基于单片机的脉冲信号发生器【字数：11733】
摘 要本文主要研究设计一个基于MSP430单片机的脉冲信号发生器。本设计主要选用了MSP430F6638单片机为主要控制核心。主要利用了单片机内部的D/A转换电路、液晶显示电路、放大和键盘电路等。通过矩阵按键来控制产生所需要的方波、正弦波、三角波等波形，而且能通过矩阵按键来控制波形的参数和种类等，并能够在TFT LCD上显示相关数据，来实现人机交互。本设计的软件平台为CCS，它的编程语言是C语言，并且按中断方式工作。本设计有良好的性能，结构简明，实用性比较强，它能够应用于各种科技领域和工程应用中，更加方便的服务于我们的日常生活。
目 录
第一章 绪论 1
1.1脉冲信号发生器设计背景 1
1.2国内外脉冲信号发生器发展现状 1
1.3单片机在脉冲信号发生器中的应用 3
1.4本章小结 4
第二章 脉冲信号发生器总体设计 5
2.1设计目标 5
2.2软件设计平台 5
2.3硬件设计平台 5
2.4总体设计方案 6
2.5本章小结 7
第三章 脉冲信号发生器硬件电路 8
3.1主控电路 8
3.2电源电路 9
3.3A/D转换电路 10
3.4usb连接电路 11
3.5矩阵键盘电路 11
3.6放大电路 12
3.7TFT LCD液晶显示电路 13
3.8本章小结 14
第四章 脉冲信号发生器软件程序设计 15
4.1主程序的设计 15
4.2波形产生程序的设计 16
4.3按键程序的设计 17
4.4TFT LCD显示程序的设计 18
4.5本章小结 19
第五章 系统调试 20
5.1硬件系统的调试 20
5.1.1硬件调试 20
5.2软件系统的调试 20
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 主要程序代码 27
第一章 绪论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1.1脉冲信号发生器设计背景
改革开放以来，随着科学与电子技术的飞速发展，尤其集成电路的产生与突破，给我们的日常生活带来了根本上的变革。而脉冲信号发生器作为重要的实验用信号源，在如今各种电路和电子实验设计过程和应用中扮演了重足轻重的一个角色。并且脉冲信号发生器的应用范围也随之越来普及，因此对脉冲信号发生器的稳定度、精确度、输出输入信号分辨率等参数指标提出了更有挑战性的高要求，传统的信号源如DDS型波形发生器[14]等已经难以满足当前电子技术发展的高标准。且当今社会，智能化作为仪器的基本要求成为了关键性的一个指标，因此对传统设备智能化的需求变得呼声愈高。如果在某个特定场合里，我们需要某些特殊波形，此时传统的脉冲信号发生器便难以胜任。如今在市面上可以看到的传统仪器在各方面都已经不能满足众多方面中实际应用的需要，且各类功能的集成电路芯片的飞速发展，都要求我们急需研制一种功能全面、能产生各类波形、更方便等优点的脉冲信号发生器。
1.2国内外脉冲信号发生器发展现状
脉冲信号发生器作为一种信号源，它是一种能提供各种频率、电压和波形信号的设备仪器，也是现今不管是科研还是教学和实际应用中不可或缺的仪器设备之一。如今，市场上常见的脉冲信号发生器大多产生的波形种类有限，多为固定的三角、正弦等波形，不能实现在特定场合需要的特殊信号，应用起来带来诸多不便。信号发生器作为一种传统的应用电子仪器设备，可以不使用单片机，由硬件电路搭接而成。但是这种电路产生的各种波形信号控制难，容易失真，分辨率低，电路复杂和体积大等种种缺陷。在科研教学和生产实际过程中，如工业、生物医学、制造业、模拟机械振动等方面有时需要使用低频信号源。但完全由硬件电路构成的低频信号源所需电阻和电容的数值过大，在制作程度上难度过高，因此其分辨率和精度很难控制；又因为其具有过多的弱点如体积庞大、损耗显著且有漏电危险，因此在实际应用中，随着需求的提升，电路会愈加复杂，其性能往往令人不满。
