1、西安工程大学毕业论文（设计） I 摘 要 随着科技的发展和现代科研的需要，信号发生器已经成为了很多行业进行研究测试不可或缺的工具 。 信号发生器又称信号源 或振荡器 ，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形 曲线 均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业 、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、
2、淬火、超声诊断、核磁共振成像 等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。 本系统采用 MSP430F149 单片机为控制核心，利用单片机内置的 DA 芯片，通过按键中断来逻辑选择要输出的波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波），再设置其它键来控制波形的幅值及频率，然后通过单片机控制显示到 LCD1602 上。 波形的产生是通过 MSP430 单片机 执行某一波形发生程序，向 D/A 转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在 D/A 转换电路的输出端得到相应的电压波形。在 MSP430 学习板 的 键盘按键 ,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，按不同按键产生不同波形的信号 。此方案的
3、有点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。 关键字 :MSP430， 信号发生器 ， LCD1602 西安工程大学本科毕业设计（论文） II ABSTRACT With the development of science and technology and modern scientific research needs, signal generator has become a lot of industry research test indispensable tools. Signal generator also called source or oscillators, in
4、 production practice and science and technology has been widely used in the field. Various waveform curve all can by trigonometric function equation. Can produce various waveform, such as triangle wave, sawtooth wave, rectangle wave (including square wave), the circuit is called sine wave function s
5、ignal generator. Function signal generator in circuit experiment and test equipment in a very wide range of purposes. For example in communication, radio, and television systems, all need rf (high frequency) launch the rf waves, here is the carrier, audio (low frequency), video signals or pulse sign
6、al carry out, just need to be able to produce high-frequency vibe. In industry, agriculture, biomedical in fields, all need power or big or small, frequency or high or low oscillators. The system USES the microcontroller as control core, MSP430F149 USES singlechip built-in DA chip, through the keys
7、to logical choice to interrupt the output waveform (sine wave and square-wave, triangle wave, sawtooth wave), then Settings other key to control the amplitude and frequency wave, then through the single-chip microcomputer control on display to LCD1602. Waveform was developed through MSP430 microcont
8、roller performs A waveform happen procedures to the D/A converter input according to certain rules, which occurred in data transform circuit D/A of the output voltage waveform obtained the corresponding. In learning board keypad MSP430 through software programming to select different waveform, ampli
9、tude voltage and frequency produces different according to different keys, the signal waveform. This scheme of have a little is circuit principle is simpler, achieve be easy KEY WORDS:msp430， signal generator， lcd1602西安工程大学本科毕业设计（论文） III 前 言 计算机和集成技术的高速发展，电子电路的分析与设计及相应专业课程的教学与实验所采用的方式与方法都发生了重大变化，特别是
10、电子设计自动化系统中所包含的测试测量技术已经成为现代教育技术的重要组成部分 ， 在高校的各个电子相关的实验室中，都需要开发和测试各种复杂的电路或子系统，其通常要求从没有上市的或很难获得的元器件或传感器中提取额外的信号 ，由此可见信号发生器已经成为了很多行业进行研究测试不可或缺的工具 。 信号发生器既可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪、频谱仪及其它自动测试设备的组成部分。信号发生器的 关键技术是多种高性能仪器的支撑技术，因为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并极大地提高检测精度。 1) 美国安捷伦生产的 33250A 型函数 /任意波形
11、发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形，其输出频率范围为 1Hz 80MHz，而输出幅度为 10mVpp10Vpp；该公司生产的 8648D 射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达9kHz 4GHz。 2) 美国泰克生产的 DTG5000 信号发生器的采样率达到 最高 3.35 Gb/s(数据 ) 3) 国产 SG1060 数字合成信号发生器能双 通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形，频率覆盖范围为 1Hz 60MHz； 4) 国产 S1000型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用 DDS 和锁相技术，使频率范围从 1MHz 1024M
12、Hz能精确地分辨到 100Hz，它既是一台高精度的扫频源，同时也是一台高精度的标准信号发生器。 还有很多其它类型的信号发生器，他们各有各的优点，但是 相信 信号发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。 西安工程大学本科毕业设计（论文） IV 西安工程大学本科毕业设计（论文） V 目 录 第 1 章 概 述 . 1 1.1 信号发生器设计背景 . 1 1.2 信号发生器的发展现状 . 2 1.3 本设计采用的研究方法和技术路线 . 2 第 2 章 芯片介绍 . 4 2.1 MSP430 单片机技术的发展特点及应用 . 4 2.1.1MSP430 单片机
13、技术的发展特点 . 4 2.1.2 单片机的应用 . 6 2.1.3 MSP430F149 单片机的引脚图 . 7 2.2 LCD1602 液晶显示器简介 . 8 2.2.1LCD1602 液晶显示器的引脚说明 . 8 2.2.2 寄存器选择控制表 . 9 2.3 DAC5571 简介 . 9 2.3.1 DAC5571 的引脚说明 . 9 2.3.2 DAC5571 的原理图及运算方法 . 10 第 3 章 系统硬件设计 . 11 3.1 基于 MSP430F149 信号发生器构成及工作原理 . 11 3.2 信号发生器的键盘电路 . 11 3.3 信号发生器的 LCD1602 显示模块 .
