基于MSP430F449的数字频率计设计

2008年01月01日 22:01    MSP430
关键词: 数字频率计 , MSP430F449
本文利用前置分频器SAB6456A和高速数字分频器74HC390的分频功能,结合新型的MSP430F449单片机,给出了一种新颖的、全自动的数显测量射频频率的设计方案。 图1 信号的前端处理及分频电路 主要器件介绍 MSP430F449单片机 MSP430F449 采用16位RISC结构,具有丰富的片内外设和大容量的片内工作寄存器和存储器,性能价格比很高。它的特点包括: · 超低的功耗:能够在1.8V~ 3.6V的电压下工作;具有工作模式(AM)和5种低功耗模式(LPM)。在低功耗模式下,CPU可以被中断唤醒,响应时间小于6ps。 · 较强的运算能力:16位的RISC结构,丰富的寻址方式;具有16个中断源,可以任意嵌套;在8MHz时钟驱动下指令周期可达125ns; 内部包含硬件乘法器和大量寄存器,以及多达64KB的Flash程序空间和2KB的RAM,为存储数据和运算提供了保证。 · 丰富的片上外设:包括看门狗定时器,基本定时器,比较器,16位定时器(TA、TB),串口0、1,液晶显示驱动器,6个8位的I/O端口,12位ADC (最高采样率200kHz)等。丰富的片上外设可以很方便地构建一个较为完整的系统。另外,充分利用计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功能,保证了 一些复杂的时序控制任务的完成。 ·方便高效的开发环境:MSP430F449是Flash型器件,片内有调试接口和电可擦写的Flash存储器,可以先下载程序到Flash内,再在器件内通过软件控制程序的运行,由JTAG接口读取片内信息供设计师调试。这种方式不需要仿真器和编程器,调试十分方便。 前置分频器SAB6456A SAB6456A是专为UHF/VHF设计的前置分频器。内部的MCpin为分频控制端,可对频率范围为70MHz-1GHz的信号进行64/256分频,当MC pin开路时为64分频;当MC pin接地时为256分频。有较高的灵敏度和较强的谐波抑制能力。 图2 单片机外围电路 工作原理 该设计主要分两部分:分频和计数。首先,输入信号限幅后经SAB6456A分频,256分频后的信号再经两片74HC390高速分频器进行1000分频, 此时模拟信号变为低频数字信号,频率在10kHz以下;其次,分频后的信号直接接入MSP430F449单片机,利用内部的16位定时器A来定时和计数。 该定时器可分为几个部分:计数器部分,捕获/比较寄存器及输出单元。其中,计数器有4种工作模式,3个捕获/比较寄存器。利用计数器的连续计数模式和上升 沿捕获模式,在定时器中断中计数N个脉冲信号时间,再除N得到频率。 硬件设计 图1为信号的前端处理及分频设计。输出后的信号再经两片SN74HC390分频,SN74HC390是高速分频器件,最高分频频率为50MHz。每片 SN74HC390可实现100分频,采用两片串联,可实现对信号的1000分频,经分频后的数字信号频率较低,约4kHz以下,可由单片机直接计数。 图2为单片机外围电路,包括复位电路,电源电路和单片机工作必须的晶振。晶振有8MHz和32.768kHz两种,8MHz 作为定时器A的计数器输入时钟源;32.768kHz 作为数码管的显示频率。74LS373为D型锁存器,5V单电源供电,因输出电流足够大,也可以直接驱动共阴极LG3631AH型数码管。 软件设计 将分频的输出端OUT接至单片机的频率输入端,程序开始先延时一段时间,待信号稳定。开捕获中断和定时器A,在定时器A 中断中计数N个脉冲,测量结束后得到N个脉冲的时间,然后除N得到脉冲的频率,乘以分频系数得到实际频率并显示,经过短暂延时后重新测量,如此循环测量并 显示。 在测量频率时,为保证精度要关掉LED显示,所以,对于频率较低的信号会发生LED闪烁的情况,解决办法是测量较少个脉冲以减少平均测量时间或减少延时。 采用动态扫描显示,动态扫描显示的原理是:由P4向各个位轮流输出扫描信号,使每一位瞬间只有一个数码管被选通,然后由P3向该位输入显示的字型码,驱动 该位字形段显示字形。这样,在P3送出的码段和P4送出的位段的配合下,使各个数码管轮流显示各自的字形,每位的显示时间要超过1ms,这样人眼就感觉不 到闪烁了。 测量主程序如下: void frequency_measure(void) {float tmp,tmp1; key_flag=0;//按键标志清0 P1OUT|=BIT0; Delay(1000); file://延时一段时间等待信号稳定 while(1) { IE2&=~0X80; file://关BT,关LED firstflag=1;//开始测量第一个脉冲 TACTL|=TAIE; file://开捕获 CCTL1|=CCIE;//开timer a while (f_ok_flag==0);//等待测量结束 f_ok_flag=0; if (aa1>aa2) overflow=overflow-1; tmp=aa2-aa1; tmp1=40.0/(overflow*0.008191875+(tmp/8000000.0)); result=tmp1*0.256; IE2|=0X80;//开BT,开LED yanshi(2,2);//可以修改这里的参数,越大表示延时越长,太小的话LED就会变暗 CCTL1&=~CCIE;//关捕获 TACTL&=~TAIE;//关timer a return; } } 流程图如图3所示。 图3 主程序流程 结语 本文给出的硬件和软件均经过实践检验,使用该测量仪器所测结果精度较高。该测量仪器价格较低,结构简单,是一种经济型的频率测试仪。
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