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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(jié)合新型的MSP430F449單片機(jī)，給出了一種新穎的、全自動的數(shù)顯測量射頻頻率的設(shè)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(jī) MSP430F449 采用16位RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的片內(nèi)外設(shè)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(yīng)時間小于6ps。 · 較強(qiáng)的運算能力：16位的RISC結(jié)構(gòu)，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(dá)125ns； 內(nèi)部包含硬件乘法器和大量寄存器，以及多達(dá)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(shè)：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(shè)可以很方便地構(gòu)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(fù)雜的時序控制任務(wù)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(shè)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(shè)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(jìn)行64/256分頻，當(dāng)MC pin開路時為64分頻；當(dāng)MC pin接地時為256分頻。有較高的靈敏度和較強(qiáng)的諧波抑制能力。 圖2 單片機(jī)外圍電路 工作原理 該設(shè)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(jìn)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(jī)，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(shè)計 圖1為信號的前端處理及分頻設(shè)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(jī)直接計數(shù)。 圖2為單片機(jī)外圍電路，包括復(fù)位電路，電源電路和單片機(jī)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(shè)計 將分頻的輸出端OUT接至單片機(jī)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(jié)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(guān)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(biāo)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(guān)BT，關(guān)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(jié)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(guān)捕獲 TACTL&=~TAIE;//關(guān)timer a return; } } 流程圖如圖3所示。 圖3 主程序流程 結(jié)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(jié)果精度較高。該測量儀器價格較低，結(jié)構(gòu)簡單，是一種經(jīng)濟(jì)型的頻率測試儀。 |
