簡易存儲示波器的設計

簡易存儲示波器的設計

前一篇文章介紹了adc12、ta、字符串和其他外圍設備的配置，以及新模塊操作引擎的新功能。在這一章中，綜合應用和設計簡單存儲容量表。此設計的目標如下:輸入信號的頻率在DC～20kHz;輸入信號的電壓在20mV～2V;輸入信號的波形通過串口傳輸?shù)絇C機顯示;輸入信號波形1.5K深度存儲。msp430片內(nèi)輸出信號的調(diào)節(jié)首先,輸入信號的頻率在DC～20kHz范圍。則根據(jù)采樣定理要求采樣頻率在40kHz內(nèi)可調(diào)整。而ADC12的最高采樣頻率在100kHz,就將采樣頻率設計在100kHz內(nèi)可調(diào)。這里使用定時器TA進行定時采樣,通過調(diào)整TA的定時時間達到在指定頻率采樣的目的。其次,模擬輸入信號的電壓范圍在20mV～2V內(nèi),而ADC12的參考電壓為1.5、2.5V,要想達到這么大的動態(tài)范圍,只有將輸入信號調(diào)節(jié)。這里運用MSP430片內(nèi)自有的運算放大器實現(xiàn)。MSP430片內(nèi)有3只可編程的運算放大器,每只放大器的放大倍數(shù)在1～16倍可調(diào),則可以方便地調(diào)節(jié)輸入信號進入ADC12的幅度。第三,使用串口送采集的數(shù)據(jù)到PC機是很方便的。第四,在PC機端寫參數(shù)選擇面板與示波器波形顯示屏程序。最后,示波器的波形能存儲以便分析。這里利用MSP430片內(nèi)自有的2K字節(jié)RAM可以方便實現(xiàn)。綜上所述,此簡易存儲示波器設計框圖如圖1所示。運算放大器電路至此,有了大致的設計思路。首先要介紹MSP430片內(nèi)的運算放大器。因為模擬輸入信號最終需要放大(縮小)到1.5、2.5V內(nèi),只有使用運算放大器實現(xiàn),而運算放大器在MSP430FG43系列中,所以本設計將使用MSP430FG439,MSP430FG439的片內(nèi)資源為:定時器TA、TB、ADC12、運算放大器OA、通用串口、看門狗等。圖2是MSP430FG439片內(nèi)運算放大器的結構框圖。以上運算放大器的結構框圖為單只運放的框圖,其他兩只完全一樣。在MSP430FG439芯片中,三只運算放大器的引腳都在P6端口上。每只運算放大器的所有功能在OAiCTL1、OAiCTL0兩個寄存器中實現(xiàn)。寄存器各位含義簡介如下:1.運放放大電路,將產(chǎn)生2v,a在輸入信號為10mV時,運放放大200倍,幅度將達到2V,在ADC12的參考電壓取2.5V時,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為2/2.5*4096=3276。在輸入信號為200mV時,運放放大10倍,幅度將達到2V,在ADC12的參考電壓取2.5V時,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為2/2.5*4096=3276。在輸入信號為2V時,運放放大1倍,幅度將達到2V,在ADC12的參考電壓取2.5V時,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為2/2.5*4096=3276。根據(jù)以上分析,如此配置運放是完全可行的。ADC12的配置應該為:片內(nèi)參考電壓為2.5V;P60為模擬輸入信號A0,如果設計為多通道示波器,則使用A1～A7做其他模擬輸入通道,此處為單通道,僅使用A0;采樣使用主動讀取方式,非ADC12中斷。采樣與保持的時間取最小值,主要為了兼顧最快采樣。2.考慮定時調(diào)整3.下傳的信息上傳數(shù)據(jù)包括:模擬量的ADC轉(zhuǎn)換值、采樣頻率、放大倍數(shù)的大小、本次存儲的數(shù)據(jù)長度等信息。下傳的數(shù)據(jù)包括:要求的采樣頻率增大還是減小、要求放大倍數(shù)增大還是減小、要求本次存儲深度等信息。所以,PC機的屏幕安排如下:三個參數(shù)直接使用加減更改,之后下傳采集終端(如圖5)。軟件方案的設計1.形成嚴重中斷服務程序定時器中斷服務程序完成定時采樣、整個時序的搭配控制等。所以ADC12轉(zhuǎn)換程序涵蓋在定時器中斷服務程序中。定時參數(shù)的改變在此程序中完成?？驁D如圖7。串口通訊程序需要完成通訊數(shù)據(jù)的上傳與下達。數(shù)據(jù)上傳為主動方式,接收PC機的數(shù)據(jù)為被動方式,采用中斷。在接收到PC機的數(shù)據(jù)上傳請求命令時,上傳數(shù)據(jù),如圖8所示。2.運算放大器電路在顯示波形時,橫坐標為時間,縱坐標為電壓(ADC12結果)。使用VB、VC編寫(略)。參數(shù)改變:當鼠標點擊減小按鈕時,對應參數(shù)減小一半,當點擊增加按鈕時,相應參數(shù)增加一倍,同時參數(shù)下達到采集終端。編者附記:MSP430講座到本期為止已經(jīng)結束,讀者對本講座有何疑問,歡迎登陸本刊論壇:交流。在了解了運算放大器的使用之后,下面在本設計中配置這三個放大器:第一個放大器用于輸入信號與本示波器的隔離,第二第三放大器用于信號放大。本設計思路:使用第一放大器射極跟隨(信號隔離),然后根據(jù)信號的大小,再調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)到需要的值(能在PC屏幕上顯示比較滿意的波形)。只有兩級放大,放大器的倍數(shù)最大為256倍,根據(jù)需要,輸入信號的幅度范圍為10mV～2V,則需要放大200倍,完全能滿足要求。所以輸入信號在1～200倍可調(diào)放大。電路如圖4所示。定時器使用TA,TA使用SMCLK,SMCLK設置為8MHz,這樣,采樣頻率可以方便調(diào)整。本設計要求:輸入信號在DC～20kHz。所以,采樣頻率最高取100kHz,最低取300Hz(300Hz可以利用視覺暫停避免閃爍),TA設置如下:運行在連續(xù)計數(shù)模式;SMCLK為輸入時鐘;產(chǎn)生中斷,在中斷服務程序中實現(xiàn)ADC12采樣;定時長度的改變由PC機操作實現(xiàn)。使用普通RS232串口與計算機通訊,分上傳與下達兩部分。需要完成以下幾部分事情:主程序編寫、定時器中斷服務程序的編寫、串口通訊程序、定時器中斷服務程序、ADC12轉(zhuǎn)換程序、運算放大器程序等。主程序主要完成初始化工作,框圖如圖6。通過以上寄存器的各位可以方便地使用放大器。比如要改變放大倍數(shù),直接更改OAiCTL1中的第5、6、7位的數(shù)值即可。OAiCTL1中的第5、6、7位的數(shù)值改