14、 12 3.3 数模转换 DAC5571 电路 . 13 3.4 小结 . 14 第 4 章 系统软件设计 . 15 4.1 信号发生器总流程图 . 15 4.2 初始化程序流程图 . 16 4.3 按键中断程序 流程图 . 16 4.4 波形产生程序流程图 . 18 4.4.1 正弦波产生程序流程图 . 18 西安工程大学本科毕业设计（论文） VI 4.4.2 方波产生程序流程图 . 18 4.4.3 锯齿波产生程序流程图 . 19 4.4.4 三角波产生程序流程图 . 20 4.5 小结 . 20 结 论 . 21 致 谢 . 22 参考文献 . 23 附录一 . 25 附录二 . 26
15、西安工程大学本科毕业设计（论文） 1 第 1 章 概 述 1.1 信号发生器设计背景 随着计算机和集成技术的高速发展，电子电路的分析与设计及相应专业课程的教学与实验所采用的方式与方法都发生了重大变化，特别是电子设计自动化系统中所包含的测试测量技术已经成为现代教育技术的重要组成部分 ， 在高校的各个电子相关的实验 室中，都需要开发和测试各种复杂的电路或子系统，其通常要求从没有上市的或很难获得的元器件或传感器中提取额外的信号 ，由此可见信号发生器已经成为了很多行业进行研究测试不可或缺的工具 。 信号发生器又称信号源 或振荡器 ，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形 曲线 均可以用三角函数
16、方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音 频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、 核磁共振成像 等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。 （ 1）用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试 。 （ 2）可以由晶体管、运放 IC 等通用器件制作，更多的则是用
17、专门的函数信号发生器 IC 产生。 （ 3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。 （ 4）利用专用直接数字合成芯片的函数发生器： 能产生任意波形并达到很高的频率 ， 但成本较高。 西安工程大学本科毕业设计（论文） 2 1.2 信号发生器的发展现状 信号发生器既可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪、频谱仪及其它自动测试设备的组成部分。信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术，因为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并极大地提高检测精度。 美国安捷伦生产的 33250A 型函数 /任意波形发生器可以
18、产生稳定、精确和低失真的任意波形，其输出频率范围为 1Hz 80MHz，而输出幅度为 10mVpp10Vpp；该公司生产的 8648D 射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达 9kHz4GHz。 美国泰克生产的 DTG5000 信号发生器的采样率达到 最高 3.35 Gb/s(数据 )。 国产 SG1060 数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形，频率覆盖范围为 1Hz 60MHz。 国产 S1000 型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用 DDS 和锁相技术，使频率范围从 1MHz 1024MHz能精确地分辨到 100
19、Hz，它既是一台高精度的扫频源，同时也是一台高精度的标准信号发生器。还 有很多其它类型的信号发生器，他们各有各的优点，但是信号发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。 1.3 本设计采用的研究方法和技术路线 首先去图书馆借阅有关 MSP430 单片机的书籍资料，了解 MSP430 单片机的工作原理、内部结构、功能模块、各种寄存器以及汇编语言，从整体上对 MSP430单片机的使用方法和编程原理进行理解。然后利用网络资源查阅单片机的 C 语言编程实例和视频讲解，对单片机每个功能模块的使用有所了解。最后根据自己的题材基于 MSP430 单片机的信号发生器设
20、计指 定相应的策略想办法完成编程。 波形的产生是通过 MSP430 单片机 执行某一波形发生程序，向 D/A 转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在 D/A 转换电路的输出端得到相应的电压波形。在 MSP430 学习板 的 键盘按键 ,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频西安工程大学本科毕业设计（论文） 3 率， 按不同按键产生不同波形的信号 。此方案的有点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。 具体就是系统采用 MSP430 单片机为控制核心，利用单片机内置的 AD 芯片，通过按键中断来逻辑选择要输出的波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波），再设置其它键来控制波形的复制及频率， 然后通
21、过单片机控制显示到 LCD1602 上。 本设计由检测模块、显示模块和控制模块组成，其中显示模块用 LCD 显示实现温度显示，控制模块通过单片机控制继电器来实现 。 西安工程大学本科毕业设计（论文） 4 第 2 章 芯片介绍 2.1 MSP430 单片机技术的发展 特点及应用 MSP430 系列单片机是美国 德州仪器 （ TI） 1996 年开始推向市场的一种 16位超低功耗、具有精简指令集（ RISC）的混合信号处理器（ Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功 能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供
22、“ 单片 ”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中 1。 2.1.1MSP430 单片机技术的发展 特点 德州仪器 1996 年到 2000 年初，先后推出了 31x、 32x、 33x 等几个系列，这些系列具有 LCD 驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有 ROM 型（ C）、 OTP 型（ P）、和 EPROM 型（ E）等芯片。 2000 年推出了 11x/11x1 系列。这个系列采用 20 脚封装，内存容量、片上功能和 I/O 引脚数比较少，但是价格比较 低廉。 2000 年 7 月推出了 F13x/F14x 系列，在 2001 年 7 月到 2002
23、年又相继推出 F41x、 F43x、 F44x。这些全部是 Flash 型单片机。 2001 年 TI 公司又公布了 BOOTSTRAP LOADER 技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可达到 32 个字节的长度 1。 1、 处理能力强 MSP430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集（ RISC）结构，具有丰富的寻址方式（ 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 2、 运算速度快
