三角波 output_triangle(freq_value); break;

30、 case 2: /Mode=2對應三角波 output_sinusoid(freq_value); break; default: output_sinusoid(0x00005000); 5.4 LCD顯示1) 功能介紹完成液晶初始化、顯示功能。由于TFT性能優(yōu)良、尺寸大，且開發(fā)板自帶TFT液晶驅(qū)動程序以及相應顯示函數(shù)，則在編寫過程中，主要內(nèi)容是通過調(diào)用繪制函數(shù)，將按鍵輸入的信息顯示在TFTLCD上，從而實現(xiàn)人機交互。在LCD上，我們設計了一個圖形化的顯示界面，它可以實時的反應波形狀態(tài)、頻率、幅值等等信息。下面是該界面的詳細說明，上面標示出了各元素的具體坐標：2) 核心代碼void Ini

31、tInterface(void) /初始化/清屏 Clear_LCD(Color_BK); TA0CCR1 = 220; DrawRectFill(0,0 ,240,320,WINDOW_BK_COLOR); / 繪制背景 DrawRectFill(0,0 ,240,30,STATUS_BK_COLOR); /標題欄 Color_BK = STATUS_BK_COLOR; Color = STATUS_COLOR; PutString24M(60,3,"波形發(fā)生器"); /標題字 DrawRectFill(20,60,205,30,WINDOW_COLOR); / 波形窗口

32、題 Color_BK = WINDOW_COLOR; Color = WINDOW_BK_COLOR; PutString24M(70,63,"波形信息"); Color=WINDOW_COLOR;Color_BK=WINDOW_BK_COLOR; DrawRect(20,90,205,125,WINDOW_COLOR); PutString24M(25,105,"波形：");Mode = 2; DrawMode();/初始化波形為正弦波 PutString24M(25,140,"頻率：");FreqStep= 0;FreqCoeff

33、 = 10;DrawFreq();/初始化頻率為100Hz PutString24M(25,175,"峰-峰值：");Vpp = 6;DrawVpp();/初始化峰峰值為0.6V DrawRectFill(0,290,240,30,STATUS_BK_COLOR);其他繪制函數(shù)及關(guān)鍵代碼：l void DrawMode(void); 繪制波形模式PutString24M(90,105,"方波 ");l void DrawFreqStep(void); 繪制頻率檔位 switch(FreqStep)/判斷FreqStep取值，在LCD中繪制檔位提示符 ca

34、se 0: PutString24M(130,255,"x100 Hz");/100Hz檔Break; l void DrawFreq(void); 繪制頻率 unsigned char str10;/用于存儲字符型頻率值 float freq_f;/浮點型頻率值 switch(FreqStep) case 0: freq_f = 100 * FreqCoeff * 0.1;/100Hz檔位時，頻率 = 頻率系數(shù)（1-99） * 0.1 * 100，單位Hz break; /其余檔位同上，省略 sprintf(char *)str,"%3.1f",fre

35、q_f);/浮點型數(shù)據(jù)到字符串型轉(zhuǎn)換 DrawRectFill(90,140,70,30,WINDOW_BK_COLOR);/繪制背景覆蓋數(shù)據(jù)，以防疊加至當前值 PutString24M(90,140,str);/繪制當前頻率值 if(FreqStep = 0)PutString24M(170,140," Hz");/通過判斷FreqStep取值，確定繪制的單位為“Hz”或“kHz” else PutString24M(170,140,"kHz");l void DrawVpp(void); 繪制峰峰值unsigned char str10;/用于存儲字

36、符型峰峰值float Vpp_f;/浮點型峰峰值Vpp_f = 0.1 * Vpp;/峰峰值 = 峰峰值系數(shù)（0-50） * 0.1sprintf(char *)str,"%3.1f",Vpp_f);/浮點型數(shù)據(jù)到字符型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換PutString24M(130,175,str);/繪制當前峰峰值PutString24M(170,175,"V");/繪制單位 “V”5.5 DAC1) 功能介紹DAC在本次設計中完成兩個功能：一、通過改變輸入的數(shù)字信號，輸出自選波形；二、輸出壓控放大器參考電壓，從而改變放大器的增益。2) 核心代碼/初始化#define SD

