武汉理工大学第四届电工电子创新设计大赛设计报告.doc

武汉理工大学第四届电工电子创新设计大赛设计报告 武汉理工大学第四届电工电子创新设计大赛设计报告 PAGE/NUMPAGES 武汉理工大学第四届电工电子创新设计大赛设计报告 谢谢赏析 题号：A 武汉理工大学第四届电工电子 创新设计大赛设计报告 题目：波形发生器 参赛者：xx 学院班级：信息工程学院 电信1006班 联系方式： 评分标准： 项目满分得分 基本要求 总分 谢谢赏析 谢谢赏析 大纲 本系统以430系列单片机msp430f149为核心设计,采用四个部分组成，其一使用DDS芯片ad9834产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形；其二经过电压增益放大器VCA810控制幅值步进；其三通过后级运放电路实现幅值稳定放大控制；其四经过液 晶LCD12864实现数据的显示。输出波形频率范围1Hz～3000kHz，频率调节步进为1Hz，幅度范围-5V～+5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。显示部分可以显示当前波形种类、频率和幅值。当负载为100Ω时，输出电压幅度变化不大于10%。本系统设计是仿真设计和实物制作，DDS最高可实现频率3Mhz的波形输出。 重点词:430单片机；波形；DDS；压控；DAC；频率；幅值 方案选择与论证 方案一: 采用STC89C51单片机经过软件控制多种波形的生成和输出，软件部分经过准时器 控制两个内部中止，外加一个外部触发中止，此处使用按键触发。 其中一个内部中止用来对波形数据存储数组进行循环读取。当设定进入一次中止时间一准时，减小波形数据数组可以增大输出波形频率，当波形数组数据数量恒准时，减小每次进入中止的时间也可以增大输出的频率；对于幅值的控制可经过波形的一个算法公式控制。别的一个内部中止用来对输出波形频率进行计算检测。按键触发的外部中止用以对输出波形的种类，频率增减，幅值增减进行触发选择。此系统设计的硬件部分为8为的DAC0832，对每一次波形数据数组的读取进行DA变换。 在软件调试过程中，还要注意到对于时钟准时器优先级进行调整，设定PX0=1， 提高T1的优先级，否则两个准时器同时工作时，当T0进入中止过快时，对显示部分会 照成很大影响。 但是该方案虽然能多种波形的输出，但对于51单片机输出波形的最高频率只有1K 赫兹，远不能知足设计要求，所以放弃该方案。 方案二： 采用msp430f149的准时器功能实现纯软件的波形发生器的制作。使其内部准时器 的时钟控制在1us一次中止。选择此方案时选择的是准时器B的时钟中止，每进入一次 中止对正弦波等波形幅值数组进行读取，并赋予外DAC0832进行信号输出。但在实际操 作过程中因为准时器B的中止设置需要占有一定的时间，使得对于一个周期的信号输出 比理论的周期值要大，进而使得频率达不到100K，使用8M晶振实际最高输出只有20K， 且波形不平滑，所以放弃该方案。 方案三： 用msp430单片机控制DDSad9834数字芯片产生高稳定度，宽频段的正弦波，三角波以及方波信号，并可经过矩阵键盘实现1hz频率步进，最高频率可达到3M赫兹。再又经过压控增益放大器配合运算放大电路控制信号的幅值输出和步进。该方案输出的三种波形平滑稳定。显示部分采用LCD12864液晶，较之lcd1602可以显示中文汉字。该方案能知足设计要求和部分扩展要求，所以本次设计包括实物制作，采用该方案。 谢谢赏析 谢谢赏析 系统设计 2.1核心控制模块 采用MSP430单片机作为信号发生器的核心控制单元。MSP430拥有办理能力强、运算速度快、超低功耗、片内资源丰富等优点。这些优点保证了信号发生器可以快速、正确地实现其控制功能。 2.2波形的生成 本系统使用msp430f149单片机控制直接数字式频率合成器DDSad9834产生 10Hz~3MHz频率可调的正弦波，三角波和方波信号。参照ad9834的PDF资料进行硬件搭建，ad9834有两个寄存器，每个有16位。经过软件程序对ad9834写入正弦波，三角波，方波控制字,分别为正弦波0x2100,0x2000;三角波0x2100,0x2002;方波为0x2100,0x2028;从引脚19或20脚输出正弦波或三角波，16脚出方波。幅值约为680mv. 图一MCUDDS原理图 2.3波形的频率和幅值控制 实现频率的1hz步进可直接经过软件给ad9834写入频率数据，经过矩阵键盘按键触发；对于幅值步进，本系统直接使用程控放大器VCA810芯片，经过软件给DAC0832写入0到255的数值数据控制DAC的电压规律输出，将ad9834产生的波形信号和DAC 的控制电压输入VCA810实现波形的幅值步进，压控增益放大器的控制电压为-2~0伏， 对应的信号增益为-40dB到40dB，但实际控制幅度增益达不到最高理论值，但也可以 完全知足设计要求，DA输