脉冲信号参数测试仪毕业论文

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1、编号： 毕业设计说明书题 目： 脉冲信号参数测试仪脉冲信号参数测试仪 院 （系）： 电子工程与自动化学院 专 业： 电子信息科学与技术 学生姓名： xxxxxxxxxxxx 学 号： xxxxxxxxx 指导教师： xxxxxxxxxxxxxx 职 称： xxxxxxxxxxxx 题目类型：题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2013 年 5 月 20 日 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 摘 要脉冲参数测试仪是在信号类常用的一种仪器，用它可以测量峰峰值、有效值、频率、上升沿和下降沿时间，占空比等的仪器。这种功能比较齐全的仪器现在大多数都是比较大型的台式的，

2、手提便携式的功能还没那么完善，便携式的比较少，能测得东西也没那么多，而且便携式的测量精度没有台式的测量精度高。现在便携式的测量仪器普遍用的就是万用表，可以测量直流电压、电阻、电流、电容等等。本次是用超低功耗的控制芯片 MSP430F5438A 做为主控芯片，可以测量峰峰值、频率、占空比、上升沿和下降沿时间的参数，由于板子做得不怎么好，所以测的量精度不高。关键词：MSP430F5438A；脉冲信号参数测试仪；峰峰值；频率；占空比 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 AbstractThe pulse parameter tester is an instrument commonly us

3、ed in the signal class，It can measure the peak-to-peak, RMS, frequency, rise and fall times, the duty cycle of the instrument.This function relatively complete instrument now most of them are relatively large-scale desktop,Hand-held portable function is not so perfect, portable are much few, can be

4、measured not so much things, the measurement accuracy of the desktop and portable measurement accuracy is not high.Now portable measuring instruments commonly used is the multimeter,Can measure DC voltage, resistance, current, capacitance, and so on.The use the ultra low power control chip MSP430F54

5、38A of as master chip,Can measure the peak-to-peak, frequency, duty cycle, rising and falling edge time parameters, the board is doing not so good, so the measurement accuracy is not high.Key words: MSP430F5438A; Pulse signal parameter tester; peak-to-peak; frequency; duty 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目 录引言.

6、11 背景知识及系统设计要求.11.1 背景知识.11.2 MSP430 系列单片机介绍.21.3 系统设计要求.21.4 系统设计方案.22 主要器件的选择及论证.32.1 微处理器的选择.32.2 比较器的选择.32.3 占空比测量模块的选择.42.4 占峰峰值测量的设置.43 脉冲信号参数测试仪的硬件电路设计.43.1 MSP430F5438A 主控模块设计.43.1.1 MSP430F5438A 最小系统芯片部分.43.1.2 MSP430F5438A 最小系统 I/O 口部分.53.1.3 MSP430F5438A 最小系统复位电路和仿真电路.63.2 比较器电路.73.3 峰值检波

7、电路.83.4 有效值测量电路.93.5 A/D 模数转换电路.103.5 D/A 数模转换电路.114 脉冲信号参数测试仪的软件设计.124.1 脉冲信号参数测试仪的总体流程图.125 脉冲信号参数测试仪的调试过程.155.1 硬件调试过程.155.2 软件调试过程.176 对系统的总结与展望.196.1 总结.196.2 展望.19谢 辞.20参考文献.21附 录.22 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 0 页 共 28 页引言单片机微型计算机是计算机的一个很重要的分支，单片机微型计算机简称单片机，非常适用于自动化控制领域，所以又称为微控制器。单片机由集成电路芯片构成，内部包含了

8、计算机的基本功能模块：中央处理器 CPU、存储器、IO 接口电路，定时器中断电，有些单片机里还集成了内部 A/D 转换功能等等。单片机只是一个控制芯片，相当于人的大脑，人只有大脑还是完成不了所需要的功能的，还需要手、脚、嘴巴、耳朵等等的器官，单片机也是一样，必须还要外接一些模块才能实现想要的功能。单片机外接的模块根据要实现的功能的不同选择不同的外部芯片组成不同的外部模块，这些外部的模块只能完成某一方面的工作，就像人的嘴巴只能说话吃饭不能听到声音，耳朵只能听到声音不能吃饭，外部的模块统一由单片机控制，使外部的模块能统一协调的完成工作。由于单片机稳定性好，物美价廉，功耗低，控制简单易用，所以单片机

9、已经广泛应用到了各行各业，如自动化控制、智能玩具、各种家居、手机、仪器仪表等各种仪器。现在的电子产品的种类越来越多，各种仪器的应用也就越来越多，在信号类的仪器都要用到脉冲信号测量的仪器，本课题研究的是脉冲参数测试仪，主要是测量各种脉冲信号的参数。因为脉冲信号很微小的变化都会影响到信号的质量，所以脉冲参数测试仪对芯片和电路的要求都比较高。1 背景知识及系统设计要求1.1 背景知识随着电子技术的发展，对脉冲信号的测量精度要求也越来越高，脉冲参数测试的仪器应用也越来越广泛，最常见的也最常用的就是示波器，示波器有模拟示波器和数字示波器。数字示波器比较智能，功能比较多，精度也会比模拟示波器的高。现在也有

10、一些是便携式的数字示波器，大小和手机差不多一样，不过本人没用过，不知道好不好用，不知道精度高不高。但本人觉得便携式的还是没有台式的精度那么高的，本人见过的那台便携式的示波器才几百元，比示波器便宜多了，所以质量肯定没有台式的好，精度也没有台式的高。但是也可能有一些比较贵的，精度应该也和台式的示波器差不多，功能也会比较多。脉冲信号参数测试仪器对电路板的布局要求比较高，因为是信号类的，所以电阻电容的数值也会对测量结果产生比较大的影响，所以电路板稍微做得不怎么好，就可能实现不了功能或者精度会变得很差，所以做脉冲参数测试仪时要多查看资料，要比较细心，尽量做到完美精度才会比较高。由于现在很多领域都要进行信

