TI模拟创新题目.docx

基于LaunchPad_MSP430开发板模拟系统子板
需求概述
Launchpad是德州仪器公司开发的一个开源硬体平台，它是低成本的开发平台，采16
位的低功耗MSP430单片机为开发板核心，提供14/20PIN的DIP插座目标板，适合基本的应用开发，是较先进的超小型入门级试验系统之一。它可以配合本科低年级课程进行嵌入式C语言、电子技术基础、微机原理的试验和课程设计；基于虚拟仪器的设计，让学生的试验不再拘泥于在传统的实验室进行；同时德州仪器公开发布了大量的教程、源代码和演示视频，特别适合于低年级同学学习。
而单单依据开发板可开发设计的功能较为单一。因此为配合模拟电子线路设计课程的实验教学，并且德州仪器公司在模拟领域中有极为丰富的设计应用。故设计基于Launchpad开发板模拟系统系列子板，将模拟系统设计充分结合。让学生的实验不再拘泥于在传统的实验室进行，学生通过USB电缆连接到PC机，在就可以使用图形界面的闪存编程器和调试工具来完成包括嵌入式系统软件实验及模拟电子线路设计硬件实验，真正实现“口袋实验室”的目标。
实现功能（题目以供选择）
根据德州仪器公司提供的需求，子板的设计需与Launchpad开发板结合，依据MSP430单片机设计模拟类功能的子板。拟定了以下一些电路，本着口袋实验室的实用性，简洁性，主芯片控制在5个左右（不包括MSP430），PCB面积控制在两个launchpad面积以内，大于等于一个launchpad面积。
1传感器前端放大模块（电阻型传感器铂丝热电阻或者压力传感器）2电子负载（电压、电流可测试，电流可调节，功率管实现5A电流）3LED光源（根据光敏电阻实现LED亮度自动调节，5个LED一串）4集成芯片音频功率放大电路（程序可调左右声道音量）5移相器（相移连续可调）6简易锁相环路（频率可调振荡器、比较器、DAC或者PWM加低通）7用功率管搭建推挽功率放大电路（单片机实现过流检测和保护）8频率电压转换和电压频率转换9电流钳（利用电磁感应测试电流，AC、DC可切换）10电容、电感测试表11三极管IV曲线测试表（DAC控制示波器的XY通道显示）12恒温控制模块（电阻加热，可调电流源，温度传感器，单片机控制）13心跳计数器（心电放大，整形，计数）14交流电功率表（30V以内）15水果电源，能显示电压和电流（酸水果，两个电极，boost开关电源，单片机）16多功能码表（霍尔元件，信号调理，比较器，单片机）17击掌声方向检测（两个驻极体，信号调理，单片机计算方向）18毫欧电阻测试表（毫安级恒流源，放大电路，ADC，单片机）19角度测试表（三轴加速度芯片，单片机，电容供电，升压电源）20触发门限可调的模拟信号采集装置，输入信号放大倍数分档可调。21简易扫频仪（单片机软件实现DDS功能进行扫频，ADC采集峰值检波后的数据）
基础电路，可调部分可以使用可变电阻器或者可变电容器1双通道同步DAC电路2反向求和电路，两输入3差分运放电路，减法器4高通、低通，并设计跳线由高通低通合成带通、带阻滤波器。5迟滞比较器6占空比可调的矩形波发生器73运放搭建仪表放大器8锯齿波发生器9压频变换，不用变容二极管，控制矩形波发生器的比较门限10精密全波整流11峰值检波电路（双运放，二极管）12升压开关电源TPS6104013降压开关电源TPS543014串行接口的ADC、DAC模块15电荷泵型的反压电源TPS60400
子板架构
综合考虑子板设计的机械特性和电气特性，决定采用堆叠的板卡式设计，因信号调理类
涉及板卡种类较多及功能交互性强，故需要两三块子板协作完成。并且同时要依据Launchpad开发板开发，需要考虑其便携性和可重利用性。
综上所述，借鉴如图1所示MiniProShield子板设计，采用向上堆叠的方式设计子板。

图1MiniProShield子板设计
采用20-pin的脚位直接和基板连接，减省添加额外I/O信号线与电源线连接的麻烦。但综合考虑堆叠多块子板及机械和电气连接稳定性，并且为了保证子板的尺寸统一，决定采用双列20-pin焊盘的设计，即同侧的两列10-PIN的引脚相互对应连接，一列焊接排座连接下面板卡的插针，一列焊接插针连接上面板卡的排座。图2给出了子板设计的模拟效果图。如图3所示的为子板堆叠横截面图，多块板卡堆叠时为左右互补堆叠。

图2子板设计效果图图3子板设计横截面
关于子板的接口，因采用堆叠的方式连接，故将I/O口统一引接到各子板。Launchpad
开发板上接口插针引接到MCU上各引脚的定义为如图4所示。并且实现便携性，子板的电源统一由Launchpad开发板提供，涉及模拟信号调理类的信号连接通过排线实现。

图4MSP430G2553引脚定义
举例--子板设计原理和框图
压控增益放大器（设计原理和框图）
通