基于单片机的脉冲信号参数测量仪设计

基于单片机的脉冲信号参数测量仪设计

摘要：脉冲参数测试仪是大多数用的一种仪器，此系统将MSP430单片机为中心设计了一种用于测量峰峰值、频率、周期、有效值的简单信号测量仪，利用单片机的控制功能与数学运算，然后再结合一部分中规模数字电路，实现测量中的功能手动切换。每项实验表明，设计原理指标符合，正确有理。

关键词：脉冲信号测量；MSP430；峰峰值；频率；占空比

第一章绪论 4

1.1 研究目的 4

1.2 研究背景 4

1.3 研究内容 5

第二章方案确定主要器件的选择及论证 6

2.1方案比较选择 6

2.2 元器件选型 7

2.2.1显示模块的选择 7

2.2.2主控芯片的选择 8

2.2.3 电源模块的选择 8

2.3 本章小结 8

第三章硬件设计 9

3.1.信号整形电路 9

3.2.峰峰值测量电路 9

3.3显示电路 10

3.4电平转换电路 12

3.5 最小系统 13

3.5.1MSP430F5438A最小系统芯片部分 13

3.5.2晶振电路设计 15

3.6电源模块设计 15

第四章软件部分设计 16

4.1 系统程序流程 16

4.1.1软件调试过程 16

第五章结论 17

参考文献 19

附录 20

第一章绪论

1.1 研究目的

现代生活中，我们与电子设备的关系已经越来越不可分割了，而这些电子器件都需要一个准确且稳定的控制信号控制才能够正常工作。

随着现代科技的发展，每一个产品的功能也越来越强大，这样就使得芯片所要实现的功能也越来越多，同时也要求控制器芯片的体积也越来越小。现如今使用最为广泛的信号是脉冲信号，测试范围和使用范围都非常非常多。现在已经用了信号测试仪，但是这些信号源有的体积大、成本高。对于学校，想要让每一个人基于硬件的基础上都了解它的原理和亲自动手实现它的功能是不现实的，所以说这时候就需要基于软件硬件语言的基础之上，先了解它的具体的工作过程，之后根据自己的理解，用硬件语言把它实现，这样我们就可以花费较少资源，学习专业知识从根本上解决问题。本论文就是基于MSP430的脉冲信号监测仪的设计，具体很实际的价值。除此之外，微型控制器的完美代表还有DSP，MSP430，ARM等。这就为我们提供了硬件上强有力的支撑，我们可以用更小的体积做出功能更加丰富的智能设备，特别是随着微处理器的处理速度和处理精度的不断提高使得探测任务的实时性和准确性得到了一个飞跃。随着各式各样传感器技术的发展，使这些机器设备有了更加灵敏的“耳朵”，看的更加清楚更加远的“眼睛”，让我们的设备可以完成更加智能的任务。与此同时传感器的小型化趋势也为我们的设计节约了宝贵的空间。算法理论的不断发展，例如模糊数学，粗糙集，神经网络等，它们目前都大量应用在控制技术中，为我们处理复杂环境下的数据提供了强有力的数学支撑，让我们可以做到利用强大的数学工具来解决复杂环境下的探测、判断等任务。上述这三个方面的进步，为我们可以制作出更加复杂和能力更强的移动机器人奠定了雄厚的基础，这一切都为移动机器人提供了强大的软硬件方面的支持。科技发展为准确实现脉冲信号测量奠定了基础。

1.2 研究背景

MSP430是目前封装集成度最高、速度最快、配置最灵活的芯片。MSP430的设计，首先做准备工作，方案论证、系统设计、选择器件，然后输入设计，可以画原理图或用硬件语言，还可以用波形方式输入。目前我的实践能力和客观条件只能支持到仿真验证步骤。

数字示波器比较智能化，功能很多，精度会高于模拟示波器。如今社会有一些便携式的数字示波器，和手机差不多大小，但是我没有去使用它，而且也不知道如何使用，不清楚精准度高不高。但我还是觉得台式精准度不是很高，我见过的便携式示波器只有几百块钱，比示波器便宜多了，所以台式质量肯定也不怎么好，也没有很高精度。

MSP430所具有的静态可重复编程和动态在系统重构的特性，可重构性的特点可以减少软件的开发的成本同时极大的缩短了设计时间，使得产品的上市时间可以大大的提前，对厂家产生更获的商业效益，MSP430的很多功能异常的强大，基本上可以实现所有电子器件功能，MSP430的种类有好多，同时价格也有很大的浮动范围，可以满足各种厂家的需求。

1.3 研究内容

在学习过的单片机的一些知识和了解内容的基础上，通过查阅书籍，学会了其他一点单片机的实际应用，学会了单片机的几种语言的编程，学会了运用学到的新的单片机控制电路模块、外围的芯片，制作一个脉冲参数测试仪。脉冲信号频率范围为100.0Hz～100.0KHz；频率测量精度小于±0.1%，周期测量精度小于±0.1%；；上升时间和下降时间测量范围为1.0s～1.0ms，测量误差小于1.0us；脉冲信号频率范围为11.0Hz～501.0KHz；占空比测量范围为11.0％～91.0％，测量误差小于11％；周期测量精度小于±0.04%；脉冲信号幅值范围为：0.30VP～3.30VP，测量精度小于±2%，频率测量精度小于±0.030%。

参考文献

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[9] 高晋占编著. 微弱信号检测[M].北京：清华大学出版社，2004.

[10] 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.

[11] 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，2006:32~96.