11、号的检测，特别是高科技领域，所以信号的检测和测量应用越来越广泛，微弱信号领域对脉冲信号检测的精度要求很高，像雷达等的信号，对信号检测的要求很高很高，所以像每国 P-3C 侦察机反潜机只有少数的几个国家能做得出来，因为对小信号的检测分析处理的技术要求是很高的。一些是知道原理但 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 1 页 共 28 页工艺不够好也做不出来。本次做的是用超低功耗的控制芯片 MSP430F5438A 作为控制芯片，加上其他一些外围的电路模块做成的。 因为本人技术有限，做的板子不是很好，所用的芯片也不怎么好，好的芯片太贵了，买不起，所以精度不怎么好。不能用到好东西，板子又做得不好

12、，所以调板子的时候太难调了，调了很久很久都调得不怎么好，最后只能调到精度还算相差不是很大就行了。1.2 MSP430 系列单片机介绍MSP430 系列单片机是 TI（德州仪器）公司近年来推出的一系列优秀的混合微型处理器。他不仅具有 16 位微型处理器高效的处理器系统，还具有很多功能强大的、丰富的外设，其中包括很多高性能的模拟外设。在大部分热门产品应用中都可以单芯片完成设计，更可贵的是他能够以极低的功耗运行，因而被广泛应用在电池供电的手持设备上。即使是在某些不需要低功耗的场合，MSP430 单片机仍然可以作为一款高性能单片机使用。随着自动控制的高速化和低功耗化，MSP430 系列将会得到越来约多

13、人的喜爱，其应用的领域也会越来越大。1.3 系统设计要求在学过的单片机的一些知识的基础上，通过自主学习，学会另外一些单片机的应用，学会那种单片机的一种或者几种语言的编程，学会运用学到的新的单片机控制外围的芯片、电路模块，制作完成一个脉冲参数测试仪。脉冲信号幅值范围为：0.2VP3.3VP，测量精度2%；脉冲信号频率范围为 100Hz100KHz；频率测量精度0.1%，周期测量精度0.1%；占空比测量范围为 1090，测量误差10；上升时间和下降时间测量范围为 1us1ms，测量误差1us；脉冲信号频率范围为10Hz500KHz；频率测量精度0.03%，周期测量精度0.03%；1.4 系统设计方

14、案系统设计方案如图所示： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 2 页 共 28 页图 1.1 系统框图由图 1.1 所示，本设计涉及七个部分，DA 输出峰峰值的 10%和 90%的电压值给比较器模块，信号输入到比较器模块，比较器模块有峰峰值的 10%和 90%的两路输出比较电压，比较器输出这两路的比较脉冲信号，这两路脉冲信号通过 74HC08 相与后输出上升沿下降沿的脉冲信号。将比较器比较后的输出电压输入到有效值检测模块，用A/D 模块测出有效值，再用测出来的有效值求出占空比。脉冲信号输入到峰值检测模块测量脉冲信号的峰峰值。将比较器输出的比较脉冲信号和 A/D 所测量的数值输入到MSP

15、430F5438A 微处理器，实现求频率、上升沿下降沿时间和进行一些数据处理。最后把处理后的结果通过显示模块显示出来。2主要器件的选择及论证2.1 微处理器的选择一开始本人考虑的是用 51 单片机来作为主控的微处理器，因为 51 单片机的应用简单，操作起来简单容易，而且 51 单片机是本人用得最多的，很容易上手。后来发现51 单片机的速度不够快，功能也没那么多，所以后来选择了 TI 的 MSP430 系列单片机，MSP430 系列单片机的功能比较强大，而且工作的功耗超低。选好了微处理器后，本人就在 TI 官网申请了 2 片 MSP430F5438A 微处理器芯片。2.2 比较器的选择在这么多的

16、模块当中，本人觉得比较器模块是最难调的了。本人用万用板搭过LM393 模块调了一下，出来的波形很不好，很多纹波。后来听别人说 TLC372 不错，本人就试了一下，还把电路图 PCB 画好了，做好了板子，本人以为这个是绝对没什么问题的了，因为以前也有人用过。然后本人再拿到实验室去调试，调试出来的结果太令本人失望了，比较出来的脉冲边沿有很多振荡的纹波，而且纹波的幅度也很高。本人没试过在脉冲信号边缘去振荡纹波的方法，所以调了很久都调不出来。那时本人也没有什么其他的比较器了，所以本人想一定要把这个 TLC372 调好才可以。本人问了以前做过的那些人，他们说他们也是那样子画的图，他们的就可以，本人的为什

17、么不 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 3 页 共 28 页可以，而且板子都检查过很多遍了，都没有画错、连错、短路或者断路等，所以他们也不知道是什么原因，本人自己也是调了 2 天检查了 2 天都检查不出来，然后不想调了，本人想再调也是没结果的了，反而是浪费时间。然后再从网上查了一些比较器的资料，看到一款用运放做的比较器貌似不错，叫做滞回比较器。绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为 5mV 到 10mV。内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。这种情况下需要增加外部

18、滞回, 以提高系统的抗干扰性能。然后本人就参考网上的一些电路图和一些资料，做了一个滞回比较器，做好后就马上拿去实验室调试，调试的结果很好，边缘一点振荡都没有。再接着测了几组数据，发现 1VPP 一下的小信号很难测试，然后就再重新画个 PCB，加上个继电器，当信号小于 0.8VPP 时就选用另一个通道，这个通道经过一个运放将电压放大后在输入到比较器进行比较。但那个运放放大的倍数不大，当 1VPP 的信号放大到2.5VPP 以上信号底部就失真了，0.6VPP 也是放大到 2.5VPP 以上信号底部就失真，为了能使 0.2VPP 的信号能放大的倍数大一点，所以就选择 0.8VPP 以上的信号通过继电

