利用單片機(jī)使用MSP430F149設(shè)計(jì)正弦波發(fā)生器解析方案
根據(jù)《鐵路車輛內(nèi)旅客振動(dòng)舒適性評價(jià)準(zhǔn)則》UIC513國際標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的SSD-J-2振動(dòng)舒適度測量儀是基于MSP430F149的三維振動(dòng)便攜式分析儀,內(nèi)含上下、左右、前后振動(dòng)的生理濾器。為了調(diào)整和標(biāo)定這組生理濾波器的精度,利用該單片機(jī)的一個(gè)PWM輸出端配上II型的RC濾波,在軟件支持下構(gòu)成調(diào)節(jié)方便的超低頻波發(fā)生器。經(jīng)實(shí)用表明其性能達(dá)到UIC513標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/171285.htm1 MSP430F149的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
MSP430F149 是美國TEXAS INSTRUCMENTS公司最新推出的16位超低功耗混合信號單片機(jī),帶有Flash存儲(chǔ)器,具備很強(qiáng)的靈活性,方便修改代碼及產(chǎn)品售后升級。它采用精簡指令集(RISC),125ns指令周期,大部分的指令在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。1.8V~3.6V的供電電壓,其超低功耗(供電電壓2.2V,工作頻率 32kHz時(shí),工作電流為7μA;供電電壓2.2V,工作頻率1MHz時(shí),工作電流為250μA.)使超低頻波形發(fā)生器可被設(shè)計(jì)成電池供電且長時(shí)間工作的系統(tǒng)。MSP430F149內(nèi)含一個(gè)具有8個(gè)外部通道的12位高性能A/D轉(zhuǎn)換器,一個(gè)具有自動(dòng)掃描功能的容量為16個(gè)字節(jié)的可編程緩沖器,片內(nèi)參考電壓,一個(gè)溫度傳感器以及電池低壓時(shí)的檢測電路;內(nèi)部具有兩具定時(shí)器:帶有7個(gè)捕獲/比較寄存器的16位 Timer_B和帶有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位Timer_A,在比較模式下可以產(chǎn)生PWM信號,控制DCO的頻率,利用利用它們可以滿足要求;該芯片具有60KB的閃速存儲(chǔ)器,2KB RAM,采用串行在線編程方式,為用戶修改程序和控制參數(shù)帶來靈活的空間,而且內(nèi)部的安全保密熔絲可使程序不被非法拷貝。此外,MSP430F149具有強(qiáng)大的中斷功能,48個(gè)I/O此腳,兩個(gè)串行通訊接口,10萬次的擦寫,超強(qiáng)的抗干擾能力。
2 超低頻波形發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)原理
用于人體乘坐的交通運(yùn)輸工具中的振動(dòng)分析儀對信號有嚴(yán)格的濾波要求。UIC513標(biāo)準(zhǔn)中對Z方向(上、下)振動(dòng)信號規(guī)定按圖1的濾波計(jì)權(quán)曲線進(jìn)行濾,其濾波頻帶為0.4Hz~16Hz,并且具臺階性。重要的是檢驗(yàn)濾波的效果是評價(jià)振動(dòng)舒適性的前提,濾波電路只有經(jīng)過嚴(yán)格的標(biāo)定校調(diào)后方能投入使用,所以需要采用低失真、超低頻正弦信號源來標(biāo)定電路。應(yīng)用MSP430F149進(jìn)行設(shè)計(jì),電路十分簡單。產(chǎn)生的波形精度取決于脈寬計(jì)數(shù)器的精度,最高可達(dá)16位,頻率取決于軟件所設(shè)計(jì)正弦表的大小、系統(tǒng)頻率以及讀取正弦表的時(shí)間長短。應(yīng)該注意的是所設(shè)計(jì)的頻率應(yīng)該比需要的頻率略高一些,這樣由脈寬高制信號到正弦波信號的濾波電路階數(shù)可以降低。
3 用MSP430F149實(shí)現(xiàn)PWM功能的軟件設(shè)計(jì)
在該超低頻波形發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)中,主要應(yīng)用到了以下幾個(gè)功能模塊:Timer_B定時(shí)器、Timer_A定時(shí)器、CPU寄存器、片內(nèi)的數(shù)字控制晶振以及XT1低功耗振蕩器。
3.1 穩(wěn)定DCO頻率模塊
DCO 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)RC振蕩器,具有RC振蕩器的特點(diǎn)。其在頻率的設(shè)置和轉(zhuǎn)換上不準(zhǔn)確,但由于它是數(shù)字控制的振蕩器,可以通過一個(gè)已知的頻率穩(wěn)定的晶振如 32768Hz手表晶振來進(jìn)行校準(zhǔn),使DCO達(dá)到準(zhǔn)確的頻率。因?yàn)镸SP430F149不含有鎖頻環(huán)數(shù)字邏輯,所以只有通過軟件進(jìn)行“軟鎖頻”校準(zhǔn) DCO,這十分重要。
程序如下:
Setup_TA mov #TASSEL1+TACLR,TACTL;設(shè)置TA時(shí)鐘SMCLK
Setup_CC2 mov #CCIS0+CM0+CAP,CCTL2;設(shè)置CCR2,輸入信號:;ACLK,捕獲模式
Bis #MC1,TACTL;設(shè)置Timer_A:連接模式
Test_DCO bit #CCIFG,CCTL2;檢測捕獲標(biāo)志位
jz Test_DCO
bic #CCIFG,CCTL2 ;清除標(biāo)志位
AdjDCO mov CCR2,R14
;R14=捕獲的SMCLK值
sub R15,R14;R14=捕獲SMCLK的差值
mov CCR2,R15;上次捕獲的SMCLK值
com #Delta,R14 ;Delta=SMCLK/ACLK
jlo IncDCO
jeq DoneFLL
DecDCO dec.b DCOCTL ;調(diào)整DCO
jmp Test_DCO
IncDCO inc.b DCOCTL
Jmp Test_DCO
DoneFLL clr CCTL2 ;停止CCR2
Clr TACTL ;停止Timer_A
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