信号发生器作为最早出现的测量仪器之一，最早的是产生在上世纪二十年代的时候。并且依赖电子科学和通信技术的发展，二十年后便出现了标准信号发生器。也因此信号发生器完成了从定性分析到定量分析的本质飞跃。但是早期的信号发生器发展情况并不理想，由于技术发展的局限性，其结构过于复杂，功率过大，电路调试难度高，波形输出也不稳定且干扰难以消除，寿命也较短。在七十年代以前，信号发生器主要包括正弦和脉冲两种。不同于此的是函数发生器，它能产生正弦、三角、上弦等几种常用的波形，但是局限于此，它必须与复杂电路结合后，才能产生其它波形。这个时期的信号发生器主要以模拟电子技术为基础，由各部分元件搭建或者集成结构组成，而且由于模拟构成的电路存在着尺寸大、调试难、价格贵等缺点，并且电路结构的复杂程度也会随着需要产生波形的提高而提高。并且，通过电位器的调节来实现输出频率的调节实现困难和信号的占空比不可调节这两个主要问题异常突出。在70 年代后，MCU微处理器的出现使得信号发生器发生更大的变革。波形信号发生器便可以利用MCU处理器、D/A转换，实现更多更高的性能、更强大的功能，由此产生更加复杂而又稳定的波形也变得更加容易了。由此不难推断，处于这个时间的信号发生器主要是用软件程序实现所需要的种种功能。当然，利用微处理器对DAC进行编程控制便是它的本质根据，由此就能够得到各种较为简单的波形输出。同时它也存在各种缺陷，由于受限于运行速度，所以无法产生较高频率的信号，集成电路结构得不到改良，就暂时无法改变这种本质问题。近二十年后，电子技术取得了本质上的飞跃，模拟信号也逐渐被数字信号所取代，此中原因主要得利于计算机技术和微电子技术二者相互促进并且都取得了迅捷的发展。
近些年看来，世界范围中信号发生器技术发展主要体现在以下几个方面：
1.在过去的早些时候由于信号发生器所产生的信号频率普遍不高，因此它应用的范围也比较狭小。但是随着技术的持续发展，信号发生器慢慢也能产生越来越高的波形频率，这样便使得信号发生器能够应用于越来越广泛的领域当中。信号发生器相关软件的开发与进步，使得波形数据的输入变得更加简易。信号发生器原理通常是使用一系列的点、直线或函数直接把波形数据写到存储器当中去。而面对比较复杂没有规律可循的波形时，它就可以利用某种函数方程输入。就是把复杂的波形则由几个比较简单的函数复合而成，从而实现波形方程的数学表达式产生。波形发生器向任意波形发生器发展离不开以上这些原因的有力推动。当然，各种计算机编程语言的出现也积极推动了波形发生器相关软件技术的进步发展。目前我们通常能够利用的编程语言如C语言等来编写波形发生器的相关软件程序，这样一来便能实现从计算机上输入任意数据，来控制实现相关波形的输出。
目 录
第一章 绪论 1
1.1脉冲信号发生器设计背景 1
1.2国内外脉冲信号发生器发展现状 1
1.3单片机在脉冲信号发生器中的应用 3
1.4本章小结 4
第二章 脉冲信号发生器总体设计 5
2.1设计目标 5
2.2软件设计平台 5
2.3硬件设计平台 5
2.4总体设计方案 6
2.5本章小结 7
第三章 脉冲信号发生器硬件电路 8
3.1主控电路 8
3.2电源电路 9
3.3A/D转换电路 10
3.4usb连接电路 11
3.5矩阵键盘电路 11
3.6放大电路 12
3.7TFT LCD液晶显示电路 13
3.8本章小结 14
第四章 脉冲信号发生器软件程序设计 15
4.1主程序的设计 15
4.2波形产生程序的设计 16
4.3按键程序的设计 17
4.4TFT LCD显示程序的设计 18
4.5本章小结 19
第五章 系统调试 20
5.1硬件系统的调试 20
5.1.1硬件调试 20
5.2软件系统的调试 20
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 主要程序代码 27
第一章 绪论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1.1脉冲信号发生器设计背景
改革开放以来，随着科学与电子技术的飞速发展，尤其集成电路的产生与突破，给我们的日常生活带来了根本上的变革。而脉冲信号发生器作为重要的实验用信号源，在如今各种电路和电子实验设计过程和应用中扮演了重足轻重的一个角色。并且脉冲信号发生器的应用范围也随之越来普及，因此对脉冲信号发生器的稳定度、精确度、输出输入信号分辨率等参数指标提出了更有挑战性的高要求，传统的信号源如DDS型波形发生器[14]等已经难以满足当前电子技术发展的高标准。且当今社会，智能化作为仪器的基本要求成为了关键性的一个指标，因此对传统设备智能化的需求变得呼声愈高。如果在某个特定场合里，我们需要某些特殊波形，此时传统的脉冲信号发生器便难以胜任。如今在市面上可以看到的传统仪器在各方面都已经不能满足众多方面中实际应用的需要，且各类功能的集成电路芯片的飞速发展，都要求我们急需研制一种功能全面、能产生各类波形、更方便等优点的脉冲信号发生器。