37、A5571 BIT6 / DAC5571數(shù)據(jù)#define SCK5571 BIT7 / DAC5571時鐘#define SCL_H P9OUT |= SCK5571#define SCL_L P9OUT &=SCK5571#define SDA_H P9OUT |= SDA5571#define SDA_L P9OUT &=SDA5571/完成IIC的起始條件操作void start(void) SCL_H;/時鐘信號置高 SDA_H;/數(shù)據(jù)線置高 delay();/延遲 SDA_L;/數(shù)據(jù)線置低 delay();/延遲 SCL_L;/時鐘信號置低 delay();/延遲/

38、核心功能實現(xiàn)if(Mode=3)/當自選波形模式while(ReadKey() = 0xFF)/當沒有鍵盤按下時 Write_DAC(voltage+);/遞增輸出鋸齒波5.6 鍵盤1) 功能介紹/P6引腳定義#defineKPR0 BIT0 / 鍵盤0行#defineKPR1 BIT1 / 鍵盤1行#defineKPR2 BIT2 / 鍵盤2行#defineKPR3 BIT3 / 鍵盤3行#define KPC0 BIT4 / 鍵盤0列#defineKPC1 BIT5 / 鍵盤1列#defineKPC2 BIT6 / 鍵盤2列#defineKPC3 BIT7 / 鍵盤3列由鍵盤接口圖以及引腳

39、定義可以看出，P6端口的8條I/O端口線被分成4條行線P6.0P6.3和4條列線P6.4P6.7。按鍵的兩端分別接在行線和列線上，行線與列線的每個交界處均有一個按鍵。如果有按鍵被按下，則與之相連的行線與列線被接通。要想檢測是否有按鍵被按下，先使4條行線輸出低電平，讀列線P6.4P6.7。因為所有列線都經(jīng)上拉電阻接到VCC，如果沒有按鍵被按下，列線讀進來的都是高電平1；如果有按鍵被按下，則列線讀進來的電平應與行線輸出的一致，為低電平0.據(jù)此可以判斷是否有按鍵按下。對于行列掃描式鍵盤，常采用掃描的辦法識別鍵碼。如果4條行線沒有輸出低電平，那么就可以根據(jù)讀列線的值來判斷這一行是否有鍵被按下了。2)

40、核心代碼#define KEY_PORT_IN P6IN #define KEY_PORT_OUT P6OUT #define KEY_PORT_DIR P6DIR #define KEY_PORT_REN P6REN#define ROW_IN_COL_OUT P6DIR = KPC0+KPC1+KPC2+KPC3 ; P6OUT =(KPC0+KPC1+KPC2+KPC3) ; _delay_cycles(20) / 鍵盤列輸出行輸入 #define CLO_IN_ROW_OUT P6DIR = KPR0+KPR1+KPR2+KPR3 ; P6OUT =(KPR0+KPR1+KPR2+KP

41、R3) ; _delay_cycles(20) / 鍵盤行輸出列輸入unsigned char ReadKey(void) unsigned char column,row,key;/分別表示行、列線讀取值、返回鍵值 unsigned char Key;/儲存鍵值對應的8位鍵盤掃描值，對應關(guān)系見下圖 ROW_IN_COL_OUT;/鍵盤列輸出行輸入 row = KEY_PORT_IN&(KPR0+KPR1+KPR2+KPR3);/讀取P6端口并屏蔽高4位輸出值即行線值 if(row!=(KPR0+KPR1+KPR2+KPR3)/若行線沒有輸出低電平，說明有按鍵按下 CLO_IN_ROW

42、_OUT ;/鍵盤行輸出列輸入 column = KEY_PORT_IN&(KPC0+KPC1+KPC2+KPC3);/讀取P6并屏蔽低4位即列線值 ROW_IN_COL_OUT;/鍵盤列輸出行輸入 Key = row + column;/行列線值相加，則高低4位的不同取值可以表示不同的鍵值 _NOP(); switch(Key)/通過判斷鍵值做出對應的響應 case 0xE7: key=1; break; case 0xD7: key=2; break; /其他鍵值省略 default: key=0xFF; else key=0xFF;/若沒有鍵盤輸出，則返回鍵值0xFF KEY_P

