基于MSP430自動(dòng)增益控制

1、基于MSP430系列微控制器的自動(dòng)增益控制電路的實(shí)現(xiàn)目錄摘要IAbstractII引 言11 方案論證21.1 總體方案22 系統(tǒng)設(shè)計(jì)43 MSP430 概述53.1 TI公司的MSP430介紹53.2 MSP430F16963.3 最小系統(tǒng)-復(fù)位電路64單元模塊電路84.1信號峰峰值檢測電路84.2 顯示電路介紹104.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路144.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12144.3.2 ADC12相關(guān)寄存器介紹164.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路194.4.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC12194.4.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC12寄存器214.5 程控芯片VCA822簡介245 測試數(shù)據(jù)及測量結(jié)果分析266 總結(jié)28致謝28

2、參考文獻(xiàn)29附件29摘要在現(xiàn)代電子設(shè)備中，最常用的電路結(jié)構(gòu)就是放大器。電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)過程中我們知道，由于在高頻狀態(tài)下放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu),即極間電容的存在,會影響放大器的增益大小，進(jìn)而導(dǎo)致輸出信號幅度變化，使得輸出的信號幅度值不能在高頻時(shí)滿足要求。所以用本設(shè)計(jì)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)放大器增益的大小，使輸出信號幅度保持不變，又稱作自動(dòng)增益控制放大器設(shè)計(jì)。本課題采用數(shù)字電路控制放大器的增益，通過閉環(huán)操作，使用MSP430為開發(fā)平臺，通過采用對信號幅度補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，解決由于輸入頻率變化而引起的放大器輸出幅度的變化，實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)獲得穩(wěn)定輸入幅度的設(shè)計(jì)。由于放大器的內(nèi)部元件的影響使得它的可用性有一定的頻

3、率范圍，所以本設(shè)計(jì)就是在保證放大器正常工作的情況下對原輸出有損信號進(jìn)行校準(zhǔn)。AGC電路由可控增益電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換，峰值監(jiān)測電路和顯示電路五部分組成。本課題所要介紹的內(nèi)容有自動(dòng)控制增益的原理，MSP430的掌握，以及自動(dòng)增益電路各部分的工作原理。最后對系統(tǒng)中ADC電路和DAC電路測量并對測試結(jié)果和實(shí)際中的問題做一定的分析。關(guān)鍵字：自動(dòng)控制增益 放大器 MSP430 補(bǔ)償AbstractIn the modern electronic equipment, the most common circuit structure is amplifier. In the process of l

4、earning Electronic technology basic we know, amplifier internal structure that is the existence of the capacitance will affect the amplifier's gain when amplifier is in the high frequency state lead to the output signal amplitude variation, make the output signal amplitude value cannot meet the

5、requirements when in high frequency.So this design can use to automatically adjust to the size of the amplifier output signal and amplitude remains the same, namely the automatic gain control amplifier design. This subject adopts digital control circuits to control the amplifier gain with the closed

6、 loop operation, using MSP430 for development platform and through making use of amplitude compensation technology ro solve the amplifier output amplitude changing owing to the input frequencys variation.Finally it will realize the automatic adjustment gain, so as to achieve a stable input the ampli

7、tude of the design.Amplifier has its availability has certain frequency range due to the influence of the internal components of the amplifier so this design is that output signal of the original will be adjusted in the normal work of the amplifierAGC circuit consist of controllable gain circuits, a

8、nalog-to-digital conversion, digital -to- analog conversion, peak monitoring circuit and display circuit five parts.This topic to be presented are the contents of the principle of automatic control gain, having a command of MSP430, as well as the circuit principle of the automatic gain circuit each

9、part. In the end, in the system ADC and DAC circuit will be in measure and do some analysis to the result of the test and the actual problems.Key word: automatic control gain amplifier MSP430 compensationIII引 言在現(xiàn)代通信系統(tǒng)和電子設(shè)備中,為了提高技術(shù)性能指標(biāo),或者實(shí)現(xiàn)某些特定的要求,廣泛的采用自動(dòng)控制電路。自動(dòng)增益控制電路的使用具有重要的實(shí)際意義。因?yàn)樵诟鞣N通信系統(tǒng)中，由于受放大器內(nèi)部結(jié)

