直流毫伏信號發(fā)生器設(shè)計

電子電路設(shè)計報告直流毫伏信號發(fā)生器摘要本設(shè)計采用兩塊MSP430F149微控制器作為控制核心并進行通訊，以AD（16位7705）和DA（兩片12位MAX539）模塊為信號的主要控制環(huán)節(jié)，通過矩陣鍵盤輸入給定值，兩塊LCD（1602）顯示輸出值，建立反饋環(huán)節(jié)，對輸出信號進行檢測并不斷校準(zhǔn)；同時本設(shè)計兼有模擬熱電偶模式，485通訊協(xié)議，設(shè)置波特率以及485和上位機進行通訊等功能，并經(jīng)多次測試、改進，已能完成題目中基礎(chǔ)要求和發(fā)揮部分的所有項目要求。關(guān)鍵詞：MSP430F149，ADC7705,DACMAX539,1602,485通訊，熱電偶目錄摘要HYPERLINK 1HYPERLINK1系統(tǒng)方案 3HYPERLINK1.1控制器的論證與選擇 3HYPERLINK1.2電源模塊的論證與選擇 3HYPERLINK1.3ADC的論證與選擇 4HYPERLINK1.4DAC的論證與選擇 4HYPERLINK1.5顯示模塊的論證與選擇 4HYPERLINK1.6485模塊的論證與選擇 5HYPERLINK2功能模塊電路設(shè)計 5HYPERLINK2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 6HYPERLINK2.2模塊電路設(shè)計 6HYPERLINK2.2.1主控電路模塊設(shè)計 62.2.2ADC電路模塊設(shè)計HYPERLINK 62.2.3DAC電路模塊設(shè)計HYPERLINK 62.2.4穩(wěn)壓模塊設(shè)計HYPERLINK 72.2.5矩陣鍵盤設(shè)計HYPERLINK 72.2.6模擬電壓與數(shù)字電壓的切換HYPERLINK 72.2.7485通訊模塊的設(shè)計HYPERLINK 7HYPERLINK3軟件的設(shè)計 8HYPERLINK3.1軟件流程圖 8HYPERLINK3.2主程序 8HYPERLINK4測試方案與測試結(jié)果 9HYPERLINK4.1測試方案 9HYPERLINK4.2測試條件與儀器 9HYPERLINK4.3測試結(jié)果及分析 9HYPERLINK4.3.1測試結(jié)果 9HYPERLINK4.3.2測試結(jié)果說明 95元器件清單及價格表HYPERLINK 10 1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由控制器、電源模塊、ADC模塊、DAC模塊、顯示模塊組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。1.1控制器的論證與選擇方案一：STC89C52。這是一款應(yīng)用非常廣泛的單片機，應(yīng)用歷史較久，資料非常豐富。它使用8052內(nèi)核芯片，具有含F(xiàn)lashEEPROM存儲器，但是只具有8KB的存儲空間，對于我們的程序來說太小。方案二：STM32F103。STM32F103的功能非常強大。提供算法庫（FFT，PID），Crotex-M3內(nèi)核，速度比ARM7快，效率也有所提高，內(nèi)部硬件集成實時時鐘，UART，SPI接口，IIC接口，16位的AD芯片等常用外設(shè)，但是價格比較貴，而且控制程序?qū)懫饋肀容^麻煩方案三：MSP430F149。MSP430F149是非常穩(wěn)定的一款單片機，具有60KB的Flash，2KB的RAM，12位的AD，硬件乘法器，11個定時器，48個IO口等豐富的資源，IO中斷很多，非常適合用于控制。功耗超低。綜合考慮：MSP430F149具有12位AD，在控制系統(tǒng)中經(jīng)常涉及采樣，較之STC89C51方便，而且處理速度較快；STM32F103的功能無疑是最強大的，但是在本控制系統(tǒng)中對處理速度，內(nèi)部處理庫的要求不是很高。綜合考慮選用MSP430F149芯片，它的性價比非常高，而且功耗極低，適合做本控制系統(tǒng)的處理器。1.2電源模塊的論證與選擇方案一：學(xué)生電源供電采用實驗室學(xué)生電源供電；優(yōu)點：方便調(diào)試缺點：電壓不穩(wěn)，對于直流毫伏信號發(fā)生器來說，噪聲太大影響輸出精度方案二：9V電池供電。采用一塊9Ｖ電池供電，即電源電壓為9V；優(yōu)點：輸出電壓較穩(wěn)，使用方便，適合作直流毫伏信號發(fā)生器的電源。缺點：價格相對較高。綜合考慮，顯然選擇方案二。1.3ADC模塊的論證與選擇方案一：8位的ADC芯片直接采用51單片機上的外設(shè)ADC0804，基礎(chǔ)要求是范圍0～＋1V，步進0.5mV，由ADC0804是8位的芯片，在1V的范圍內(nèi)分辨率將近4mv，達不到精度要求。方案二：12位的ADC芯片采用12位的ADC芯片，基礎(chǔ)要求是范圍0～＋1V，步進0.5mV，由ADC是12位的芯片，在1V的范圍內(nèi)步進可達到0.24mv，能達到基礎(chǔ)部分的精度要求，但是發(fā)揮部分的要求是范圍0～＋2V，步進0.1mV，所以難以達到要求。方案三：16位的ADC芯片采用ADC7705，這是一款16位的ADC芯片，精度更加的高，在2.5V參考電壓的情況下分辨率能達到0.03mv，滿足檢測步進0.1mV的要求。綜合考慮，選擇方案三1.4DAC模塊的論證與選擇方案一：16位的DAC芯片考慮到ADC芯片要達到精度要求必須要用16位的ADC芯片，所以要實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換也需要16位的芯片。