43、ORT_DIR=0xFF;/鍵盤8個IO口均設置為輸出 KEY_PORT_OUT=0x00;/輸出低電平 return key;/返回邏輯鍵值下圖是8位鍵值與邏輯值對應關(guān)系：3) 各按鍵功能代碼l 按鍵1：模式選擇按鍵后Mode值循環(huán)模4遞增，在方波、三角波、正弦波、自選波形中單向切換。通過改變?nèi)肿兞縈ode值，可以傳遞給LCD模塊輸出正確的波形模式顯示在屏幕上，并通過調(diào)用DDS模塊的函數(shù)輸出正確的控制字給DDS從而輸出正確波形。Mode = (Mode+1)%4;/0-方波，1-三角波，2-正弦波，3-自選波形DrawMode();/繪制修改后的波形模式dds();/dds輸出修改后的波形

44、l 按鍵2：頻率檔位選擇按鍵后FreqStep值循環(huán)模4遞增，在100Hz、1kHz、10kHz、100kHz四個檔位中單向切換，通過改變?nèi)肿兞縁reqStep值，確定頻率檔位的選擇。在切換檔位后初始化頻率系數(shù)FreqCoeff=50，即將頻率值置為該檔位下的中間值，方便使用。同按鍵“1”，將改變后的檔位值輸出在LCD上，并調(diào)用DDS函數(shù)輸出正確波形。FreqStep = (FreqStep+1)%4;/0-100Hz,1-1kHz,2-10kHz,3-100kHz DrawFreqStep();/繪制頻率檔位值FreqCoeff = 50;/初始化系數(shù)為50，便于調(diào)試和使用DrawFreq

45、();/繪制修改后的頻率值dds();/dds輸出修改后的波形l 按鍵3：掃頻按鍵可使掃頻使能信號在0，1中切換，通過判斷是否為可以掃頻的三種基本波形，改變掃頻使能信號，在主函數(shù)中可以確定當前是否處于掃頻狀態(tài)，實現(xiàn)掃頻功能。在LCD顯示的過程中，需要注意通過清屏消除“掃頻”字樣。/判斷是否處于三種基本波形模式下，若不是則無掃頻功能if(Mode=0|Mode=1|Mode=2) if (FreqScanEn = 0) /若掃頻使能為低FreqScanEn = 1;/通過按鍵，修改使能信號為高PutString24M(160,105,"-掃頻");/繪制掃頻模式至TFTels

46、e/若掃頻使能為高FreqScanEn = 0;/通過按鍵，修改使能信號為低/繪制底色，消除TFT顯示的掃頻字樣DrawRectFill(160,105,60,30,WINDOW_BK_COLOR);l 按鍵4、7：頻率增減按鍵可使頻率系數(shù)FreqCoeff在1-99中遞增或遞減，該數(shù)值表示在當前頻率檔位中，頻率步進的系數(shù)，由于頻率步進設計為檔位的0.1倍，故當前頻率值的計算公式為：頻率值 = FreqCoeff *0.1*FreqStep由于FreqStep、FreqCoeff兩個全局變量可以唯一確定當前頻率值，輸出給LCD模塊可以在屏幕上可以正確顯示，并輸出正確控制字給DDS模塊。/當系數(shù)

47、小于99時，按鍵遞增 /當系數(shù)大于1時，按鍵遞減if( FreqCoeff < 99) FreqCoeff+; if( FreqCoeff > 1) FreqCoeff-;DrawFreq(); DrawFreq();dds(); dds();l 按鍵5、8：幅度細調(diào)由于峰峰值的改變是通過開發(fā)板自帶的DAC輸出控制電壓來改變壓控放大器的放大倍數(shù)來實現(xiàn)，而8位DAC輸出電壓值由輸入8位數(shù)字值（voltage）控制，當按下“5”、“8”按鍵后，voltage以1為步進增減，即可以最小分辨率調(diào)節(jié)輸出波形的峰峰值。voltage+; voltage-;Write_DAC(voltage);