10、構(gòu)，尤其是極間電容的影響，當(dāng)放大器工作頻率太高或太低時(shí)所輸出的信號也會改變，使信號傳輸受損。如果接收機(jī)增益不變，則信號太強(qiáng)時(shí)會造成飽和和阻塞，而信號太弱時(shí)又可能丟失。我們希望放大器的增益能隨輸入信號的強(qiáng)弱而變化，信號強(qiáng)時(shí)，則增益低；信號弱時(shí)，則增益高。因此對于強(qiáng)弱經(jīng)常變化的信號采用自動(dòng)增益控制，不失為一種很好的選擇。自動(dòng)增益控制放大電路（AGC電路）其主要功能是根據(jù)輸出信號電平的大小，調(diào)整放大器的增益，從而使輸出信號電平保持穩(wěn)定。對于自己，以前用做運(yùn)算放放大實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入的信號頻率高到一定程度時(shí)，輸出信號波形幅度有所變化，即放大倍數(shù)小于理論算出的增益大小，而且頻率越高，增益越小，當(dāng)時(shí)覺得應(yīng)

11、該是自己搭電路時(shí)不規(guī)范所致，沒有太在意，但是隨著學(xué)習(xí)的深入我逐漸的了解到，放大器放大倍數(shù)減小并不是偶然因素引起而是由于放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)即極間電容導(dǎo)致了這中現(xiàn)象?？傆欣碚摰膶W(xué)習(xí)還不能讓我有多大深入了解，正好畢業(yè)設(shè)計(jì)的這個(gè)題目給了我這個(gè)驗(yàn)證并擴(kuò)展的機(jī)會。所以本設(shè)計(jì)就是基于放大器在高頻時(shí)的這種增益減小現(xiàn)象為課題來展開分析。自動(dòng)增益控制電路包括放大器輸出信號幅度檢測電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、幅度比較模塊以及電壓控制增益電路。在對增益控制的速度要求不高的情況下，使用微控制器是一種合適地選擇，因?yàn)樗С諧語言開發(fā)。TI公司的MSP430系列芯片具有的片內(nèi)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器以及低功耗特點(diǎn)使其能夠方便

12、地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制電路的設(shè)計(jì)?？傮w來說本設(shè)計(jì)是采用數(shù)字的方法實(shí)現(xiàn)模擬信號的調(diào)節(jié)。將模擬量采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，雖然采樣值與實(shí)際值有所誤差，但數(shù)字處理方法的也可以達(dá)到很高的精度，并且相對于模擬信號出來來說，大大減小了干擾量，即數(shù)字信號差錯(cuò)可控。1 方案論證按照被處理信號所具有的特點(diǎn)，應(yīng)用系統(tǒng)可以被劃分為數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)。因此實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的方法可以有數(shù)字和模擬兩種方法。數(shù)字方法又分組合邏輯電路的實(shí)現(xiàn)和軟件編程實(shí)現(xiàn)。數(shù)字系統(tǒng)具有容易設(shè)計(jì)、整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度以及精度容易保持一致、信息存儲方便、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。模擬系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能好，而且自然界的大多數(shù)信號是模擬信號，系統(tǒng)的逼真度好。本章首先對當(dāng)前用于設(shè)計(jì)數(shù)

13、字電路和系統(tǒng)的主要器件的特點(diǎn)進(jìn)行討論；接著對在數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)課程中學(xué)習(xí)的由標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件組成的數(shù)字電路分析和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行回顧；然后介紹解決基于標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件設(shè)計(jì)電路所具有的電路可靠性低、修改電路設(shè)計(jì)困難的方法：采用可編程邏輯器件進(jìn)行討論，最后給出本設(shè)計(jì)中所采用的器件。1.1 總體方案方案一：模擬電路實(shí)現(xiàn)。在電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)課程中我們知道負(fù)反饋的原理可以穩(wěn)定放大電路的工作點(diǎn)，此外，還可以增加增益的恒定性，減小非線性失真，擴(kuò)展頻帶以及控制輸入輸出阻抗等。雖然從負(fù)反饋的作用來看，可以減小非線性失真與擴(kuò)展頻帶，但是這種穩(wěn)定也是基于放大電路在可工作頻率范圍，同樣避免不了在高頻時(shí)極間電容對電路的影響。所以采

14、用負(fù)反饋的方法只能對本設(shè)計(jì)有所改善但不能很好的完成設(shè)計(jì)。放大電路的反饋方框圖如下1.1所示：1.1 反饋方框圖方案二：數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)從數(shù)字信號的處理方法實(shí)際應(yīng)用情況，數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)方法分成兩類，一類是軟件實(shí)現(xiàn)，一類是硬件實(shí)現(xiàn)。在工作原理方面，數(shù)字電路又可以被劃分為標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、微處理器。這兩種方法的具體闡述如下：標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件：它的實(shí)現(xiàn)一般按照以下步驟進(jìn)行：1） 列真值表2） 畫卡諾圖3） 化簡邏輯表達(dá)式4） 根據(jù)表達(dá)式選取相應(yīng)的邏輯器件連線微處理器：微型計(jì)算機(jī)（PC）是最常見的計(jì)算機(jī)，它由一些數(shù)字集成電路芯片組成，這些芯片包括微處理器芯片、存儲器芯片以及輸入/輸出接口芯片等。實(shí)際中，計(jì)算機(jī)可