19、器选择放大的通道。2.3 占空比测量模块的选择本人一开始想的是用一个周期高电平的时间再除以周期来求占空比的，但是有些占空比太小了，单片机很难把一个周期的高电平时间测出来，所以就得想过另外的办法。对于脉冲信号而言，占空比=(有效值/峰峰值)2/100，然后选择用 AD637 来测量脉冲信号的峰峰值，然后根据上一个公式来求脉冲信号的占空比。这种方法比较容易，测起来也比较方便。2.4 占峰峰值测量的设置 峰峰值测量本人选用的是峰值检波，峰值检波的充电时间常数很小，即使是很窄的脉冲也能很快充电到稳定值，当中频信号消失后，由于电路的放电时间常数很大，检波的输出电压可在很长一段时间内保持在峰值上。峰值检波

20、的电路本人选用的是无二极管型的，无二极管型是利用比较器输出的开集 BJT 或者开漏 MOSFET 代替二极管，进一步提高性价比。3脉冲信号参数测试仪的硬件电路设计3.1 MSP430F5438A 主控模块设计3.1 .1 MSP430F5438A 最小系统芯片部分MSP430F5438A 主控模块本人把它做成了一个最小系统版，用最小系统版来控制调试外部的小模块。因为本人以前没用过 MSP430 的芯片，又没有开发板，所以如果 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 4 页 共 28 页把外部的模块和主控模块集成在一起很可能是不能用的，结果又浪费了很多金钱很多时间又要重新做板子，所以先做成最

21、小的系统版，先把最小系统版做出来调好，再做外部的模块，外部的模块也是一个小模块一个小模块的做，这样既能做得快一点做不成功也可以快一点再做另一块，而且板子用不了再重新做也不用花那么多的钱，节约了的成本。在 MSP430F5438A 最小系统版中，主要由一下几大部分构成。如图 3-1-1 所示，MSP430F5438A 芯片有 100 个引脚，其拥有 16 位精简指令集结构，可以扩展外部存储器，可以达到 25MHZ 系统时钟，灵活得电源管理系统（PMM） ，由 DVCC 在 LDO 作用下产生 Vcore 电源，供低电压模块使用，低功耗/低频率内部时钟源 VLO，低频率内部时钟源 REFO -XT

22、132768HZ 晶振，XT2 高频晶振可以达到25MHZ，16 位 Timer0_A5 有 5 个捕获/比较寄存器，16 位 Timer1_A3 有 3 个捕获/比较寄存器，16 位 Timer_B7 有 7 个捕获/比较寄存器，达到 4 个通用通信接口，内部 UART，支持自动波特率检测，具有 IRDA 编码和解码，SPI 通信，I2C 通信，12 位模数转换，采用内部参考电压，12 外部通道，4 个内部通道，256KB FLASH 存储器，16KB SRAM 存储器，片内实时时钟 RTC，也可做通用计数器使用。从上面的数据可见，MSP430F5438A 单片机一改以往 430 系列“本人

23、很省饭，但本人也不太能干”的林黛玉作风，配备了丰富的片内资源，又具备了相当可观的性能，变身为既省饭又能干的全能战士，在发扬光大 430 系列杰出的超低功耗特性的同时，大幅度提高了性能，以往 430 系列单片机几乎不可能完成的任务，如流畅 GUI、复杂网络应用、实时多任务操作系统等等，54xx 系列单片机已经完全可以应对自如，这就大大拓宽了 430系列单片机的应用领域。MSP430F5438A 主控芯片部分如下图所示： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 5 页 共 28 页图 3.1 MSP430F5438A 芯片部分3.1.2 MSP430F5438A 最小系统 I/O 口部分I/O

24、 口扩展部分如下图所示： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 6 页 共 28 页 图 3.2 MSP430F5438A 最小系统的 I/O 口扩展如图 3.2，MSP430F5438A 最小系统把芯片的 87 个通用 I/O 口全部扩展出来了，可以说 MSP430F5438A 的通用 I/O 口是很多很丰富的，可以满足同时控制多个模块的要求。3.1.3 MSP430F5438A 最小系统复位电路和仿真电路复位电路和仿真电路如下图所示：图 3.3MSP430F5438A 最小系统的仿真电路和复位电路MSP430 单片机有两种程序下载仿真的方法，如图 3.3，第一种是通过 JTAG 下载

25、仿真，第二种是通过 TEST 和 RST 两根线来下载并在线仿真。本人是用第二种来下载程序并仿真。MSP430 有两种复位方式，上电复位信号 POR(Power On Reset)和上电清 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 7 页 共 28 页除信号 PUC(Power Up Clear)。POR 信号是器件的复位信号，此信号只有在以下的事件发生时才会产生：器件上电时。RST/NMI 引脚配置为复位模式，当 RST/NMI 引脚生产低电平时。RST/NMI 引脚配置为复位模式，当 RST/NMI 引脚生产低电平时。3.2 比较器电路比较器电路如下图所示： 图 3.4 比较器电路 这是

26、个滞回比较器，由 MAX942 运放组成，其中脉冲信号幅度小的要通过一个运放将电压放大后再送入比较器进行比较，通过一个继电器进行选择，当脉冲信号是小信号时，在继电器选择端加高电平，使比较器接到电压放大电路那边，当脉冲信号不是小信号时，就给继电器加个低电平信号，使比较器接在没经过电压放大的那边。比较器模块有脉冲信号输入，两个输入比较电压的输入。两个输出比较电压的输出，两个输出比较电压经过 74HC08 相与后的输出脉冲，还有一个是其中一个输出比较电压经过74HC74 的 D 触发器后输出的方波信号，可以用这个信号来测量脉冲信号的频率。本人在软件部分设为当信号峰峰值小于 0.8VPP 时就经过一个