48、 Write_DAC(voltage);l 按鍵6、9：幅度粗調(diào)為了實現(xiàn)峰峰值以0.1V步進增減，設計步進按鈕。按鍵后全局變量Vpp相應變化，輸出給LCD顯示。讀取v151數(shù)組中相應輸出值，使DAC輸出正確的壓控電壓，達到幅度控制的目的。if(Vpp < 50) Vpp+; if(Vpp>0)Vpp-;DrawVpp(); DrawVpp();voltage=v1Vpp; voltage=v1Vpp;Draw(voltage); Draw(voltage);Write_DAC(voltage); Write_DAC(voltage);實際聯(lián)調(diào)中，由于DDS方波輸出電壓與三角波、正弦

49、波輸出電壓值有很大的區(qū)別，可以在讀取數(shù)組值時，判斷當前模式，進行對應的修改。修改后代碼：If(Mode = 0)/方波時Voltage = v2Vpp;else if(Mode = 1 |Mode = 2)/三角波、正弦波時Voltage=v1Vpp6 系統(tǒng)測試與結(jié)果6.1 總體方案選擇6.1.1 原方案我們原定由MSP430F149單片機作為波形發(fā)生器的主控制器。因為在種類和數(shù)量繁多的單片機中，TI的MSP430系列頗具特色，并具有良好的性能。我們原計劃采用MSP430F149控制DDS輸出高頻率的正弦波、方波和三角波。輸出的數(shù)字波形通過DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬波形。模擬波形經(jīng)過濾波、放大、

50、穩(wěn)幅電路后，就可以輸出到示波器觀察。輸入采用4×4鍵盤中斷控制。這樣可以最大限度的避免占用CPU機時。輸出采用LED循環(huán)顯示頻率和幅度，以及用字符表示當前波形。下圖是原方案系統(tǒng)框圖：6.1.2 遇到的障礙：但是隨著工作的深入，我們遇到了很多障礙和預想不到的困難。比如LED顯示的效果并不好，特別是和LCD比較起來明顯很粗糙。所以我們決定改用LCD顯示。然而這樣又帶來了新的問題，149不能直接相連LCD去控制，它需要很復雜的外圍驅(qū)動電路和軟件控制。我們在經(jīng)過很長時間的嘗試之后還是沒能成功。再加上其他很多編程時遇到的細節(jié)問題，經(jīng)過討論決定使用430開發(fā)板。6.1.3 改進方案：考慮到上面的

51、問題，我們購買了一塊開發(fā)板，它使用的是比430F149更先進的核心芯片430F5438。工作原理是430產(chǎn)生DDS的控制字，讓后者輸出正弦波、三角波或是方波。波形經(jīng)過放大穩(wěn)幅后輸出。其實也可以直接通過查表法讓430產(chǎn)生各種波形，但430系列是以其低功耗見長，數(shù)MHz的主頻雖然并不低，但還不足以產(chǎn)生百kHz以上的正弦波形。為了達到盡可能高的輸出頻率，我們這樣做，而是僅僅把430用作控制用途。為了控制幅度，我們決定使用一個壓控調(diào)幅器件。用430輸出振幅相應的數(shù)字信號通過DA轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸入到VCA中控制需要波形的幅度。6.2 硬件電路測試6.2.1 VCA810壓控放大器首先，在連接VCA810壓控放大器的時候，按照Datasheet上面的電路連接，如下圖：由于參考電壓Vc應為負，調(diào)試階段Vc的輸入我用的是-5V的電壓分壓?？墒遣ㄐ螏缀鯖]有輸出，而且沒有任何改變放大倍數(shù)的跡象。這塊芯片的電路調(diào)了一整天，后來發(fā)現(xiàn)Rc不能連，因為會和我設計的分壓器并聯(lián)，使得電壓非常低，去掉之后波形的沖擊消失。但是仍然不可調(diào)放大倍數(shù)，后來將RL由并聯(lián)改成串聯(lián)，串上一個100歐的電阻，結(jié)果輸出波形正常。Datasheet上的VCA810可調(diào)放大倍數(shù)范圍是1/100100，由于實際上芯片只有正負5V的電壓，而輸入的正弦波和三角波的幅度