15、以完成人類所能完成的大部分東西，而且還可以更快更精確，所以它的高速讓人們有了很大的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)依靠所運(yùn)行的軟件（程序）來完成工作。這個(gè)軟件是人們給計(jì)算機(jī)的一組完整的指令，指令告訴計(jì)算機(jī)其操作的每一步應(yīng)該干什么。這些指令以二進(jìn)制代碼的形式存儲在計(jì)算機(jī)的存儲器中，計(jì)算機(jī)從存儲器中一次讀取一條指令代碼，并完成由指令代碼指定的操作。通過編寫軟件可以控制計(jì)算機(jī)完成不同的工作，這個(gè)特點(diǎn)使得設(shè)計(jì)靈活性得到提高。當(dāng)修改系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者只需要改變軟件，不需要或者較少需要修改電路連線。由于計(jì)算機(jī)一次只能執(zhí)行一條指令，因此它的主要局限性是工作速度。采用硬件方案設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)總是比軟件方案的數(shù)字系統(tǒng)的工作速度快。集

16、成電路制造工藝的發(fā)展使得在一個(gè)芯片上制造大量的數(shù)字電路成為可能，這也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。把計(jì)算機(jī)中的微處理器芯片、存儲器芯片以及輸入/輸出接口芯片等做在一塊芯片上就形成單片機(jī)，有的文獻(xiàn)上它也被稱作為微控制器。綜述：通過方案論證比較，以及幾種方案對本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)性的難易程度來講，我們采用軟件微處理器的方法即采用MSP430來實(shí)現(xiàn)本次課題的要求。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。該系統(tǒng)中包括數(shù)字和模擬兩部分。數(shù)字部分有ADC，DAC模塊。模擬部分有放大電路和顯示電路。設(shè)計(jì)采用閉環(huán)操作，首先向放大器中輸入幅度恒定的正弦信號，從VCA822放大器輸出端的信號分兩路，一路信號輸出送入示波

17、器觀察輸出信號峰值是否滿足設(shè)計(jì)要求，另一路信號輸出送到MSP430進(jìn)行采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換，由于要使信號輸出幅度值恒定，而且采樣補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ簿褪菍?shí)際信號與參考值進(jìn)行比較，所以CPU內(nèi)部應(yīng)該設(shè)定這個(gè)要求的參考值。CPU的操作就是將采樣得到的數(shù)字信號和要求的信號峰值比較（當(dāng)然也轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才可以比較），如果采樣峰值和參考值一樣不做處理，如果采樣峰值比參考值小，則輸出信號需要放大，經(jīng)運(yùn)算就可以算出需要放大器放大的差值大小，同理也可以算出采樣值比參考值大時(shí)需要放大器減小的差值大小，當(dāng)這個(gè)差值算出來后，就把這個(gè)值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換再次送到VCA822程控芯片 ，通過用這個(gè)值轉(zhuǎn)換為電壓去控制芯片，也就是控制放器的增益

18、大小，依次反復(fù)比較與調(diào)整，直到輸出信號的幅度趨于恒定。 圖2.1 系統(tǒng)原理框圖另外需要說明的是，如果將原始輸入信號和經(jīng)過修正后的信號同時(shí)加到VCA822芯片，這兩路信號會相互影響，帶來很大的誤差，甚至不能測量，所以必須在他們的前級各加一級隔離電路，即跟隨器。對VCA822調(diào)整是對電壓VG做處理，從AD輸出的電壓值不可以直接送到該芯片，還得通過一個(gè)反相器才可以，以上的原理框圖中沒有畫出，但實(shí)際中需要注意。3 MSP430 概述3.1 TI公司的MSP430介紹3.2 MSP430F1693.3 最小系統(tǒng)-復(fù)位電路4 單元模塊電路4.1信號峰峰值檢測電路方案一：在通信原理的學(xué)習(xí)中，我們知道對信號的

19、檢測可以用檢波電路實(shí)現(xiàn)，檢波電路是由二極管，電容和電阻組成。這個(gè)檢波電路是根據(jù)電容充放電的原理實(shí)現(xiàn)。原理圖如下所示.由于負(fù)載電容C的高頻阻抗很小，因此高頻電壓大部分加到二極管D上。在信號正半軸，二極管導(dǎo)電，并對電容充電，由于二極管導(dǎo)通后的內(nèi)阻很小，所以充電電流i很大，是電容上的電壓在很短時(shí)間內(nèi)就接近最大值。這時(shí)二極管導(dǎo)通與否，由電容上的電壓和輸入信號共同決定。當(dāng)信號電壓下降到小于電容上的電壓時(shí)，二極管截止，點(diǎn)頭就會通過負(fù)載電阻R放電。當(dāng)電容上的電壓下降不多是，第二個(gè)正半周期的電壓又超過二極管上的負(fù)壓使二極管又導(dǎo)通，就這樣不斷循環(huán)反復(fù)，就可以得到信號波形，進(jìn)而得到峰峰值。但是這個(gè)檢波電路適合高頻

