网站原创【摘 要 】在电子技术中,频率是最基本的参数之一,频率的测量就显得十分重要,本设计是基于MSP430单片机的智能频率测量系统.实现0MHz～10MHz范围内无档切换的等精度测量,还有对占空比的测量.本文介绍包括了对信号的放大电路,比较整形电路,使用MSP430F149测量频率和LED显示电路四大部分.本设计是采用MSP430F149自带的CAP功能模块,设计出的一种测量简单、测量精度高相对成本低的频率测量方法.
【关键字】频率；MSP430；CAP；占空比
1.前言
在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案,测量结果都有密切的关系,因此频率测量在科技领域和实际应用中的作用一日益重要,在广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域中有广泛的应用.传统的频率计采用组合电路和时序电路等大量硬件电路构成,产品不但体积大,运行速度慢,而且在测低频信号不宜采用.本系统基于MSP430F149单片机的智能频率测量系统,具有精度高、使用方便、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等优点.
2.芯片介绍
MSP430F149是美国德仪公司推出的系列超低功耗控制器中的一种,基于真正的16位RISC CPU内核,16位总线结构,MSP430F149的电源电压工作范围1.8～3.3V,在1MHz时钟条件下,最大工作电流仅有350uA,具有五种低功耗模式,在不同的工作模式下,工作电流可下降到70～0.1uA,具有超低功耗.MSP430F149 MCU片内包括60KB闪存、2KB RAM、12位ADC、2 USART、硬件乘法器等多个高性能数据转换器接口,既能作为带有比较器的简便低功耗控制器,又能作为完整的片上系统使用.
3.设计方案
该系统不仅具有0MHz～10MHz范围内无档切换的等精度测量的基本功能,同时还能测量占空比.主要由信号采集模块、信号处理模块、MCU微控模块、电源模块4部分组成,辅以人机接口（主要有独立式键盘模块和数码显示模块）.单片机对采集到的信号加以处理以及控制人机接口的键盘和显示模块.显示模块主要显示频率和占空比,键盘模块主要用于频率测量和占空比测量之间的切换.
4.硬件设计
系统由信号放大、信号整形、捕捉计数和显示几大部分构成,放大部分采用OP27放大器模块,它将低失调和漂移与高速和低噪声结合在一起,这使得OP27供精密的仪表应用是很理想的.整形部分采用LM311比较整形模块,它是一种常见的线性比较器,广泛用于比较及整形电路中.捕捉计数部分则采用MSP430F149捕捉计数模块,运用了Timer_A的捕捉和比较单元中的捕捉模式,当捕捉/比较控制寄存器的CAP等于1选择捕捉模式.显示部分用LED显示,其硬件结构简单、软件编程方便、低廉的特点.
5.软件设计
软件的主要工作是整形电路送至单片机的信号的处理以及LED数码管的显示.Timer_A是一个16位的定时/计数器,拥有3个捕捉/比较寄存器,信号频率的测量就是利用MSP430F149内部自带的这个捕捉模块来测量的,此处的中断是判断两次捕捉时间差信号是否为捕捉事件,若是则计算两次捕捉时间差信号即测得了其频率,若不是则返回,MSP430F149单片机的P12作为捕捉信号的输入端,测量该信号的频率,其软件流程图如图2.
6.系统调试
（1）电源部分的调试：因为电源对一个系统是最关键的,如果电源不稳定,系统不能正常工作.
（2）集成运放应用电路的调试：在调试中应注意以下问题,否则会损坏器件.
1>电源接地端应良好接地.
2>应在切断电源情况下更换元器件.
3>线性应用电路在加信号前应先进行调零和消振.
将函数信号发生器的信号输入到OP27的输入端,同时将双踪示波器的X输入端接到运放的输入端,Y输入接到运放的输出端,观察两个波形,看其放大倍数是否符合要求.
（3）比较整形电路的调试：将OP27放大电路输出的模拟信号加入到LM311的输入端,比较器动态调试时,将函数信号发生器的信号输入到OP27的输入端,同时将双踪示波器的X输入接到OP27的输入端,将Y输入接到比较器的输出端,观察波形.
（4）显示模块的调试：调试数码管显示的数码与模式选择的对应情况.
（5）总体调试：完成以上4个步骤后,把它们连接起来,总体调试,直到完成任务为止.
7.总结
经过不断的努力,系统成功的达到设计的要求,此仪器所测结果精度较高,并且较低,结构简单,运行稳定,控制简单,易于维修等,是一款经济型的频率测试仪.