1、目 录0 摘要-21 设计任务与要求-21.1 设计任务-2 1.2 基本电压-21.3 发挥部分-22 系统方案论证-23 系统设计与理论分析-23.1 核心模块 TMS320DSP 芯片-23.2 数模转换模块-33.3 基准电压源模块-33.4 模数转换模块-43.5 485 通信模块-53.6 显示模块-64 系统调试-74.1 调试仪器仪表-74.2 调试及分析-74.3 误差分析-75 设计总结-86 元件清单-87 参考文献-9 8 程序清单-1010、 摘要： 本系统以 DSP 芯片为核心，控制过程是 DSP 接收数据并送入 DA 电路，利用AD820 作为比较器，正端接 D/
2、A 输出，负端接地，反馈输出接 AD 采样，失调电压调零，输出形成闭环回路，通过 AD 转换电路将实际值采回 DSP，由 DSP 进行运算，得输入值与采回值之差即误差，输出结果通过 12864 液晶屏显示。系统通过 LM4050 为 A/D,D/A 提供基准电压，使系统具有较高的可靠性。采用的 DSP 减少了由运放产生的非线性误差。关键字：信号发生器 TMS320DSP 芯片 基准电源芯片 LM40501、设计任务与要求1.1 设计任务：设计出有一定输出电压范围高精度毫伏信号发生器，并能够检测其输出精度1.2 基本要求（1）输出电压：范围 01V，步进 0.5mV；具有输出电压值（测量值）显示
3、功能；由“” 、“”两键分别控制输出电压步进增减； （2）具备 485 通讯能力，波特率可设置，即 4800、9600、19200、38400 、56000、57600、115200bps 可设置；（3）能显示设定值与实际值及其误差。1.3 发挥部分 （1）输出电压：范围 02V，步进 0.1mV；指定输出范围内任意电压值；（2）能提高精度模拟 J 型热电偶分度简表（见附表）输出（输入温度后，自动输出电压值） ；（3）检测部分可单独成为电压测量模块，测量范围、精度参考电压输出部分；2、系统方案论证用 DSP 作为核心芯片，输出的数字信号由 D/A 转换成模拟信号，再经由 A/D 采回芯片内部形
4、成反馈。利用 LM4050 提供基准电压，7809 稳定基准电压源的输出电压， UA741 做电压跟随器使其工作稳定。为了使其工作更加精确，需要再加一个 AD820 作为比较器来减小非线性误差。而与单片机相比，DSP 器件具有较高的集成度。DSP 具有更快的 CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和 FIFO 缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了 A/D 和采样/保持电路，可提供 PWM 输出。DSP 器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使 DSP 器件具有高速的数据运算能力。DSP 器件比
5、 16 位单片机单指令执行时间快 810 倍，完成一次乘加运算快 1630 倍。23、系统设计与理论分析3.1 核心模块 TMS320DSP 芯片DSP 是一种独特的微 处 理 器 ，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模 拟 信 号 ，转换为 0 或 1 的数 字 信 号 。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。DSP 微处理器一般具有如下主要特点： （1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法； （2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据； （3）片内具有快速 RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问； （
6、4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持； （5）快速的中断处理和硬件 I/O 支持； （6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； （7）可以并行执行多个操作； （8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 3.2 数模转换模块3.2.1 D/A 转换电路如图所示，通过 AD5541 芯片实现将数字量转换为模拟量,送给电压比较器。该电路通过 LM4050 提供基准电压源,UA741 做电压跟随器，使电压稳定。AD820 作为比较器，正端接 D/A 输出，负端接地，反馈输出接 AD 采样，失调电压调零，输出形成闭环回路，减少由运放产生的非线性误差，由 DSP 进行运算。算法
7、：输出值=(D/65535)*REF,其中 D 为载入 DAC 代码。D/A 转换电路3.2.2 AD5541 芯片AD5541为单通道、16位、串行输入、电压输出数模转换器(DAC)，采用5 V 10%单电源供电。AD5541采用多功能三线式接口，并且与 SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP 接口标准兼容。这些DAC 可提供16位性能，无需进行任何调整。DAC 输出不经过缓冲，可降低功耗，并减少输出缓冲所造成的失调误差。33.3 基准电压源模块3.3.1 LM4050 芯片LM4050/是精密的二端、并联模式、带隙电压基准，具有多种固定反向击穿电压：1.225V、2.048V、2.5
8、00V、3.000V、3.3V、4.096V 和 5.000V。LM4050/LM4051 采用超小型、3 引脚 SC70 表贴封装(1.8mm x 1.8mm)，比采用 SOT23 表贴封装的同类器件缩小了 50%。如图所示电路，即为基准电压电路，它为 A/D 模块，D/A 模块提供稳定的基准电压。对电路稳定性起着至关重要的作用。基准电压模块电路3.3.2 UA741 芯片如图所示，UA741 是高增益运算放大器这类单片硅集成电路器。件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。1 和 5 为偏置(调零端)，2 为正向输入端
