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基于MSP430F449的数字频率计设计
yanqin | 2009-04-17 23:43:10    阅读:1119   发布文章

  摘 要:本文主要介绍了MSP430F449单片机的性能特点,结合前置双模分频器SAB6456A和高速数字分频器74HC390的典型应用,给出了以MSP430F449为主控芯片的射频数字频率计的硬件设计和软件的主程序流程,设计出了一种全自动、数显的射频频率计。
  关键词:MSP430;捕获;射频分频;动态扫描显示技术

   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。

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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MCpin开路时为64分频;当MCpin接地时为256分频。有较高的灵敏度和较强的谐波抑制能力。

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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:
voidfrequency_measure(void)
{floattmp,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timera
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timera
return;
}
}

流程图如图3所示。

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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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