20、信號的應(yīng)用，本此設(shè)計(jì)中的信號頻率時(shí)變化的，從低頻一直加到高頻。所以當(dāng)輸入信號頻率低時(shí)，不能完成測量。4.1 檢波電路方案二：采用AD536芯片。該芯片的作用是將輸入正弦信號的峰峰值轉(zhuǎn)換為有效值。采用本芯片將轉(zhuǎn)換為的有效值輸入到MSP430，利用AD進(jìn)行多次采樣，求平均值，并利用交流信號有效值計(jì)算的方法得出信號峰峰值，然后和已知幅度對比再做一定的處理，就可以完成滿足要求的設(shè)計(jì)。但是AD536的轉(zhuǎn)換速度相對較慢，經(jīng)過測量大致需要1s才可以完成轉(zhuǎn)換。所以采用它比較耗時(shí)。方案三：直接用軟件進(jìn)行測量。具體如下：采用MSP430，直接對輸入信號在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行多次采樣，通過軟件編程即比較可以得到采樣信號的

21、最大值與最小值，兩者相減得到的就是信號的峰峰值，當(dāng)然對信號一個(gè)周期采樣所得到的信號幅度大小也是不穩(wěn)定的，所以可以對信號N個(gè)周期重復(fù)采樣得到N個(gè)峰峰值，對這幾個(gè)值求平均，就可以得到相對穩(wěn)定準(zhǔn)確的幅度值。這樣做的測量速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于采用AD536芯片的轉(zhuǎn)換速度。綜上所述：直接采樣求最大值與最小值不僅節(jié)約資源而且處理速度也加快?；诖耍驹O(shè)計(jì)不用AD536，而直接用采樣，即MSP430。這部分主要講解設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊的介紹，包括四部分：數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，放大電路VCA822和顯示模塊。則峰峰值檢測電路的代碼如下：int vpp(void) unsigned char t,k; for(t=0;t

22、<10;t+) TACTL=TASSEL1+TACLR; CCTL0=CCIE; CCR0=10; TACTL|=MC0; delay_1ms( ); cmp1=0; cmp2=4095; for(k=0;k<200;k+) if(ram_datak>cmp1) cmp1=ram_datak; if(ram_datak<cmp2) cmp2=ram_datak; chajut=cmp1-cmp2; for(t=0;t<9;t+) if(chajut>chajut+1) chajut+1=chajut; chaju10=sum/10;*/ return cha

23、ju9;4.2 顯示電路介紹4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12MSP430F169芯片內(nèi)包含大量外圍模塊。其他系列單片機(jī)或多或少需要外部擴(kuò)展器件才能實(shí)現(xiàn)功能，如RAM,ROM,A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換等MSP430系列單片機(jī)內(nèi)部就可以完成。這樣省去了大量硬件的開發(fā)調(diào)試工作，提高了工作效率，系統(tǒng)可靠性，抗干擾能力也得到顯著改，并且可使系統(tǒng)體積進(jìn)一步小型化。本設(shè)計(jì)中需要對輸入信號采樣，所以用到ADC，MSP430F169自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，接下來就模數(shù)模塊做基本介紹。ADC12支持12位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC12模塊主要由SAR核，采樣時(shí)鐘電路，參考電壓發(fā)生器，采樣保持電路以及采

24、樣時(shí)間定時(shí)電路，多路模擬信號選擇器，轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲控制器等。（1）參考模塊所有模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)基準(zhǔn)信號，通常為電壓基準(zhǔn)。從圖中我們可以看到，ADC126中可編程選擇，有內(nèi)部基準(zhǔn)1.5V或2.5V電壓，這兩個(gè)電壓的選取可以由位REFON和INCH的組合來決定；也有外部基準(zhǔn)，VeREF+、VREF+ 、VREF-/ VREF+這幾種電壓的選取可以位REFON控制參考電壓的的打開與關(guān)閉，再通過位SREF1，SREF0的不同組合來決定。這樣可以靈活設(shè)置參考電壓發(fā)生器。（2）模擬多路器模塊當(dāng)對多個(gè)模擬信號進(jìn)行采樣并進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換時(shí)，為了共用一個(gè)轉(zhuǎn)換內(nèi)核，模擬多路器需要分時(shí)的將多個(gè)模擬信號接