9、，3 为反向输入端，4 接地，6 为输出，7 接电源 84空脚3.4 模数转换模块 3.4.1 ADS8320 芯片AD8320 其特点及功能：ADS8320 是 Burr-Brown 公司生产的逐次逼近式串行 16 位微功耗CMOS 型高速 A/D 转换器，它的线性度为0.05%，工作电源在 2.7V5.25V 范围内，采样频率最高可达 100kHz；在 2.7V 供电和 100kHz 采样速率下，其功耗仅为 1.8mW，而在 10kHz低速采样时的功耗仅为 0.3mW；在非转换状态时可处于关闭模式，此时功耗可低至100W；ADS8320 具有同步串行 SPI/SSI 接口，因而占用微处理器
10、的端口较少；其差动输入信号范围为 500mVVCC(工作电源)；采用 8 引脚 MSOP 小体积封装算法：送入 DSP 芯片的数值= （输入的模拟值/REF）*65535A/D 转换电路3.4.2 AD820 芯片AD820 是一款精密、低功耗、FET 输入运算放大器，可以采用 5 V 至 36 V 单电源或2.5 V 至18 V 双电源供电。该放大器具有单电源供电能力，输入电压范围可扩展至负供电轨以下，因此在单电源模式下可以处理地电压以下的输入信号。输出电压摆幅可扩展至各供电轨10 mV 以内，以提供最大的输出动态范围。直流精度性能包括最大 800 V 的失调电压、2 V/C 的失调电压漂移
11、、小于 25 pA 的典型输入偏置电流以及低输入电压噪声，源阻抗最高可达 1 G。单位增益带宽为 1.8 MHz，10 kHz 时总谐波失真(THD)为93 dB，压摆率为 3 V/s，电源电流低至 800 A。AD820 可直接驱动最高 350 pF 的容性负载，并可提供最低15 mA 的输出电流。因此，该放大器能够处理各种负载情况。AD820 在 A/D 转换电路中有电压跟随器的作用。3.5 485 通信模块3.5.1 max485 芯片MAX485 是用于 RS-485 与 RS-422 通信的低功耗收发器。MAX485 的驱动器摆率不受限制, 可以实现最高 2.5Mbps 的传输速率。
12、这些收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在 120A 至 500A 之间。所有器件都工作在 5V 单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。具有较高的抗干扰性能。MAX485 是市面上最为常见5的 RS422 芯片，亦是用量最大的 RS422 芯片，性价比高，优质，供货稳定是大部分厂家采用 MAX485 接口芯片是 Maxim 公司的一种 RS485 芯片。 MAX485 芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO 和 DI 端分别为接收器的输出和驱动器的输
13、入端，与单片机连接时只需分别与单片机的 RXD 和 TXD 相连即可；/RE和 DE 端分别为接收和发送的使能端，当/RE 为逻辑 0 时，器件处于接收状态；当 DE 为逻辑1 时，器件处于发送状态，因为 MAX485 工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A 端和 B 端分别为接收和发送的差分信号端,当 A 引脚的电平高于 B 时，代表发送的数据为 1；当 A 的电平低于 B 端时，代表发送的数据为 0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制 MAX485 的接收和发送即可。同时将 A 和 B 端之间加匹配电阻，一般可选 100 的电阻。 MAX 引 脚
14、(管 脚 )图 及 工 作 电 路3.5.2 MAX232 芯片第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构成。功能是产生+12v 和-12v两个电源，提供给 RS-232 串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据通道。其中 13 脚（R1IN） 、12 脚（R1OUT） 、11 脚（T1IN） 、14 脚（T1OUT）为第一数据通道。 8 脚（R2IN） 、9 脚（R2OUT） 、10 脚（T2IN） 、7 脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232
15、数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑 DB9 插头；DB9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。第三部分是供电。15 脚 GND、16 脚 VCC（+5v） 。3.5.3 485 串口通信电路6串口电路3.6 显示模块显示电路采用 12864 液晶屏，该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。液晶屏连线方式4、 系统调试4.1 调试仪器仪表仪器名称 型号 数量双通道示波器 RIGOL 1数字万用表 UT52 14.2 调试及分析首先，把 DA 和 AD 的基准电压源调到两伏，然后满量程输出
16、的值就应该是 2 伏，而实际上我们得到的是 1.89 伏，原因是因为 DA 的输出有漂移，DSP 把数字信号送给DA5541,DA 输出模拟信号，经过 ADS8320 输出模拟信号，整个过程，为了使输出的电压更加稳定，加入了 AD820 作为电压跟随器，利用它的输入阻抗高，输出阻抗低的特点，同时通过减法器使实测电压缓慢的接近输入电压值，通过验证，AD 采回的数值偏高，这样我们又加入 ua741 电压跟随器来调整基准电压的输出，最后调整到输入电压值和实测电压值偏差接近 0.2 毫伏之内，最后把基准电压确定在 2.0 伏，然后通过万用表和示波器测量出 AD 样值和AD 的输出值通过 LCD1286
