基于单片机MSP430f149和滞回比较器的便携式脉冲信号参数测量仪的设计
摘要
脉冲信号参数测量仪是一种常用的测量仪器，它可以用来测量峰峰值、有效值、频率、上升沿和下降沿时间、占空比等。现在便携式的测量仪大多用的是万能表，用来测量电流，电阻，电容等。本文设计了一种基于单片机MSP430f149和滞回比较器的便携式脉冲信号参数测量仪泳衣测量以上参数。
关键词：MSP430f149 ; 滞回比较器；脉冲信号参数
Abstract
The pulse parameter tester is an instrument commonly used in the signal class, It can measure the peak-to-peak, RMS, frequency, rise and fall times, the duty cycle of the instrument. Now, portable measuring instruments commonly used is the multimeter, it can measure current, resistance, capacitance and so on. This article scrap design a backpack pulse parameter tester based on MSP430 and TLV3501.
key word: MSP430f149; comparator;Pulse signal parameter tester
目录
第一章 绪论
1.1课题背景及意义
1.2 C语言的发展背景和特点
1.2 MSP430系列单片机简介
第二章系统的总体设计
2.1整体设计方案设计思路
第三章系统的硬件设计
3.1 微处理器的选择
3.2 比较器的选择
3.3 占空比测量模块的选择
3.4 峰峰值测量的设置
3.5 显示电路模块选择
第四章系统的电路设计
4.1 最小芯片电路设计
4.1.1 电源电路
4.1.2 时钟电路
4.1.3 复位电路
4.1.4 通信接口电路
4.2 比较器电路
4.3 峰值检波电路
4.4 有效值测量电路
4.5 A/D模数转换电路
4.6 D/A数模转换电路
第五章系统的软件设计
5.1总体流程图
第六章脉冲信号参数测量仪的调试过程
6.1 软件调试过程
第七章总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
谢辞
参考文献
附录
一 绪论
单片机是计算机的一个重要分支，用于自动化控制领域，又叫微控制器。单片机由集成电路芯片构成，包含了很多计算机内部功能，如中央处理器CPU、存储器、I\O接口、定时器中断等。单片机仅仅是控制芯片，它还能接很多外部模块。根据功能的需求用不同的芯片组成不同的外部模块，所有的外部模块都由单片机控制，能够统一协调的完成工作。由于单片机的稳定性好，物美价廉，低功耗，所以单片机已经广泛地运用到各个领域中去。列如自动化控制、实时测控方面、智能化仪表、智能化产品，还可以扩展到现代化国防上去。
由于电子产品的种类越来越多，仪器的运用也越来越广泛，信号类的仪器都需要用来测量脉冲信号参数，本课题研究的是脉冲信号参数测量仪，用来测量脉冲信号的参数。而脉冲信号的测量对于仪器的芯片和电路要求都比较高。
1.1课题背景及意义
随着电子技术的发展，对脉冲信号参数的精度要求越来越高，脉冲信号参数测量仪的使用也越来越广泛。现在最常见和最常用的是示波器，示波器有模拟示波器和数字示波器，数字示波器的精度要高一些。市场上也出现了便携式的测量仪，但是不知道精度如何。我个人认为便携式的测量仪测量精度比不上大型测量仪，功能也不够多。因为测量的参数是信号类的，所以电容电阻对参数的测量也会产生一定的影响。制作的电路板也需要足够精准，不然测出的信号会有较大的误差。
在脉冲信号测量仪控制系统的历史中，出现了多种不同形式的版本，十八世纪后期英国的工业革命爆发后，出现了简陋的脉冲信号参数测量仪。第二次工业革命后期，放大电压电流信号的电子管被设计出来，实现了脉冲信号测量仪系统电子系统的雏形。后来，简易的集成器件和可编程控制器（PLC）出现之后，具有控制功能的脉冲信号测量仪系统才完全出现。
现在，很多领域都要进行参数的测量，尤其是高科技领域，对参数测量的精度要求更加高。参数的测量是近年来非常活跃、发展较快的一个领域。正交采样是脉冲参数测量吃力的第一步，采样的精度和速度要首先考虑。直接中频数字正交采样是当代雷达信号处理的主要技术之一。电子侦查系统中的自动检测处理是当代雷达处理系统的一个重要领域，它是用来自动检测脉冲信号并提取目标信息，提供较为准确的信息。雷达脉内信号参数提取是电子侦查系统中最关键的问题，参数的准确性直接影响了后端对目标位置，速度等信息的处理结果。
1.2 C语言的发展背景和特点
C语言是国际上广泛流行的计算机高级语言,既可用来写系统软件，也可用来写应用软件。?C语言是在B语言的基础上发展起来的，根源可以追溯到ALGOL?60。1967年英国剑桥大学的Matin?Richards对CPL语言做了简化，推出了BCPL?(basic?combined?programming?language)?语言。1970年，做了进一步简化，?设计出了很简单的而且很接近硬件的B语言，并用B语言写了第一个UNIX操作系统。1972年至1973年间，贝尔实验室的D.M.Ritchie?在B语言的基础上设计出了C语言，最初的C语言是为描述和实现UNIX操作系统提供一种工作语言，之后，C语言多次改进，它的突出优点才引起人们的注意。C语言既保持了BCPL和B语言的精炼，又克服了它们过于简单的缺点。
现在，市场上流行的C语言编译系统都是以ANSI?C?为基础的。在微型机上使用的有Microsoft?C、?Turbo?C、?Quick?C、BORLAND C等。
C是高级语言，它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。它的显著特点是代码和数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化的方式使程序层次清晰，便于编码、维护和调试。它具有各种各样的数据类型，并引入指针概念，是计算功能，逻辑判断功能更加的强大。
? 语言有一个突出的优点就是适合于多种操作系统, 如DOS、UNIX,也适用于多种机型。
? 当然，C语言也有自身的不足，比如：C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数族下标越界不作检查等。从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握。
总之，C语言既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点；既是一个成功的系统设计语言，有时一个使用的程序设计语言；既能用来编写不依赖计算机硬件的应用程序，又能用来编写各种系统程序；是一种受欢迎、应用广泛的程序设计语言。
1.3 MSP430系列单片机简介
MSP430系列是16位的、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机。具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。 MSP430 单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM 保持模式下的最低功耗只有0.1μA。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。在实时时钟模式下，可达2.5μA ，在RAM 保持模式下，最低可达0.1μA 。4.片内资源丰富 MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Σ-Δ ADC、DMA、I/O端口、基本定时器（Basic Timer）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。以上保证了MSP430的超低功耗。
MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5μs。5.方便高效的开发环境 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三种类型的器件。对于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于 FLASH 型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有 JTAG 调试接口，还有可电擦写的 FLASH 存储器，因此采用先下载程序到 FLASH 内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由 JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台 PC 机和一个 JTAG 调试器，而不需要仿真器和编程器。
参考文献
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2 阎石、数字电子技术基础（第五版）【M】高等教育出版社
3谭浩强、C程序设计（第三版）【M】清华大学出版社
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5张建 韩薪莘、房晓溪、程学庆、图形化编程与实例应用【M】中国铁道出版社
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8郑锋,王巧芝,程丽平.51单片机典型应用开发实例大全【M】中国铁道工业出版社
