基于基于430单片机的简易频率计设计单片机的简易频率计设计
为精确测量信号的频率、周期等电参数,设计了一种以MSP430F149单片机为控制核心,外接1602显示屏的简
易频率计,可以用于测量信号的频率、周期以及方波的占空比和脉宽时间。该频率计利用单片机的定时器A捕捉
相邻上升、下降沿。通过处理对应时刻的TAR值,计算得出频率、周期等电参量,并在1602上显示。经过测
试,该系统简洁方便、功能多样,频率测量误差低于0.1%,达到设计的指标,信号频率的测量范围为1 Hz~1
MHz,可用于测量小信号,能够满足实际要求,可投入实际测量中使用。
摘摘 要要: 为精确测量信号的频率、周期等电参数,设计了一种以MSP430F149单片机为控制核心,外接1602显示屏的简易
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关键词关键词: 频率计;定时器A;TAR;小信号;电参数
0 引言引言
随着社会及现代工业的发展,精密测量出电子设备中各种信号的频率、周期等电参数已经变得越来越重要。而频率又与其
他电参数紧密相关。所以频率计的出现和使用具有十分重要的意义,其在教学、科研、仪器测量和自动控制等方面有着举足轻
重的作用[1]。
传统的频率计有诸多局限性,例如结构复杂、功耗大、不易于携带、稳定性差、成本高等,而且其单一测频性也无法满足
实际工业的需要[2]。基于此,本文作者在自己的学习经验和实际应用的基础上,设计出一款新型的频率计,这款频率计以430
单片机为核心,具有低功耗、高精度、便携式、多功能等特点,很好地弥补了传统频率计的诸多缺陷。
1 设计思路及基本原理设计思路及基本原理
在传统的频率计设计中,普遍使用脉冲数定时测频法和脉冲周期测频法。这两种方法具有简单、方便、易实现等特点,缺
点是不够精确,而且相比于测量高频信号,测量低频信号的误差较大[3]。本文作者在学习430单片机期间,感慨于430内部硬
件的丰富资源,尤以定时器为甚。在一段时间的研究与实践之后,发现430单片机的内部定时器的工作方式中,有可以捕获上
升、下降沿这一工作方式。而这种工作方式可以用来测量待测信号的频率,并且这种方法具有测量范围广和结果精确的特点。
同样是使用这一工作方式,还能得到待测信号的其他电参数(如待测信号为方波,可得到相应的占空比和脉冲宽度),从而使
频率计的功能多样化[4]。
2 硬件设计硬件设计
本文所设计的频率计是以MSP430F149单片机为控制单元,待测的单一频率信号直接进入单片机内部。单片机通过内部
定时器设置捕捉上升、下降沿的工作方式,从而在信号输入之后捕捉上升、下降沿,再读取两时刻所对应的TAR中的值,进行
处理运算之后,测量出频率等电参量,最后显示在1602上。
2.1 单片机单元电路单片机单元电路
单片机选用TI公司的MSP430F149单片机,这款单片机具有16位总线且自带Flash[5-6]。外设和内存统一编址,寻址范围
可达64 K,还可以外拓存储器,具有统一的中断管理以及丰富的片上外围模块,片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器A和
B、一个12位的A/D转换器、一个看门狗、一个比较器、一个内部DCO振荡器和两个外部时钟,支持8 MHz的时钟。同时还具
有丰富的中断源,其P1口和P2口都具有中断功能。由于为Flash型,可进行编程调试和下载,且JTAG口直接与FET相连,不
需另外仿真工具,并且该款单片机还可以在超低功耗模式下工作,可靠性能好。对其加强干电干扰,运行亦不受影响,适合工
业级运行环境。总之,在提倡低功耗的今天,430单片机的应用十分广泛[7]。
单片机单元电路如 图1所示。