25、通，即每次接通一個(gè)信號采樣并轉(zhuǎn)換。MSP430F169的ADC12配置有8路外部通道與四路內(nèi)部通道，通過A0A7實(shí)現(xiàn)尾部8路模擬信號的輸入。這樣可以同時(shí)對多路模擬信息進(jìn)行測量與控制，從而滿足實(shí)際控制欲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的要求。（3）具有采樣與保持功能的12位轉(zhuǎn)換內(nèi)核ADC12內(nèi)核是一個(gè)十二位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并能夠?qū)⒔Y(jié)果存放在轉(zhuǎn)換器中。該內(nèi)核使用兩個(gè)可編程參考電壓（VR+和 VR-）定義轉(zhuǎn)換的最大值與最小值。當(dāng)輸入模擬電壓等于或高于VR+時(shí)，ADC12輸出慢量程值0FFFH,當(dāng)輸入電壓等于或小于VR+時(shí)，ADC12輸出0，輸入模擬電壓的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果滿足公式：，其中等于輸入模擬電壓， 為參考電壓的負(fù)電

26、壓（一般為0V），為參考的正電壓。因?yàn)锳DC12轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間來完成量化和編碼操作，對高速變化信號進(jìn)行瞬時(shí)采樣時(shí)，不等A/D轉(zhuǎn)換完畢，采樣的值卻已經(jīng)改變。為了保證轉(zhuǎn)換精度ADC12內(nèi)核具有采樣和保持功能，即使現(xiàn)場模擬信號變化比較快，也不會影響ADC12的轉(zhuǎn)換。采樣狀態(tài)，輸出隨輸入而變化，保持狀態(tài)，輸出保持某個(gè)值一段時(shí)間以備轉(zhuǎn)換。（4） 采樣采樣及轉(zhuǎn)換所需時(shí)序控制電路。這個(gè)模塊提供采樣及轉(zhuǎn)換所需的各種時(shí)鐘信號：ADC12CLK轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，SHT控制采樣周期，ADC12SSELx選擇的內(nèi)核時(shí)鐘源，ADC12DIV選擇分頻系數(shù)，從圖也可以看出，由位ADC12SSELx可以選擇時(shí)鐘源為主時(shí)鐘MCLK

27、，輔助時(shí)鐘ACLK和子時(shí)鐘SMCLK，時(shí)鐘源選擇之后又可以根據(jù)實(shí)際情況通過位ADC12DIVx將時(shí)鐘源進(jìn)行1/2/4/8倍數(shù)的分頻，最后產(chǎn)生出ADC12CLK轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。（5）轉(zhuǎn)換結(jié)果緩存ADC共有16個(gè)轉(zhuǎn)換寄存器暫存轉(zhuǎn)換結(jié)果，為ADCMEMx，即采樣編碼完成后硬件會自動(dòng)將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到相應(yīng)的ADCMEMx。另外，每個(gè)轉(zhuǎn)換寄存器ADCMEMx都有自己對應(yīng)的控制寄存器ADCCTLx。4.3.2 ADC12相關(guān)寄存器介紹MSP430系列微控制器最多可以提供8個(gè)數(shù)字輸入/輸出端口，P1P8。每個(gè)數(shù)字輸入/輸出端口最多可以提供8個(gè)數(shù)字輸入/輸出管腳，Px.0Px.7。這里的x表示可以提供8個(gè)數(shù)字輸入/輸

28、出端口中的任意一個(gè)。P1和P2端口具有中斷能力，它們具有各自獨(dú)立的中斷矢量。P1和P2端口的每1個(gè)管腳的中斷可以獨(dú)立配置和使能，但是每個(gè)端口的所有管腳共用一個(gè)中斷矢量。當(dāng)然并不是所有芯片都能夠提供所有這些數(shù)字輸入/輸出管腳資源。數(shù)字輸入/輸出端口的相關(guān)寄存器包括任意端口都具有的寄存器和只有P1端口和P2端口具有的寄存器。前者包括輸入寄存器（PxIN）、輸出寄存器（PxOUT）、方向寄存器（PxDIR）和功能寄存器（PxSEL）；后者還包括中斷使能寄存器（PxIE）、中斷觸發(fā)邊沿選擇寄存器（PxIES）和中斷標(biāo)志寄存器（PxIFG）。ADC12有大量的控制寄存器供用戶使用。在這里我們只對用到的相

