★G2一体化实验板：正弦波输出及频率幅度测量实验指导书

G2一体化实验板：正弦波输出及频率幅度测量

一、 实验目的

1. 理解DAC输出的原理；

2. 掌握使用TFT液晶屏显示图片数据； 3. 学习和掌握ADC10和TA的使用方法。 二、实验设备

G2一体化实验板、示波器。 三、预习要求

1. 了解全波整流电路和迟滞比较电路； 2. 会使用TFT液晶屏进行数据显示； 四、实验原理

本实验利用DA芯片DAC8552输出一个1K~20K的正弦波信号，并通过全波整流电路和迟滞比较电路，对该正弦信号进行幅频特性测试。

1、DAC8552原理

DAC8552是一款中等精度的具有SPI接口的中低速DA转换器。选取这款芯片的理由是由于MSP430相对较低的运行速度，以及本模块对输出信号的输出精度来确定的。DAC8552具有16位的精度，实际精度可达到4LSB。符合标准SPI协议，时钟速度可达到30MHZ，就此估算DAC的输出速度应在1MHZ以上。下图为D/A 模块电路：

图1 D/A 模块电路

DAC8552与MCU之间由3根信号线（SYNC，SCLK和DIN）组成的串行接口连接。写入操作是从MCU将SYNC拉低开始。然后DAC8552会在SCLK的每一个下降沿将DIN上的数据锁存入内部的移位寄存器，如此循环24次。MCU在SCLK的第24个下降沿之后将SYNC拉高，完成一次写入操作。下图为DAC8552的操作时序:

图2 DAC8552操作时序

DAC输出电压公式为：VOUTA = VREF×D/65536；其中，VREF为参考电压，为了后续电路中波形不会截止，VREF选择3.6V，D为装载入DAC寄存器的数值。根据这个原理，我们对一个标准正弦波进行n次取样，并计算出没个点对应的D值；然后将这n个点对应的D值依次传输到DAC8552中，DAC8552就会输出一个由n个点组成的类似正弦波；最后DAC8552输出经过滤波，便得到了一个正弦波信号。单片机往DAC8552写入D值速度越快，则正弦波的频率越高，因此可以根据单片机的写入速度调节输出的正弦波频率。DAC8552输出的正弦波经过放大电路，便可实现正弦波幅度调节。

2、全波整流

本实验的全波整流效果如图3所示，将正弦波的负压转换成正压，这样便于我们测量该正弦信号的幅值。

图3 全波整流

图4 全波整流电路

全波整流电路如图4所示，U8通过两个二极管的通断将正弦信号的正压部分转换成负压部分，U9则构成一个反相器，这两个运放电路便构成了全波整流。同时图中R29和C15构成一个低通滤波电路，该电路将正弦波滤成一个直流电压信号V_A，V_A的值就是该正弦信号的有效值，因此单片机通过ADC10采样就可计算出该正弦信号的幅值。

3、迟滞比较

迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。 单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。

图5（a）给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。

图5（b）为迟滞比较器的传输特性。

图5 迟滞比较器

不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。

正弦波信号经过迟滞比较器便可产生一个等频率的矩形波，单片机通过TA捕获便可测出该矩形波的频率，进而得到正弦信号的频率。 四、实验步骤

1、连上DA输出正弦波电路的3个跳线帽，使DAC8552与单片机的IO口P1.5、P1.6、P1.7相连；连上滞回比较器电路和全波整流电路中的2个跳线帽，这两个跳线帽分别与单片机的IO口P2.4、P1.1相连；连上TFT液晶下方的4个跳线帽，4个跳线帽分别连接上的IO是P1.0、P1.4、P2.0和P2.2。

2、确保P1.5、P1.6、P1.7 、P2.4和P1.1这5个IO口不被其他部分的电路使用，即是断开这几个IO口与其他部分电路连接的跳线帽。

3、将LaunchPad正确安装在实验地板上。LaunchPad有USB口一端朝下插入实验底板上LaunchPad插槽。

4、连接上电脑上的数据线，按键底板上的电源开关S2。 5、打开实验程序，单击下载，并全速运行。 6、将示波器探头连接到通过板上的SMA端子。

7、单击LaunchPad上的按键S2，观察示波器波形变化，查看液晶显示频率值变化。 8、调节SMA端子附近的电位器，观察示波器波形变化，查看液晶显示幅值变化。 五、注意事项

将硬件各个部分正确插入实验底板上；程序调试过程中不要按下LaunchPad上的复位按键。

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