27、运放放大，放大的倍数大概是2.7 倍左右，运放的输入和输出都接一个电压跟随器，防止信号能量的损失。当信号的峰峰值不小于 0.8VPP 时就不用经过运放放大，不过将信号送给比较器之前也接了一个电压跟随器，也是为了防止信号能量的损失。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 8 页 共 28 页3.3 峰值检波电路 峰值检波电路如下图所示： 图 3.5 峰值检波模块 如图 3.5 所示，本人采用的是无二极管型的峰值检波电路。峰值检测电路（PKD，Peak Detector）的作用是对输入信号的峰值进行提取，产生输出 Vo = Vpeak，为了实现这样的目标，电路输出值会一直保持，直到一个新的更

28、大的峰值出现或电路复位。这个峰值检波电路本人一共做了两块。第一块做完的时候拿去实验室调试时发现信号在 2VPP 以上的电压测量还算准，但信号在 2VPP 一下的就不准了，在2VPP 一下的信号，测得的电压值最大都不超过 1V，本人反反复复测了很多数据都是不准的。信号峰峰值在 2VPP 以下，有时候所测得的电压值是峰峰值的一般多一点，有时候所测得的电压值是峰峰值的一般少一点。对照原理图和 PCB 和一些找来的资料检查了以下，发现电路图和 PCB 一点都没花错，电路也没有短路和断路，所以检查了很久都检查不出是什么原因，然后再去问了几次那些比较厉害的同学，他们也不知道是什么原因。最后实在是检查不出来

29、，只好重新做一块试试看，而且芯片也新买一些新的，可能是因为那些旧的芯片有问题调不出来的。做第二块板时本人还专门再检查了几次电路图。做好板子后，再拿到实验室去调试，测出来的结果和上次的那个板子是一样的，都是信号在 2VPP 一下就测得很不准，大概就是峰峰值的一般左右，调了几次都调不出来，问别人也不知道，所以只能用这个板子来测了。因为信号再 2VPP 一下所测得的电压值差不多是峰峰值的一般左右，所以就把所测得的电压值在单片机里处理一下，信号在 2VPP 一下，将所测得的电压值乘上差不多两倍，相乘后的数差不多就等于峰峰值了，然后大于等于 2VPP 的信号就不变。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告

30、用纸第 9 页 共 28 页3.4 有效值测量电路测有效值的电路如下图所示： 图 3.6 测有效值电路 如图 3.6，本人只采用 AD637 来测量有效值的。AD637 是 ADI 公司生产的真有效值-直流转换芯片，它的功能是把外部输入的交流信号有效值变成直流信号输出，可以计算各种复杂波形的真有效值。其最高精度高于 0.1%，是当前国际上集成真有效值转换器中性能最高的。可测量的输入信号有效值可高达 7V,对于 1vRMS 的信号，它的3dB 带宽为 8MHz,并且可以对输入信号的电平以 dB 形式指示，当输入电压为 100mV 时，带宽标值为 600kHz；输入电压为 2V 时，带宽标称值为

31、8MHz。另外，AD637 通过片选（CS）管脚作用，可以使静态电流从 2.2mA 降至 350A。因此，在数据采集和仪器仪表等场合，有很广泛的应用。AD637 集成电路具有低成本、低功耗和高（激光调整）精度特性，使得真有效值（RMS）计算成为一项实用、可行的技术，可用来获取波形的功率测量值或标准偏差。以前，采用模块式、混合式、或分立式器件的真有效值（RMS）转换器不仅成本高，而且相对复杂。RMS（真有效值）是对交流信号幅度的基本量度，可以分别从实用角度和数学角度予以定义。从实用角度定义是：一个交流信号的真有效值等于在同一负载上产生同等热量所需的直流量。例如，1 V 真有效值交流信号与 1 V

32、 直流信号在同一电阻上产生的热量相同。波形的波峰因数定义为峰值与其真有效值值之比。振幅对称方波或直流水平波形等信号的波峰因数为 1。输入电压范围是随供电电源变化的。当电源用+15V 和-15V 供电时，输入电压为 0-7V，当供电电源为+5V 和-5V 时，输入电压范围为 0-4V。当输入电压为 2V 时，产生 1%的附加误差的带宽为 200KHz。对于脉冲信号而言，占空比=(有效值/峰峰值)2/100，利用这个公式可以求出脉冲信号的占空比。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 10 页 共 28 页3.5 A/D 模数转换电路MAX197 的电路如下图所示： 图 3.7 MAX197

33、 电路如图 3.7 所示，A/D 模数转换模块是用 MAX197 做的，本人一开始是用 AD7898这款 A/D 转换器，因为这款是 SPI 通信的，只要三根线就可以实现模数转换，可以节省了大量的单片机 I/O 端口。AD7898 芯片的板子已经做好了，然后本人看了芯片的资料，对照资料上的时序图编写程序，程序完全是按照资料上的时序图写的，但下载调试的时候总是调试不出来，一点反应都没有。这块 AD7898 整整花了本人 3 天的时间，还是一点进展都没有，然后本人不想再浪费时间了，想换别的 A/D 芯片看看，然后想到用 ADC0809，但这款 A/D 是 8 为了，可能小信号测得不是很准。正好同学

