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1、目 录0 摘要-21 设计任务与要求-2 1.1 设计任务-2 1.2 基本电压-2 1.3 发挥部分-22 系统方案论证-23 系统设计与理论分析-2 3.1 核心模块TMS320DSP芯片-2 3.2 数模转换模块-3 3.3 基准电压源模块-33.4 模数转换模块-43.5 485通信模块-53.6 显示模块-64 系统调试-7 4.1 调试仪器仪表-7 4.2 调试及分析-7 4.3 误差分析-75 设计总结-86 元件清单-87 参考文献-9 8 程序清单-100、 摘要：本系统以DSP芯片为核心，控制过程是DSP接收数据并送入DA电路，利用AD820作为比较器，正端接D/A输出，负
2、端接地，反馈输出接AD采样，失调电压调零，输出形成闭环回路，通过AD转换电路将实际值采回DSP，由DSP进行运算，得输入值与采回值之差即误差，输出结果通过12864液晶屏显示。系统通过LM4050为A/D,D/A提供基准电压，使系统具有较高的可靠性。采用的DSP减少了由运放产生的非线性误差。 关键字：信号发生器 TMS320DSP芯片 基准电源芯片 LM40501、设计任务与要求1.1设计任务：设计出有一定输出电压范围高精度毫伏信号发生器，并能够检测其输出精度1.2基本要求（1）输出电压：范围01V，步进0.5mV；具有输出电压值（测量值）显示功能；由“”、 “”两键分别控制输出电压步进增减；
3、 （2）具备485通讯能力，波特率可设置，即4800、9600、19200、38400 、56000、57600、 115200bps可设置；（3）能显示设定值与实际值及其误差。1.3发挥部分 （1）输出电压：范围02V，步进0.1mV；指定输出范围内任意电压值；（2）能提高精度模拟J型热电偶分度简表（见附表）输出（输入温度后，自动输出电压值）；（3）检测部分可单独成为电压测量模块，测量范围、精度参考电压输出部分；2、 系统方案论证用DSP作为核心芯片，输出的数字信号由D/A转换成模拟信号，再经由A/D采回芯片内部形成反馈。利用LM4050提供基准电压，7809稳定基准电压源的输出电压， UA
4、741做电压跟随器使其工作稳定。为了使其工作更加精确，需要再加一个AD820作为比较器来减小非线性误差。而与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快810倍，完成一次乘加运算快1630倍。3、 系统设计与理论分析3.1 核心模块TMS3
5、20DSP芯片DSP是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。DSP微处理器一般具有如下主要特点： （1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法； （2） 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据； （3） 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问； （4） 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持； （5） 快速的中断处理和硬件I/O支持； （6） 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； （7） 可以并行执行多个操
6、作； （8） 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 3.2 数模转换模块3.2.1 D/A转换电路如图所示，通过AD5541芯片实现将数字量转换为模拟量,送给电压比较器。该电路通过LM4050提供基准电压源,UA741做电压跟随器，使电压稳定。AD820作为比较器，正端接D/A输出，负端接地，反馈输出接AD采样，失调电压调零，输出形成闭环回路，减少由运放产生的非线性误差，由DSP进行运算。算法：输出值=(D/65535)*REF,其中D为载入DAC代码。 D/A转换电路3.2.2 AD5541芯片AD5541为单通道、16位、串行输入、电压输出数模转换器(DAC)，采用5 V
7、 10%单电源供电。AD5541采用多功能三线式接口，并且与SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP接口标准兼容。这些DAC可提供16位性能，无需进行任何调整。DAC输出不经过缓冲，可降低功耗，并减少输出缓冲所造成的失调误差。3.3 基准电压源模块3.3.1 LM4050芯片LM4050/是精密的二端、并联模式、带隙电压基准，具有多种固定反向击穿电压：1.225V、2.048V、2.500V、3.000V、3.3V、4.096V和5.000V。LM4050/LM4051采用超小型、3引脚SC70表贴封装(1.8mm x 1.8mm)，比采用SOT23表贴封装的同类器件缩小了50%。如图所示
8、电路，即为基准电压电路，它为A/D模块，D/A模块提供稳定的基准电压。对电路稳定性起着至关重要的作用。 基准电压模块电路3.3.2 UA741芯片 如图所示，UA741是高增益运算放大器这类单片硅集成电路器。件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。 1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚3.4 模数转换模块 3.4.1 ADS8320芯片AD8320其特点及功能：ADS8320是 Burr-Brown公司生产的逐次逼近式串行16位微功耗CMOS型高速A/D转换器，它的线
9、性度为0.05%，工作电源在2.7V5.25V范围内，采样频率最高可达100kHz；在2.7V供电和100kHz采样速率下，其功耗仅为1.8mW，而在10kHz低速采样时的功耗仅为0.3mW；在非转换状态时可处于关闭模式，此时功耗可低至100W；ADS8320具有同步串行SPI/SSI接口，因而占用微处理器的端口较少；其差动输入信号范围为500mVVCC(工作电源)；采用8引脚MSOP小体积封装算法：送入DSP芯片的数值=（输入的模拟值/REF）*65535 A/D 转换电路3.4.2 AD820芯片AD820是一款精密、低功耗、FET输入运算放大器，可以采用5 V至36 V单电源或2.5 V
10、至18 V双电源供电。该放大器具有单电源供电能力，输入电压范围可扩展至负供电轨以下，因此在单电源模式下可以处理地电压以下的输入信号。输出电压摆幅可扩展至各供电轨10 mV以内，以提供最大的输出动态范围。直流精度性能包括最大800 V的失调电压、2 V/C的失调电压漂移、小于25 pA的典型输入偏置电流以及低输入电压噪声，源阻抗最高可达1 G。单位增益带宽为1.8 MHz，10 kHz时总谐波失真(THD)为93 dB，压摆率为3 V/s，电源电流低至800 A。AD820可直接驱动最高350 pF的容性负载，并可提供最低15 mA的输出电流。因此，该放大器能够处理各种负载情况。AD820在A/
11、D转换电路中有电压跟随器的作用。3.5 485通信模块3.5.1 max485芯片 MAX485是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器。MAX485的驱动器摆率不受限制, 可以实现最高2.5Mbps的传输速率。这些收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120A至500A之间。所有器件都工作在5V单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。具有较高的抗干扰性能。MAX485是市面上最为常见的RS422芯片，亦是用量最大的RS422芯片，性价比高，优质，供货稳定是大部分
12、厂家采用MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS485芯片。 MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100的电阻。