29、關(guān)寄存器做詳細(xì)介紹。（1）轉(zhuǎn)換寄存器ADC12CTL0ADC12CTL0寄存器各位含義如下：位15141312111098位名稱SREFxADC12SHTxADC12SRREFOUTREFBURST操作方式rwrwrwrwrwrwrwrw復(fù)位值00000000位76543210位名稱MSCREF2_5VREFONADC12ONADC10IEADC12IFGENCADC12SC操作方式rwrwrwrwrwrwrwrw復(fù)位值00000000注：標(biāo)注為陰影的數(shù)據(jù)位僅能在位ENC=0的前提下才能修改。ADC12SC 采樣/轉(zhuǎn)換控制位0 沒有采樣和轉(zhuǎn)換1 開始采樣和轉(zhuǎn)換ENC 轉(zhuǎn)換允許位0 ADC12為

30、初試狀態(tài)，不能啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，即AD不使能1 首次轉(zhuǎn)換由SAMPCON上升沿啟動(dòng)只有該位為高電平時(shí)，才能用軟件或外部信號啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。ADC12ON ADC12內(nèi)核控制位 0 關(guān)閉ADC12內(nèi)核 1 打開ADC12內(nèi)核REFON 參考電壓控制位0 內(nèi)部參考電壓發(fā)生器關(guān)閉1 內(nèi)部參考電壓發(fā)生器打開SHT1，SHT0 采樣保持定時(shí)器1，采樣保持定時(shí)器0分別定義了保存在轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC12MEM8ADC12MEM15和ADC12MEM0ADC12MEM7中轉(zhuǎn)換采樣時(shí)序與采樣時(shí)鐘ADC12CLK的關(guān)系。采樣周期是ADC12CLK周期乘4 的整數(shù)倍，即：SHTx012345678910111215n12

31、48162432486496128192256（2）轉(zhuǎn)換寄存器ADC12CTL1ADC12CTL1寄存器各位含義如下：位15141312111098位名稱INCHxSHSxADC10DFISSH操作方式rwrwrwrwrwrwrwrw復(fù)位值00000000位76543210位名稱ADC10DIVxADC10SSELxCONSEQxADC10BUSY操作方式rwrwrwrwrwrwrwr復(fù)位值00000000注：標(biāo)注為陰影的數(shù)據(jù)位僅能在位ENC=0的前提下才能修改。ADC12BUSY ADC12忙標(biāo)志0 表示沒有活動(dòng)的操作1 ADC12正處于采樣采樣期間Note：此寄存器只用于單通道轉(zhuǎn)換模式AD

32、C12SSEL ADC12內(nèi)核時(shí)鐘源選擇0 ADC12內(nèi)部時(shí)鐘源為ADCOSC 1 ACLK2 MCLK 3 SMCLKADC12DIV ADC12時(shí)鐘源分頻因子選擇位。 從000111分別將時(shí)鐘源分為1/2/3/4/5/6/7/8種。（3）存儲及其控制寄存器：ADC12MCTL0 ADC12MCTL15 ADC12MEM0 ADC12MEM15ADC12MEMx 轉(zhuǎn)換存儲寄存器這個(gè)寄存器是16位的，用來存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果ADC12MCTLx 轉(zhuǎn)換存儲控制寄存器由于每一個(gè)轉(zhuǎn)換存儲器有一個(gè)對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器控制寄存器，所以在進(jìn)行CSSTARTADD轉(zhuǎn)換存儲器地址位設(shè)置的同時(shí)，也確定了ADC12MCTL

33、x。ADC12MCTLx寄存器各位定義如下：位76，5，43，2，1，0位名詞EOSSREFINCH操作方式rwrwrw復(fù)位值000INCH 選擇模擬輸入通道。該4位所表示的二進(jìn)制數(shù)為所選的模擬輸入通道。07 A0A7以上是相關(guān)寄存器的介紹，接下來用一個(gè)子函數(shù)編寫數(shù)模轉(zhuǎn)換器的程序，如下：void int_adc(void) ADC12CTL0&=ENC; ADC12CTL0|=REFON+SHT0_1+REF2_5V+ADC12ON; ADC12CTL1|=ADC12DIV_0+CSTARTADD_1+ADC12SSEL1; ADC12MCTL1|=INCH_1; ADC12CTL0|

34、=ENC; P6SEL|=BIT1; P6DIR&=BIT1; 定時(shí)器中斷采樣函數(shù)：#pragma vector=TIMERA0_VECTOR_interrupt void Timer_A1(void)ADC12CTL0|=ADC12SC; / ADC 轉(zhuǎn)換軟件啟動(dòng)控制位使能ADC12CTL0&=ADC12SC; / ADC 轉(zhuǎn)換軟件啟動(dòng)控制位清除 / 手冊指出 ADC12SC 位可以自動(dòng)清零while(ADC12CTL1&0x01)=1); / 等模擬 / 數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)束 ram_datai+=ADC12MEM0; / 讀取 ADC 通道 0 結(jié)果 if(i=200)