34、免费申请有 2 块贴片的 MAX197 模数转换芯片，他就给了一片本人，然后就打算用 MAX197 试试看。MAX197 是 Maxim 公司推出的具有 12 位测量精度的高速 A/D 转换芯片，只需单一电源供电，且转换时间很短(6us)，具有 8 路输入通道，还提供了标准的并行接口8 位三态数据 I/O 口，可以和大部分单片机直接接口，使用十分方便。 MAX197无需外接元器件就可独立完成 A/D 转换功能。它可分为内部采样模式和外部采样模式，采样模式由控制寄存器的 D5 位决定。在内部采样控制模式(控制位置 0)中，由写脉冲 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 11 页 共 28

35、页启动采样间隔，经过瞬间的采样间隔(芯片时钟为 2MHz 时，为 3ms)，即开始 A/D 转换。在外部采样模式(D5=1)中，由两个写脉冲分别控制采样和 A/D 转换。在第一个写脉冲出现时，写入 ACQMOD 为 1，开始采样间隔。在第二个写脉冲出现时，写入控制字 ACQMOD 为 0，MAX197 停止采样，开始 A/D 转换。这两个写脉冲之间的时间间隔为一次采样时间。当一次转换结束后，MAX197 相应的 INT 引脚置低电平，通知处理器可以读取转换结果。 本人采用的是内部参考电压，内部参考电压有 2.5V 和4.096V，其中 4.096V 是通过片内缓冲器（增益=1.638）放大而输

36、出的。这个芯片的程序同学写过，不过是 80C51F020 单片机的 C 语言程序，本人用的是 MSP430 的，不能直接拿来用，本人对照了一下那个 80C51F020 的程序后，把 MSP430 的 MAX197 程序写出来，然后再调试几下就成功了。3.5 D/A 数模转换电路D/A 模块的电路如下图所示：图 3.8 DAC8562 电路D/A 转换电路本人也换过几块，开始是想用 MAX5802，这是一个双通道的 D/A 转换器，外部产考电压是可达到 5V，这个芯片是用 I2C 通信的，本人看了这个芯片的一些资料，又对照本人以前写的 24C08 的 I2C 程序把这个 D/A 的芯片写好，然后

37、在下载到单片机调试，但也调试了两天都调不出来，I2C 程序也都没错，跟以前那个 24C08的几乎一样，看来 I2C 的程序对于本人来说真的很难调，两天都调不出来后本人就决定还另一块芯片，这块是 TI 公司的 DAC8562。DAC8562 系列与同类器件相比，积分非线性度 (INL) 提升 25%，偏移误差降低 60%。此外，这些 DAC 还具有业界最低 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 12 页 共 28 页功耗与超小外形，是无线基站、可编程逻辑控制 (PLC) 模拟输出模块、电机控制、高精度仪表以及便携式医疗设备等空间及电源受限系统的理想选择。 业界最高精度：支持每秒 0.1 n

38、V 短时脉冲波形干扰、4 mV 最大偏移误差、12 位时 0.75 LSB 最大 INL 以及每摄氏度 10 ppm 的最大参考漂移，可提高系统精确度; 业界最低功耗：每通道流耗仅为 0.1 mA，不但可最大限度地降低无线基站中 VGA 控制所需的功耗，而且还可运行可调谐激光器模块、CNC 设备，以及示波器与便携式血液分析仪等便携式医疗设备; 可降低成本，缩小板级空间：提供支持 20 mA 汲极/源极功能的集成型高精度参考，无需外部缓冲器; 支持不同的控制环路：提供零标度复位与中标度复位选项，可显著提高设计灵活性; 针对恶劣工业环境进行了优化：工作温度高达 125 摄氏度，比同类竞争产品高 2

39、0 度。 除 DAC 外，片内还集成了一个轨到轨放大器、锁存器和基准电压源。基准电压(REFOUT)调整至 2.5 V，片内放大器则将 DAC 输出提升至4.095 V 满量程。用户只需提供+5 V 电源。 DAC8562 是 SPI 通信的,只要 3 根控制线就可以控制，由于本人只要 0-3.3V 的电压，所以本人用 3.3V 供电就可以了。SPI 通信的程序不是很难写，本人写好程序后，开始调试，但不成功，本人还以为是程序的问题，所以本人程序都改了很多次，改了再调，调了又改，最后检查电路是才发现引脚LODAC 要接地才可以的，引脚 LODAC 接地后就可以调试成功了。4脉冲信号参数测试仪的软

40、件设计4.1 脉冲信号参数测试仪的总体流程图脉冲信号参数测试仪系统的流程图如下图所示： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 13 页 共 28 页图 4.1 脉冲信号参数测试仪流程图如图 4.1 所示，软件系统主要分为八大部分，有些部分需要的软件处理比较少，但是比较难处理，因为是要校准的，而且不同频率不同幅值的误差都不一样，所以不能用统一的公式来处理，必须要分成很多小部分，每个部分都要用一个不同的公式，这样处理出来的结果会比较精确一点。特别是峰峰值的测量，不同的幅度值所测得的峰峰值误差变化很大，频率对峰峰值的测量也有一些变化，测频率时本人用的是TIMER0 计数器，外用外部时钟引脚 P

41、1.0，计数脉冲是被测的脉冲信号。这个板子在测量时都要加上直流偏置，因为本人没做测量负电压的。表 4-1 占空比的测量值频率（KHz）占空比（%）测量值（%）0.11105010030050010999987720192019191817173030303029292727404040404039383750515151505049486061616161615959707272727271717080838382828281819093939393939393如表 4-1 所示，最左边一列是信号源输出脉冲信号的占空比，右边的是不同频率下脉冲信号参数测试仪所测得的占空比。从表中可以看出，20%

42、以下的脉冲信号占空比所测得的值比真实值偏小了一点，50%以上的脉冲信号占空比所测得的值比真实值偏大 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 14 页 共 28 页了一点。频率也会影响占空比所测得的数值，随着频率的增大，占空比也相应地减小一点，但频率影响的不是很大，所以本人想在程序设计时只判断所测得的占空比的大小，在不同大小范围的占空比分别处理，把所测得的数据误差减小。占空比测量的软件流程图如下图所示： 图 4.2 占空比测量流程图表 4-2 峰峰值的测量的数据表频率（KHz）峰峰值（VPP）测量值（V）0.1110501002505000.20.1130.1140.1130.1130.11