但在查找的過程中，發(fā)現(xiàn)適合的16位的DAC芯片種類很少，而且價格比較貴。方案二：12位的DAC芯片一塊12位的DAC芯片顯然難以達到精度的要求，但是用兩塊12位DAC的組合，將其中一片DAC的輸出作為另一片DAC的參考電壓，理論上分辨率可以達到0.00012mv，所以完全滿足要求，而且12位的DAC的價格比16位的DAC要便宜的多。綜合考慮：選擇方案二1.5顯示模塊的論證與選擇方案一：12864液晶12864液晶屏幕比較大，可以任意顯示數(shù)字、字符和漢字，但是操作相對比較繁瑣，而且在直流毫伏信號發(fā)生器這個題目中，用12864相對來說有點浪費資源，而且成本高。方案二：1602液晶1602液晶為5V電壓驅(qū)動，可以顯示兩行，配置環(huán)境比較容易，能夠滿足本題目的所有顯示數(shù)據(jù)的要求，而且價格相對便宜。綜合考慮：選擇方案二1.6485模塊的論證與選擇方案一：直接用電容、電阻等搭建485模塊優(yōu)點：鍛煉搭建模塊的能力，有助于提高分析問題，處理問題的能力缺點：花費很多時間，而且需要很多器材，不易購買，費時費力，不確定搭建的模塊 是否能夠正常工作。方案二：直接使用430開發(fā)板上的485集成模塊優(yōu)點：節(jié)省時間和精力，能夠快速的入手485操作缺點：相對比較貴綜合考慮：選擇方案二2功能模塊電路設(shè)計485通訊模塊2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖485通訊模塊LCD(1602)顯示模塊A輸LCD(1602)顯示模塊A輸入模塊（矩陣鍵盤）MCU（MSP430F149A）DAC(MAX539)模塊、穩(wěn)壓(MAX873)模塊DAC(MAX539)模塊、穩(wěn)壓(MAX873)模塊ADC模塊（7705）ADC模塊（7705）MCUMCU（MSP430F149B）LCD（1602）LCD（1602）顯示模塊B圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2模塊電路設(shè)計2.2.1主控電路模塊的設(shè)計MSP430F149電路原理圖圖2主控電路模塊設(shè)計圖2.2.2ADC電路模塊的設(shè)計 圖3ADC電路模塊設(shè)計圖2.2.3DAC電路模塊的設(shè)計圖4DAC電路模塊設(shè)計圖2.2.4穩(wěn)壓模塊的設(shè)計圖5穩(wěn)壓模塊設(shè)計圖2.2.5矩陣鍵盤的設(shè)計圖6矩陣鍵盤設(shè)計圖2.2.6模擬電壓與數(shù)字電壓的切換圖7模擬電壓與數(shù)字電壓切換圖2.2.7485通訊模塊圖8485通訊模塊的設(shè)計3程序設(shè)計3.1軟件流程圖MSP430F149A控制部分圖9程序流程圖（430A）MSP430F149B控制部分圖10程序流程圖（430B）3.2主程序（調(diào)試程序）注：詳見附件14測試方案與測試結(jié)果4.1測試方案1、硬件測試在硬件測試方面：將相應(yīng)功能模塊的測試例程下載主控中，通過430來測試每個模塊是否能實現(xiàn)相應(yīng)功能。2、軟件測試在軟件測試方面：采用自下而上的調(diào)試方式，先進行模塊測試程序的調(diào)試，待全部通過之后將所有的軟件程序串接起來并結(jié)合硬件電路進行整體調(diào)試。4.2測試條件與儀器測試條件：檢查多次，硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：模擬示波器，數(shù)字萬用表。4.3測試結(jié)果及說明4.3.1測試結(jié)果電壓輸出模式設(shè)定電壓值/mv00.10.511050100500100015002000ADC測得的電壓值/mv00.120.531.0610.0350.04100.02500.071000.071500.302000.19誤差電壓/mv00.020.030.060.030.040.020.070.070.30.19萬用表測得的電壓/mv00.81.31.710.850.6100.449999714941993模擬熱電偶模式設(shè)定溫度/℃01010050010001200理論電壓值/mv00.5005.26027.38057.93969.530ADC測得的電壓值/mv00.5705.26027.35057.94069.540誤差電壓/mv00.07000.0300.0010.01萬用表測得的電壓/mv0.71.35.928.058.470.14.3.1測試結(jié)果說明經(jīng)過幾天的調(diào)試與測試，記錄了以上幾組數(shù)據(jù)，測試結(jié)果表明，我們的作品直流毫伏信號發(fā)生器實現(xiàn)了量程0—2V，步進0.1毫伏的要求，實現(xiàn)了485的通訊，且可以設(shè)置波特率，能顯示實際值與設(shè)定值之間的誤差，同時也有模擬J型熱電偶分度簡表的功能，檢測部分為單獨的一個模塊，可以外接測量其他電壓，上位機用VB編寫，能夠通過485連接與信號發(fā)生器進行通訊，可以設(shè)置電壓和模擬熱電偶，也能設(shè)置波特率。5、元器件清單及價格表 器件名稱數(shù)量價格0832芯片3塊50元0804芯片2塊mas485芯片2片MAX485RS485模塊1塊19.8元RS485轉(zhuǎn)TTL模塊1塊通信模塊1塊收發(fā)器5V1個16位ADC模塊1個42元USB轉(zhuǎn)485模塊1個22元MAX539BESA芯片3塊56元MAX873ACSA3塊38元SOP-8轉(zhuǎn)DIP-8電路板10塊(30片)17元焊錫2m50元杜邦線若干普通悍板3塊電阻、電容、穩(wěn)壓芯片若干9V電池2塊7