35、TACTL&=MC0;i=0; 4.3.3 MSP430（169）片內(nèi)ADC12轉(zhuǎn)換特性測量顯示數(shù)據(jù)為10次轉(zhuǎn)換結(jié)果求平均，模擬電壓測試儀表為M890D三用表，20V檔。表1 MSP430片內(nèi)ADC12轉(zhuǎn)換特性輸入模擬電壓（V）測量模擬電壓（V）絕對誤差（V）相對誤差（%）0.000.0021/0.00880.0055/0.100.1002/0.10720.00373.7000.200.1987/0.20380.00130.6500.300.2981/0.30510.00160.5330.400.3992/0.40380.00150.3750.500.4993/0.50400.0017

36、0.3400.600.5991/0.60430.00230.3830.700.6988/0.70270.00070.1000.800.7980/0.80370.00090.1130.900.8981/0.90460.00140.1561.000.998/1.0040.0010.1001.101.099/1.1060.0030.2731.201.198/1.2030.0010.0831.301.297/1.3040.0010.0771.401.397/1.4050.0010.0721.501.497/1.5050.0010.0671.601.597/1.6040.0010.0631.701.69

37、8/1.7030.0010.0591.801.798/1.8040.0010.0571.901.899/1.9040.0020.1052.002.002/2.0080.0050.252.102.097/2.1060.0020.0952.202.197/2.2060.0020.0912.302.298/2.3040.0010.0442.402.398/2.4020.0000.0002.502.498/2.501-0.001-0.042.602.596/2.603-0.001-0.0392.702.698/2.7060.0020.0742.802.797/2.8030.0000.0002.902.

38、896/2.902-0.0010.0353.002.996/3.002-0.001-0.0333.103.098/3.1030.0010.0323.203.197/3.2030.0000.0003.313.304/3.307-0.0050.151從表中可以看到，當(dāng)輸入信號小時(shí)，所得信號誤差值大，當(dāng)輸入信號大時(shí)，所得信號誤差小，并隨著輸入信號值的增大，誤差值趨于穩(wěn)定。出現(xiàn)以上結(jié)果的原因是由于ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果是經(jīng)過采樣量化和編碼后得到的，所以肯定存在誤差，另外，學(xué)習(xí)通信原理課程時(shí)我們知道，編碼分為均勻編碼和非均勻編碼。均勻編碼對小信號編碼時(shí)，設(shè)備與計(jì)算簡單，但對小信號輸出不使用，輸出的信噪比?。凰?/p>

39、以為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，改善小信號時(shí)的信號量噪比，實(shí)際中通常采樣非均勻編碼的方法。ADC采用的就是均勻編碼。4.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路4.4.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC12本設(shè)計(jì)中需要將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)做一定的處理之后再轉(zhuǎn)化為模擬電壓值輸出，以控制放大器的工作。上面介紹了ADC的各模塊與工作過程與代碼，DAC電路與ADC很相似。MSP430的DAC模塊是12位、電壓輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，在使用過程中可以被設(shè)置為0位或者12位的轉(zhuǎn)換模式，并能夠和DMA結(jié)合使用，當(dāng)MSP430內(nèi)部有多個(gè)DAC12模塊時(shí)，MSP430可以對他們進(jìn)行統(tǒng)一管理，并能夠做到同步更新。 為了更好了理解和應(yīng)用MSP430DAC模塊，了解DAC模塊

40、的結(jié)構(gòu)與功能是很有必要的。從圖中我們可以看到MSP43016X系列的DAC模塊包括兩個(gè)DAC轉(zhuǎn)換通道：DAC12_0和DAC12_1，這兩個(gè)通道在操作上完全平等。每個(gè)轉(zhuǎn)換通道有內(nèi)部參考源發(fā)生器，DAC12內(nèi)核，數(shù)據(jù)，電壓輸出緩存器等。1）參考模塊 ADC12介紹中我們知道，數(shù)模轉(zhuǎn)換器也需要一個(gè)基準(zhǔn)信號，也就是電壓基準(zhǔn)。參考電壓是唯一影響DAC12輸出結(jié)果的模擬參考量，是DAC12轉(zhuǎn)換模塊的主要部分。DAC12可以選擇內(nèi)部或外部參考源內(nèi)部參考源就是用DAC12SREFx位選擇DAC12的1.5V或者2.5V電壓，當(dāng)DAC12SREF=（0,1）時(shí)，參考源為VREF+，當(dāng)DAC12SREF=（2,