43、20.1060.1000.40.2240.2270.2230.2240.2240.2340.2060.60.3340.3360.3350.3340.3340.3460.3120.80.4470.4480.4470.4420.4400.4520.4221.00.5590.5600.5590.5550.5520.5600.529 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 15 页 共 28 页1.20.6670.6710.6680.6820.6590.6730.6391.40.7970.8000.7980.7940.7680.7790.7441.60.9110.9140.9120.9090.90

44、20.8870.8711.81.021.021.021.021.011.000.9812.02.042.042.042.042.042.022.002.52.522.532.532.532.522.502.483.03.023.023.033.033.033.013.003.23.213.213.213.233.213.203.19 如表 4-2 所示，最左边一列是信号源输出的正弦信号的峰峰值，右边的每一列是不同频率下峰值检波电路所测得的直流电压值。这个峰值检波的电路本人已经做了 2个板子了，测量的结果都是一样，最后实在找不出原因就只能用那些所测得的数值经过数据处理大概得出索要测量的峰峰值就行

45、了。这个数据以前也测过，也是在同一个板子测的，正弦信号在 2VPP 以下都没有所测得的数值都没有超过 1V 的，这一次测的电压值在正弦信号小于 2VPP 的也有超过 1V 的，同一个板子，在不同的时间测量，所测出来的结果都会有差别，这个本人真的不知道是为什么了。本人想在脉冲信号是2VPP 以上的就保持输出测量值不变，在 2VPP 一下的就乘于 1.75 左右。但现在调试的还不是很准，信号在不同的峰峰值范围下所测得的电压值的误差还是有比较大的差别。5脉冲信号参数测试仪的调试过程5.1 硬件调试过程本人最初的硬件是先做好了 MSP430F5438A 最小系统板和电源模块，然后再做其他的外围模块。在

46、做 MSP430F5438A 最小系统板时并不是那么顺利，因为MSP430F5438A 有 100 个引脚，而且是贴片的，引脚很小，引脚的脚间距也很小，这是本人第一次焊接这么多引脚的贴片芯片，那晚本人从晚上 7 点多一直到晚上 11 点多才把这个芯片焊接好，焊好芯片后第二天才把其他的部分焊好，但有些元件没到所以还不能马上焊完，要等几天元件到了后才能焊完。等做好最小系统板后拿去测试了一下，发现不能用，下载不了程序，检查了很久都检查不出来，叫别人帮检查也检查不出来，这可是花了几天时间做的板子，如果报废了就浪费了本人几天的时间了。可能 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 16 页 共 28

47、页是芯片是不是除了问题的吧，最后实在检查不出来本人就只好重新做一块最小系统板了，重新做一块也是花了几天的时间，做好后测试出来的结果也不能用，和第一次一样，检查了一下硬件检查不出来，后来突然觉得是不是原理图画错了，就去检查一下原理图，再对比一下芯片资料和网上别人画的最小系统板图，发现原理图上多了一个电容，把那个电容拆了后，果然就可以下载程序了，可以用了，再把前一次做的板子的那个电容给拆了，那个板子也能用了。原来就是一个电容害得本人花了这么多天的时间重新做了一块板。做好了最小系统板后本人再做一个电源，电源的元器件已经网购回来了，本人先把元件的封装画好，然后根据那些稳压芯片的资料把原理图画好，再画好

48、 PCB。因为电源的电路很简单，也很容易做，以前本人也做过电源，所以这次再重新做一个并不难，电源板子焊好后拿去测试也没出现过爆电容现象，上次做的电源就爆了两个电容，因为电容负电压端的接反了，电阻也烧了一个，因为稳压二极管接反了，而且上次做的是 LT1083 的稳压芯片，最大电流高达 7.5A。上次的电源把低功耗的芯片已经烧了几个了，所以必须得重新做一个。因为汲取了上次的经验，这次本人做的第一次测试的时候就一点问题都没出现，第一次测试后就不用修改就可以用了。有了电源后其他的模块就可以有电源供电了，然后再做比较器模块，本人第一次做的是用 TLC372 的集成比较器，这个比较器很不稳定在比较器比较出

49、来的脉冲信号波形边缘有很多幅度很大的振荡纹波，测试了几次都是这样，就把做好的板子和电路图和芯片资料上的典型电路图参考了一下发现也没什么错误，没什么接错的。芯片的典型电路图有很多个，但没有本人想要的这种应用的典型电路图，本人只是参照其中的每个典型电路图自己画的，和资料上的典型电路图都差不多，出来的结果这么的不理想。听同学说滞回比较器比较出来的脉冲信号波形边缘没有振荡纹波，不过小信号的很难比较出来，要接一个运放放大小信号才可以，然后本人就重新在做一个比较器，用继电器选择小信号放大，而且还加了电压跟随器防止能量的损失，板子做好后拿去测试了一下，发现比较出来的波形真的很不错，虽然不能保证百分之百没有纹

50、波，但是纹波很小，几乎可以忽略了。做好了比较器后开始调试一下测频率的程序，发现测量比较器比较出来的脉冲信号的频率还是比较准的。不过第二次拿去测得时候有一个电压跟随的芯片 AD817 会发烫，上电后不到半分钟就烫得不得了，不得不赶紧把电源给断开。检查了几次电路，又一次一次的把那个芯片连接外部的引脚线用刀子割开，再一次一次的上电测试，就连芯片只剩 2 跟电源线了还是会发烫，换了另一片 AD817还是一样，然后用 OP37 来代替 AD817 就不发烫了，然后用这个来测试一下频率，发现频率低于 1KHz 的就测得不准，再调试几下连 10KHz 的都测得不准了，再调试几次都调不好。然后再回去拿 AD8