1.2国内外脉冲信号发生器发展现状
脉冲信号发生器作为一种信号源，它是一种能提供各种频率、电压和波形信号的设备仪器，也是现今不管是科研还是教学和实际应用中不可或缺的仪器设备之一。如今，市场上常见的脉冲信号发生器大多产生的波形种类有限，多为固定的三角、正弦等波形，不能实现在特定场合需要的特殊信号，应用起来带来诸多不便。信号发生器作为一种传统的应用电子仪器设备，可以不使用单片机，由硬件电路搭接而成。但是这种电路产生的各种波形信号控制难，容易失真，分辨率低，电路复杂和体积大等种种缺陷。在科研教学和生产实际过程中，如工业、生物医学、制造业、模拟机械振动等方面有时需要使用低频信号源。但完全由硬件电路构成的低频信号源所需电阻和电容的数值过大，在制作程度上难度过高，因此其分辨率和精度很难控制；又因为其具有过多的弱点如体积庞大、损耗显著且有漏电危险，因此在实际应用中，随着需求的提升，电路会愈加复杂，其性能往往令人不满。
信号发生器作为最早出现的测量仪器之一，最早的是产生在上世纪二十年代的时候。并且依赖电子科学和通信技术的发展，二十年后便出现了标准信号发生器。也因此信号发生器完成了从定性分析到定量分析的本质飞跃。但是早期的信号发生器发展情况并不理想，由于技术发展的局限性，其结构过于复杂，功率过大，电路调试难度高，波形输出也不稳定且干扰难以消除，寿命也较短。在七十年代以前，信号发生器主要包括正弦和脉冲两种。不同于此的是函数发生器，它能产生正弦、三角、上弦等几种常用的波形，但是局限于此，它必须与复杂电路结合后，才能产生其它波形。这个时期的信号发生器主要以模拟电子技术为基础，由各部分元件搭建或者集成结构组成，而且由于模拟构成的电路存在着尺寸大、调试难、价格贵等缺点，并且电路结构的复杂程度也会随着需要产生波形的提高而提高。并且，通过电位器的调节来实现输出频率的调节实现困难和信号的占空比不可调节这两个主要问题异常突出。在70 年代后，MCU微处理器的出现使得信号发生器发生更大的变革。波形信号发生器便可以利用MCU处理器、D/A转换，实现更多更高的性能、更强大的功能，由此产生更加复杂而又稳定的波形也变得更加容易了。由此不难推断，处于这个时间的信号发生器主要是用软件程序实现所需要的种种功能。当然，利用微处理器对DAC进行编程控制便是它的本质根据，由此就能够得到各种较为简单的波形输出。同时它也存在各种缺陷，由于受限于运行速度，所以无法产生较高频率的信号，集成电路结构得不到改良，就暂时无法改变这种本质问题。近二十年后，电子技术取得了本质上的飞跃，模拟信号也逐渐被数字信号所取代，此中原因主要得利于计算机技术和微电子技术二者相互促进并且都取得了迅捷的发展。
近些年看来，世界范围中信号发生器技术发展主要体现在以下几个方面：
1.在过去的早些时候由于信号发生器所产生的信号频率普遍不高，因此它应用的范围也比较狭小。但是随着技术的持续发展，信号发生器慢慢也能产生越来越高的波形频率，这样便使得信号发生器能够应用于越来越广泛的领域当中。信号发生器相关软件的开发与进步，使得波形数据的输入变得更加简易。信号发生器原理通常是使用一系列的点、直线或函数直接把波形数据写到存储器当中去。而面对比较复杂没有规律可循的波形时，它就可以利用某种函数方程输入。就是把复杂的波形则由几个比较简单的函数复合而成，从而实现波形方程的数学表达式产生。波形发生器向任意波形发生器发展离不开以上这些原因的有力推动。当然，各种计算机编程语言的出现也积极推动了波形发生器相关软件技术的进步发展。目前我们通常能够利用的编程语言如C语言等来编写波形发生器的相关软件程序，这样一来便能实现从计算机上输入任意数据，来控制实现相关波形的输出。
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