基于MSP430实现的简易信号发生器及源程序

MSP430G2系列Launchpad开发板应用实例作品

基于MSP430G2211实现的简易信号发生器

第二章作品硬件系统设计

第一节MSP430G2系列Launchpad开发板介绍

TI的MSP430G2系列Launchpad开发板是一款适用于TI 最新MSP430G2xx 系列产品的完整开发解决方案。其基于USB 的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xx 器件开发应用所必需的所有软、硬件。LaunchPad 具有集成的DIP目标插座，可支持多达20 个引脚，从而使MSP430 Value Line器件能够简便地插入LaunchPad电路板中。此外，其还可提供板上Flash 仿真工具，以直接连接至PC 轻松进行编程、调试和评估。此外，它还提供了从MSP430G2xx 器件到主机PC 或相连目标板的9600 波特UART 串行连接。其实物图如图2.1所示。

图2.1 MSP430G2系列Launchpad开发板实物图

MSP430G2系列Launchpad开发板的特性：

●USB 调试与编程接口无需驱动即可安装使用，且具备高达9600 波特的UART 串

行通信速度

●支持所有采用PDIP14 或PDIP20 封装的MSP430G2xx 和MSP430F20xx 器件

●分别连接至绿光和红光LED 的两个通用数字I/O 引脚可提供视觉反馈

●两个按钮可实现用户反馈和芯片复位

●器件引脚可通过插座引出，既可以方便的用于调试，也可用来添加定制的扩展板

●高质量的20引脚DIP插座，可轻松简便地插入目标器件或将其移除

本作品中所使用的MSP430G2211单片机的资源和功能：

◆16位RISC指令集处理器

◆128字节RAM(数据)+2K字节Flash存储器（代码）

◆一个16位TA定时器

◆内置数控振荡器（DCO），最高频率可达21MHz

◆9个双向I/O口，每个I/O口都可以作为中断源

◆自带BOR检测电路，能自动避开上电瞬间的毛刺并产生可靠的复位信号

◆内置低功耗低频振荡器（VLO）

◆可通过软件配置的8通道比较器

第二节方案论证、比较与选择

方案一：

控制部分由MSP430G2211实现，波形产生采用低温漂、低失真、高线性单片压控函数发生器（如ICL8038、MAX038等）。它们可同时产生频率可控可变的三角波、正弦波、脉冲波等。用D/A转换器的输出来改变调节电压，也可以实现频率的数控调整。

优缺点：方法简单易行，采用单片专用芯片，系统体积大大减小。但由于压控的非线性，频率步进的步长控制困难。而且整个设计中MSP430G2211仅仅完成简单的控制功能，资源得不到充分的利用。

方案二：

控制部分由MSP430G2211实现，波形产生部分使用FPGA或CPLD芯片采用波形查找表结合高速的DAC产生。

优缺点：此方案自由度大，符合现在的发展趋势。但是，FPGA或CPLD芯片价格相对比较高，加上高速的DAC芯片，使设计成本大大提高。而且整个设计中MSP430G2211仅仅完成简单的控制功能，资源得不到充分的利用。

方案三：

由MSP430G2211实现对专门的DDS芯片（如AD9850、AD9833）的控制，来产生各种波形。

优缺点：利用此方案产生波形的频率稳定度高，易于程控。但是，专门的DDS芯片价格高，系统成本高。

方案四：

由MSP430G2211结合低通滤波器电路来模拟实现DDS芯片的功能，进而产生各种波形。

优缺点：利用此方案可以充分利用MSP430G2211上资源，使系统成本大大降低。但是此方案只能产生低频率的波形。

综上，方案四可以充分利用MSP430G2211的资源，外围电路简单、系统成本低，可以满足简易信号发生器的要求。所以本作品最终采用方案四。

第三节主要模块电路

（1）电源模块

本作品中总共使用了三种电源：5V、3.6V、-5V。其中3.6V的产生是在1117-3.3的参考端加了一个二极管1N5819。由于1N5819的导通电压大约为0.3V，可将1117-3.3的输出电压太高0.3V，变为3.6V。-5V由负压产生芯片ICL7660产生。电源模块电路如图2.2所示。

图2.2 电源模块电路

（2）滤波电路模块

滤波电路模块主要有低通滤波器和高通滤波器（隔直电路）组成。前面的R15、R16、R17、C10、C11和C12组成三阶低通滤波器。3dB点为600Hz，可以有效的将信号中的高频成分滤除。

高通滤波器电路。C9和R19组成高通滤波电路，3dB点为362mHz，可以将信号中的直流成分有效的滤除。滤波电路如图2.3所示。

图2.3 滤波电路模块

（3）幅度调节及信号输出模块

幅度调节电路是由运算放大器LM358和一些电阻电容组成的反相放大电路。其中R10是精密可调电位器，方便用户对信号的幅度进行调节。

信号输出电路有一个50Ω的电阻和SMA头组成。50Ω的电阻可以保证整个信号发生器

的输出阻抗为50Ω。信号幅度调节和输出部分电路如图2.4所示。

图2.4 信号幅度调节和输出电路

（4）菜单按键和指示模块

作品设计了四个菜单按键，如下图所示。各自的功能见表2.1。

表2.1 菜单按键功能

系统开机启动后，默认输出的波形是10Hz的正弦波。通过点按S5和S4可以实现频率的加1减1，长按可以实现频率的快速加减。通过点按S6，可以切换波形，同时相应的LED 灯会亮（各LED灯代表的波形见表二）。切换波形时，为了保护用户电路，禁止信号输出。当用户切换到需要的波形时，可以点按S3，使能信号输出。

灯亮代表输出波形如表2.2所示。

表2.2 LED指示灯代表波形

菜单按键和LED信号指示灯的电路见图2.5。