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摘 要： 本文主要介紹了MSP430F449單片機的性能特點，結合前置雙模分頻器SAB6456A和高速數(shù)字分頻器74HC390的典型應用，給出了以MSP430F449為主控芯片的射頻數(shù)字頻率計的硬件設計和軟件的主程序流程，設計出了一種全自動、數(shù)顯的射頻頻率計。
關鍵詞：MSP430；捕獲；射頻分頻；動態(tài)掃描顯示技術
本文利用前置分頻器SAB6456A和高速數(shù)字分頻器74HC390的分頻功能，結合新型的MSP430F449單片機，給出了一種新穎的、全自動的數(shù)顯測量射頻頻率的設計方案。
圖1 信號的前端處理及分頻電路
主要器件介紹
MSP430F449單片機
MSP430F449 采用16位RISC結構，具有豐富的片內(nèi)外設和大容量的片內(nèi)工作寄存器和存儲器，性能價格比很高。它的特點包括：
· 超低的功耗：能夠在1.8V~ 3.6V的電壓下工作；具有工作模式(AM)和5種低功耗模式(LPM)。在低功耗模式下，CPU可以被中斷喚醒，響應時間小于6ps。
· 較強的運算能力：16位的RISC結構，豐富的尋址方式；具有16個中斷源，可以任意嵌套；在8MHz時鐘驅(qū)動下指令周期可達125ns； 內(nèi)部包含硬件乘法器和大量寄存器，以及多達64KB的Flash程序空間和2KB的RAM，為存儲數(shù)據(jù)和運算提供了保證。
· 豐富的片上外設：包括看門狗定時器，基本定時器，比較器，16位定時器(TA、TB)，串口0、1，液晶顯示驅(qū)動器，6個8位的I／O端口，12位ADC (最高采樣率200kHz)等。豐富的片上外設可以很方便地構建一個較為完整的系統(tǒng)。另外，充分利用計數(shù)器的多路任意波形產(chǎn)生功能和中斷控制功能，保證了一些復雜的時序控制任務的完成。
·方便高效的開發(fā)環(huán)境：MSP430F449是Flash型器件，片內(nèi)有調(diào)試接口和電可擦寫的Flash存儲器，可以先下載程序到Flash內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設計師調(diào)試。這種方式不需要仿真器和編程器，調(diào)試十分方便。
前置分頻器SAB6456A
SAB6456A是專為UHF/VHF設計的前置分頻器。內(nèi)部的MCpin為分頻控制端，可對頻率范圍為70MHz-1GHz的信號進行64/256分頻，當MC pin開路時為64分頻；當MC pin接地時為256分頻。有較高的靈敏度和較強的諧波抑制能力。
圖2 單片機外圍電路
工作原理
該設計主要分兩部分：分頻和計數(shù)。首先，輸入信號限幅后經(jīng)SAB6456A分頻，256分頻后的信號再經(jīng)兩片74HC390高速分頻器進行1000分頻，此時模擬信號變?yōu)榈皖l數(shù)字信號，頻率在10kHz以下；其次，分頻后的信號直接接入MSP430F449單片機，利用內(nèi)部的16位定時器A來定時和計數(shù)。該定時器可分為幾個部分：計數(shù)器部分，捕獲/比較寄存器及輸出單元。其中，計數(shù)器有4種工作模式，3個捕獲/比較寄存器。利用計數(shù)器的連續(xù)計數(shù)模式和上升沿捕獲模式，在定時器中斷中計數(shù)N個脈沖信號時間，再除N得到頻率。
硬件設計
圖1為信號的前端處理及分頻設計。輸出后的信號再經(jīng)兩片SN74HC390分頻，SN74HC390是高速分頻器件，最高分頻頻率為50MHz。每片SN74HC390可實現(xiàn)100分頻，采用兩片串聯(lián)，可實現(xiàn)對信號的1000分頻，經(jīng)分頻后的數(shù)字信號頻率較低，約4kHz以下，可由單片機直接計數(shù)。
圖2為單片機外圍電路，包括復位電路，電源電路和單片機工作必須的晶振。晶振有8MHz和32.768kHz兩種，8MHz 作為定時器A的計數(shù)器輸入時鐘源；32.768kHz 作為數(shù)碼管的顯示頻率。74LS373為D型鎖存器，5V單電源供電，因輸出電流足夠大，也可以直接驅(qū)動共陰極LG3631AH型數(shù)碼管。
軟件設計
將分頻的輸出端OUT接至單片機的頻率輸入端，程序開始先延時一段時間，待信號穩(wěn)定。開捕獲中斷和定時器A，在定時器A 中斷中計數(shù)N個脈沖，測量結束后得到N個脈沖的時間，然后除N得到脈沖的頻率，乘以分頻系數(shù)得到實際頻率并顯示，經(jīng)過短暫延時后重新測量，如此循環(huán)測量并顯示。
在測量頻率時，為保證精度要關掉LED顯示，所以，對于頻率較低的信號會發(fā)生LED閃爍的情況，解決辦法是測量較少個脈沖以減少平均測量時間或減少延時。
采用動態(tài)掃描顯示，動態(tài)掃描顯示的原理是：由P4向各個位輪流輸出掃描信號，使每一位瞬間只有一個數(shù)碼管被選通，然后由P3向該位輸入顯示的字型碼，驅(qū)動該位字形段顯示字形。這樣，在P3送出的碼段和P4送出的位段的配合下，使各個數(shù)碼管輪流顯示各自的字形，每位的顯示時間要超過1ms，這樣人眼就感覺不到閃爍了。
測量主程序如下：
void frequency_measure(void)
{float tmp,tmp1;
key_flag=0;//按鍵標志清0
P1OUT|=BIT0;
Delay(1000); file://延時一段時間等待信號穩(wěn)定
while(1)
{ IE2&=~0X80; file://關BT，關LED
firstflag=1;//開始測量第一個脈沖
TACTL|=TAIE; file://開捕獲
CCTL1|=CCIE;//開timer a
while (f_ok_flag==0);//等待測量結束
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;//開BT,開LED
yanshi(2,2);//可以修改這里的參數(shù)，越大表示延時越長，太小的話LED就會變暗
CCTL1&=~CCIE;//關捕獲
TACTL&=~TAIE;//關timer a
return;
}
}
流程圖如圖3所示。
圖3 主程序流程
結語
本文給出的硬件和軟件均經(jīng)過實踐檢驗，使用該測量儀器所測結果精度較高。該測量儀器價格較低，結構簡單，是一種經(jīng)濟型的頻率測試儀。 |
66821730(技術支持)