51、17 换回来试试看，换回来后 AD817 又不发烫了，而且测试的效果也都很好。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 17 页 共 28 页DA 模块是用双通道的，一开始本人用的是 MAX5802，但是这个比较难调，前面也说过了，调不出来后再用 DA8562，这个比较好调，调一下就可以调好了。AD 模块一开始是用 AD7898，因为这个是串口通信的，但是这个也是调试了几天都调不出来，前面也都有说过的，然后再换成 MAX197，MAX197 是 12 位的 ADC，8 位数据通信的，所以要分两次读取数据，而且 MAX197 有八个模拟输入通道，已经足够满足本人的设计要求了。MAX197 的

52、程序也是不难调的，调试也不用多久就调试好了。测量占空比的模块是用 AD637 测量有效值，再用有效值来计算出占空比，用这个方法来测量占空比比较方便，而且精度也不错。频率的测量是用 D 触发器输出的方波来测量的，D 触发器的输入脉冲是比较器比较后的输出脉冲，在每一次输入上升沿的时候 D 触发器输出的电平改变一次，所以 D 触发器输出的方波信号频率是输入脉冲信号的频率的一半，测量 D 触发器输出的方波信号的频率时还要乘于 2 得到的才是输入的被测信号的频率。峰值检波用的是无二极管型的峰值检波电路，用一个 TLC372 比较器和 LM358 运放组成的，这个板子做得不怎么好，2VPP 一下的脉冲信号

53、测得很不准，做了 2 个板子都是这样子，不过脉冲信号在 2VPP 一下的时候峰值检波电路所测得的数值是其的一半左右，所以在这段电压内用几个公式算出来正确的峰峰值就可以了。5.2 软件调试过程峰峰值测量的时候在 2VPP 一下的所测得的数值大概是其的一半，上面表 4-2 本人已经把所测得的数据写出来了，上面所测得的数值是示波器测量的，程序里测量的是MAX197 测出来的，MAX197 没校准的数值肯定会有写误差，所以程序里得到的数据和上面所测得的数据肯定会有差别。硬件测得不准只能在软件里修改一下，尽量把测量值算出来的结果算得比较准就可以了。频率测量是用外部计数器 TM1 来测量，再用 TM0 来

54、做一个 1s 的定时器，TM0 进入中断时就读取计数器的数值，然后清零计数器再重新开始计数。周期则是通过频率来算出来。测频率所用到的信号是 D 触发器输出的信号，D 触发器的输入脉冲信号就是被测信号。上升下降沿测量时也是和频率测量用同一个计数器，当测量上升下降沿时就停止频率的测量，而且测量上升下降沿是用系统的内部时钟。本人一开始是想用 10%、90%这两个的比较输出脉冲和这两个输出脉冲相与后的脉冲来测量上升下降沿的。MSP430的 P1 和 P2 口也可以作为外部中断 IO 口，可以设为上升沿或者下降沿来触发 IO 口中断，本人想用这三个脉冲信号来作为三个 IO 口的中断信号，用这种方法来测量

55、上升下降沿时间，但是这种方法测得不准，有时候甚至测不出来。而且当频率高时，程序就 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 18 页 共 28 页频繁进入 IO 口中断，这样主函数根本没多少机会执行了。所以后来才想着和频率测量的用同一个计数器。这是只测量高电平的时间，因为一般的有规律的信号上升沿下降沿的信号的时间都是一样的。要区分上升下降沿的时候也还要用到 IO 口中断，也试着用过，但是用的时候就是测得不准，甚至都测不出来，所以就把上升下降沿都用同一个时间，就是只测量高电平的时间。比较器本来是输入 10%和 90%两路电压来输出比较电平，但是在峰峰值小于 2VPP 时输入 90%的那一路就比

56、较不出来，改为 50%都比较不出来，所以在脉冲信号小于 2VPP 的都是用 10%和 40%左右来输入比较电平的，所以在频率相同的信号，在不同的峰峰值范围所测得的占空比和上升下降沿都会有比较大的差别。占空比的测量是把 AD637 所测得的有效值在除于峰峰值，然后再把所得到的数值平方所得。因为所测占空比的信号都是从比较器输出来的，峰峰值都是不变的，所以软件里的峰峰值就用一个固定的数值就可以了。下面举一个测试的例子。当给比较器输入一个 10KHz、2VPP 的正弦信号时，脉冲信号参数测试仪所测得的数据是：频率 10009Hz，周期 0.1ms、峰峰值 2.013VPP，占空比 13%，上升沿的时间

57、是14.5us，下降沿的时间是 14.5us。示波器所测得的数据如下图所示。由图 4-2-1 可以看出，被测的方波频率为 5KHz，因为这个方波信号是所被测信号的二分频。由图 4-2-2 可以看出，用来测量上升下降沿的脉冲信号高电平时间是 15us，与脉冲信号参数测试仪所测得的 14.5us 相差不是很大。实际占空比为 15us/100us=15%。所以频率误差：|10009-10000|/10000*100%=0.09%;周期误差：|0.1-0.1|/0.1*100%=0;峰峰值误差：|2.013-2|/2*100%=0.65%;占空比误差：|13-15|/15*100%=13.3%;上升下

58、降沿时间误差：|14.5-15|/15*100%=3.3%;从这个测得的数值看出，只有占空比误差大了一点，其他的误差都没那么大。但在不同峰峰值测量时他们的误差都会有新的差别。 D 触发器输出的方波如下图所示： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 19 页 共 28 页图 5.1 D 触发器输出的方波信号 测上升下降沿所用到的脉冲信号如图所示： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 20 页 共 28 页 图 5.2 测上升下降沿所用到的脉冲信号6对系统的总结与展望6.1 总结现在本系统已经能测量一些脉冲信号的峰峰值、频率、周期、占空比、上升沿下降沿时间的参数，但是测量的精度还是不