41、3）時(shí)，參考源為VeREF+，只有在ADC12模塊中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置之后，DAC12才能使用它的內(nèi)部參考源。2）DAC12內(nèi)核 用DAC12RES位選擇DAC12的8位或12位精度，DAC12位選擇DAC12的最大輸出電壓為參考電壓的1倍或者3倍，于是用戶可以動(dòng)態(tài)控制DAC12的范圍。DAC12的主要特征有（1）12位的分辨率（2）內(nèi)部或外部參考電壓（3）支持無符號和有符號數(shù)據(jù)輸入（4）具有自檢驗(yàn)功能（5）可直接用存儲器存取4.4.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC12寄存器DAC12的很多操作都是通過對它的內(nèi)部寄存器的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的。相關(guān)寄存器介紹如下：（1）DAC12_xCTL DAC12控制寄存器DAC12_

42、xCTL寄存器各位定義如下：位15141312111098位名稱保留DAC2REFxDAC12REsDAC12LSELxDAC12CALONDAC12IR操作方式rwrwrwrwrwrwrwrw復(fù)位值00000000位76543210位名稱DAC12AMPxDAC12DFDAC12IEDAC12IFGDAC12ENCDAC12GRP操作方式rwrwrwrwrwrwrwrw復(fù)位值00000000注：標(biāo)注為陰影的數(shù)據(jù)位僅能在位ENC=0的前提下才能修改。DAC12RES 選擇DAC12分辨率0 12位分辨率1 8位分辨率DAC12IR DAC12輸入范圍選擇位，設(shè)定輸入?yún)⒖茧妷汉洼敵龅年P(guān)系0 DA

43、C12的滿量程輸出為參考電壓的3倍1 DAC12的滿量程輸出等于參考電壓 DAC12REFx 選擇參考電壓00 VREF+01 VREF+10 VeREF+11 VeREF+DAC12AMPx DAC12運(yùn)算放大器設(shè)置位 選擇DAC12輸入和輸出的穩(wěn)定時(shí)間及電流消耗。穩(wěn)定時(shí)間是DAC12模塊的一個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)，當(dāng)輸入到DAC12的數(shù)碼發(fā)生變化時(shí)，模擬輸出電壓也要跟著變化，經(jīng)過一定時(shí)間才能使新的模擬電壓穩(wěn)定下來，這段時(shí)間就是DAC12穩(wěn)定時(shí)間，DAC12AMPx的控制功能如下表DAC12AMPx輸入緩沖器輸出緩沖器000關(guān)閉DAC12關(guān)閉，輸出高阻001關(guān)閉DAC12關(guān)閉，輸出）0V電壓010低

44、速度/電流低速度/電流011低速度/電流中速度/電流100低速度/電流高速度/電流101中速度/電流中速度/電流110中速度/電流高速度/電流111高速度/電流高速度/電流（2）DAC12_xDAT DAC12數(shù)據(jù)寄存器名稱0000DAC12數(shù)據(jù)操作方式rwrwrwrwrw復(fù)位值00000DAC12_xDAT高四位經(jīng)常為零，不影響DAC12轉(zhuǎn)換。當(dāng)DAC12工作于12為模式時(shí)，DAC12_xDAT的最大值為0FFFH，若值超過這個(gè)最大值，則高位部分被忽略。同理DAC12工作于8位模式。DAC12的源代碼如下所示：#include <MSP430x16x.h>

45、; / 包含名稱定義和對應(yīng)地址或數(shù)據(jù)的頭函數(shù)void int_clk(void); / 聲明系統(tǒng)時(shí)鐘 XT2 初始化函數(shù)int main(void) / 主函數(shù) unsigned char data_dac; / 聲明存儲待轉(zhuǎn)換數(shù)字的變量 unsigned char delay_dac; / 聲明用于檢測 DAC 工作速度的延遲變量 int_clk( ); / 系統(tǒng)時(shí)鐘初始化 WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; / 關(guān)閉看門狗 P6SEL=0xff; / 設(shè)置 P6 端口為特殊功能輸入 / 輸出口 P6DIR=0xff; / 設(shè)置 P6 端口為輸出口 ADC12CTL0=REF2_5V+REFON; / 電路板上 VeREF+ 未連接，必須使用參考電壓 VREF+ DAC12_0CTL=DAC12IR+DAC12AMP1; / 參考電壓選擇 VREF+ / 選擇 12 位分辨率 / 向 DAC12_0DATA 寫數(shù)據(jù)觸發(fā)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換 / 模擬電壓輸出范圍與參考電壓相同 / 輸出模擬模擬電壓建立時(shí)間選擇：慢 / 輸入數(shù)據(jù)格式：線性 2 進(jìn)制 / 不使能中斷 DAC12_1CTL=DAC12IR+DAC12AMP1; / 參考