17、4 液晶屏将输入电压和实测电压显示出来，误差接近 0.1 毫伏，通过按键调整波特率，同时使输入电压步进 0.1 毫伏，这样反复通过 AD820 减法器使实测电压值接近输入值，这样就达到了本实验的要求和目的。74.3 误差分析造成误差的原因有(1)零点漂移：由于运算放大器的零点漂移，温度漂移等带来的误差，可以通过温度补偿措施来解决此误差。（2）A/D，D/A 转换误差：受 AD 转换器精度及基准源稳定程度的限制，不可避免地带来一定的误差。为了更精确的输出电源电压，选用更多位数的 AD，DA 芯片。（3）因外界突发干扰或仪表显示值等引起的随机误差或粗大误差。（4）采样电阻自热效应引起的误差：由于电
18、阻在温度上升时阻值会发生变化，因此会引起温度飘移，给系统带来测量的误差。5、 设计总结直流毫伏信号发生器可以实现如下功能：（1）输出电压：范围 01V，步进 0.5mV；具有输出电压值（测量值）显示功能；由“” 、 “”两键分别控制输出电压步进增减； （2）具备 485 通讯能力，波特率可设置，即 4800、9600、19200、38400 、56000、57600、115200bps 可设置； （3）能显示设定值与实际值及其误差。本设计制作完成了题目要求的基本部分的全部要求和发挥部分的大部分要求，而且部分功能大大高于发挥部分的要求。 目前，在电子仪器，设备中经常要用到直流毫伏信号发生器，有时
19、要求应具有良好的稳定性，而且精度较高。该设计完全符合了这些要求，如果再经过结构优化，将具有良好的市场前景。通过本次电子设计大赛的学习，对 DSP 的应用有了基本的了解，对 DSP 软件编程及调试有了基本的掌握。这对我们来说是一个质的提高。在本次设计大赛的过程中，我们的团队精神体现了重要的作用。6、 元件清单TMS320F2812PGF 芯片一片AD5541 芯片一片12864 液晶屏一块LM4050 芯片一片AD820 芯片二片ADS8320 芯片一片UA741 芯片一片MAX485 芯片一片MAX232 芯片一片胆电容一个开关四个三端稳压器 7805，AS2830 各一片电阻，电容，导线若干
20、87、 参考文献：1 全国大学生电子设计设计竞赛组委员会.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京电子工业出版社，2005 年2 全国大学生电子设计设计竞赛组委员会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编（第一届第五届）M.北京理工大学出版社，2004 年3 模拟电子技术基础. 童诗白，华成英主编4 现代电力电子器件原理与应用.机械工业出版社5 TMS320x28xxx 原理与开发. 苏奎峰编98、 程序清单/BUS LCD #include “DSP281x_Device.h“ / DSP281x Headerfile Include File#include “DSP281x_Examples.
21、h“ / DSP281x Examples Include File#include “LED.C“/*/定义区unsigned int value; unsigned char ADVAL8=x,.,x,x,x,x,0;unsigned char ADVAL_err8=0,.,0,0,0,0, ,0;unsigned int key=0x4E20;unsigned char key_baud=0x00;unsigned int key_value=0x0000;char key_false=0x00;/*#define AVG 10 / Average sample limit#define
22、 BUF_SIZE 10 / Sample buffer sizeUint16 Sample_AD=0x0000;Uint16 SampleTableBUF_SIZE;Uint32 Sample=0,Sample_AVG=0;/ SCI 发送接收数据中间变量Uint16 sdataB16; / Send data for SCI-AUint16 rdataB8; / Received data for SCI-AUint16 rdata_pointB; / Used for checking the received data/*unsigned char baud_disp8=4,8,0,0
23、, , ,0;unsigned char baud_disp18=9,6,0,0, , ,0;unsigned char baud_disp28=1,9,2,0,0, ,0;unsigned char baud_disp38=3,8,4,0,0, ,0;unsigned char baud_disp48=5,6,0,0,0, ,0;unsigned char baud_disp58=5,7,6,0,0, ,0;unsigned char baud_disp68=1,1,5,2,0,0,0;unsigned char number_tab=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;/*/*/波特率设定首位高字节，二位低字节/SCI_PRD14=4800,9600,19200,38400,56000,57600,115200;unsigned char SCI_PRD14=0x03,0xCF,0x01,0xE7,0x00,0xF3,0x00,0x79,0x00,0x52,0x00,0x50,0x00,0x27;void initlcm(void); /初始化 LCMvoid sendCMD(char dat); /写控制指令