59、够好，这与本人做这块板子的水平有很大的关系。主要是硬件制约了测量的精度，硬件做得精度很差的话，软件就算怎么修改都不能把精度改得很好，而且靠软件来修改精度的话比较麻烦，又不稳定。这个系统还有很多不稳定的因素本人还没找出来，比如说比较器部分的 AD817 电压跟随为什么有时候会发烫，有时候又不发烫。所以板子做的还是不怎么好。6.2 展望 随着时代的发展，特别是对于测量小信号的要求越来越高，以后对脉冲信号参数测试仪的要求也会越来越高，不仅精度上要求很高，而且速度上也要求很高。本人相信以后会有比现在的示波器更好的脉冲参数测试仪出现的。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 21 页 共 28 页

60、谢 辞从论文选题到资料搜集，从做一次一次地板子到反反复复地调程序，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、痛苦、烦躁和彷徨，在毕业设计的过程中心情是如此的复杂，特别是做板子和调程序的时候，喜怒哀乐都是经常变化的。现在本次毕业设计的任务已经完成了大部分，也将要验收了。在做毕业设计的过程中，感谢老师为本人们提供了实验室，可以让本人随时都可以在实验室测试板子，调试程序。感谢老师为本人开放了一台电脑，使本人能装一个软件到电脑去，使本人下次重新开那台电脑时也不用再安装那个软件了，不过可能那台电脑太受欢迎了，本人装有程序的那台电脑经常有人占着的，所以本人都很少能用，只能开别的电脑，每次开机都得重新装过软件，后来

61、习惯那台本人没装有软件的电脑了就经常在那台上了，就是每次开机都要重新装过，有点麻烦。这次毕业设计还得益于几个同学的帮助，感谢那几位同学能及时帮本人解决疑难问题。感谢指导老师对本人毕业设计过程中的指导。最后还要感谢陪本人一起熬夜测板子，调程序的同学们。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 22 页 共 28 页参考文献1 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）M.高等教育出版社，2006：4589.2 阎石.数字电子技术基础（第五版）M.高等教育出版社，2006：3479.3 谭浩强.C 程序设计（第三版）M.清华大学出版社，2005.4 白驹珩，雷晓平.单片计算机及其应用（第二版）M.

62、电子科技大学出版社,2005.5 高晋占编著. 微弱信号检测M.北京：清华大学出版社，2004.6 张建，韩薪莘，房晓溪，程学庆.LABVIEW 图形化编程与实例应用M.北京：中国铁道出版社，2005.7 戴鹏飞，王胜开，王格芳，马欣.测试工程与 LABVIEW 应用M.北京：电子工业出版社，2006:3296.8 杨乐平，李海涛，宵相生，等.LABVIEW 程序设计与应用M.北京：电子工业出版社，2001.9 胡大可.MSP430 系列 Flash 型超低功耗 16 位单片机M.北京：北京航空航天大学出版社，2001.10 张晞，王德银，张晨.MSP430 系列单片机实用 C 语言程序设计M

63、.北京：人民邮电出版社，2005.11 胡大可.MSP430 系列单片机 C 语言程序设计与开发M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.12 秦龙.MSP430 单片机 C 语言应用程序设计实例精讲M.北京：电子工业出版社，2006.13 沈建华，杨艳琴，翟骁曙.MSP430 系列 16 位超低功耗单片机原理与应用M.北京：清华大学出版社，2004.14 National, Instruments. LabVIEW 2009, Student EditionM. Publisher by Prentice Hall,2009.15 沙占友.AD637 型真有效植直流转换器J：今日电子，19

64、94. 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 23 页 共 28 页附 录附录 1：整体系统板效果图附录 2：程序DAC8562 的程序：extern void Send_datas(uint32 datas) uint8 i; SYNC_L; for(i=0;i24;i+) if(datas & 0X800000) DIN_H; else DIN_L; 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 24 页 共 28 页 SCL_H; datas 1.8) i=0.9; else if(v0.8) i=0.4; else i=0.3; if(n = 0) vv = 0X00000

65、0 + (uint32)(v * 65535 / REF*i ); else if(n = 1) vv = 0 x010000 + (uint32)(v * 65535 / REF*i); Send_datas(vv);MAX197 的程序：float Max197_Read(unsigned char addr) unsigned int hdata; float vol = 0.0; if(addr7) addr = 7; MAX197_CS_L; MAX197_WR_L; MAX197_DATA_DIR = 0XFF; MAX197_DATA_OUT = 0X40+addr; MAX19

66、7_WR_H; MAX197_CS_H; while(MAX197_INT); 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 25 页 共 28 页 MAX197_DATA_OUT = 0XFF; MAX197_CS_L; MAX197_RD_L; MAX197_HBEN_H; MAX197_DATA_DIR = 0X00; hdata = MAX197_DATA_IN; hdata = 8; MAX197_HBEN_L; hdata |= MAX197_DATA_IN; MAX197_HBEN_H; MAX197_RD_H; MAX197_CS_H; vol = hdata*5.0/4095*1.0; return vol;/*end*MAX197 寄存器设置: 控制字格式: D7(MSB) D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0(LSB) PD1 PD0 ACQMOD RNG BIP A2 A1 A0 控制字说明: PD1,PD0 - 选择时钟和掉电模式 ACQMOD - 0:内部获取模式;1:外部获取模式 RNG - 选择满幅输入电压 BIP - 选择输入极性 A2,A1,A0 - 选择