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本文利用前置分頻器SAB6456A和高速數字分頻器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(dòng)的數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，具有豐富的片內外設和大容量的片內工作寄存器和存儲器，性能價(jià)格比很高。它的特點(diǎn)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(shí)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(gè)中斷源，可以任意嵌套；在8MHz時(shí)鐘驅動(dòng)下指令周期可達125ns； 內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，為存儲數據和運算提供了保證。 · 豐富的片上外設：包括看門(mén)狗定時(shí)器，基本定時(shí)器，比較器，16位定時(shí)器(TA、TB)，串口0、1，液晶顯示驅動(dòng)器，6個(gè)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(gè)較為完整的系統。另外，充分利用計數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(shí)序控制任務(wù)的完成。 ·方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境：MSP430F449是Flash型器件，片內有調試接口和電可擦寫(xiě)的Flash存儲器，可以先下載程序到Flash內，再在器件內通過(guò)軟件控制程序的運行，由JTAG接口讀取片內信息供設計師調試。這種方式不需要仿真器和編程器，調試十分方便。 前置分頻器SAB6456A SAB6456A是專(zhuān)為UHF/VHF設計的前置分頻器。內部的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MC pin開(kāi)路時(shí)為64分頻；當MC pin接地時(shí)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。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(shí)模擬信號變?yōu)榈皖l數字信號，頻率在10kHz以下；其次，分頻后的信號直接接入MSP430F449單片機，利用內部的16位定時(shí)器A來(lái)定時(shí)和計數。該定時(shí)器可分為幾個(gè)部分：計數器部分，捕獲/比較寄存器及輸出單元。其中，計數器有4種工作模式，3個(gè)捕獲/比較寄存器。利用計數器的連續計數模式和上升沿捕獲模式，在定時(shí)器中斷中計數N個(gè)脈沖信號時(shí)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(shí)現100分頻，采用兩片串聯(lián)，可實(shí)現對信號的1000分頻，經(jīng)分頻后的數字信號頻率較低，約4kHz以下，可由單片機直接計數。 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(shí)器A的計數器輸入時(shí)鐘源；32.768kHz 作為數碼管的顯示頻率。74LS373為D型鎖存器，5V單電源供電，因輸出電流足夠大，也可以直接驅動(dòng)共陰極LG3631AH型數碼管。 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(kāi)始先延時(shí)一段時(shí)間，待信號穩定。開(kāi)捕獲中斷和定時(shí)器A，在定時(shí)器A 中斷中計數N個(gè)脈沖，測量結束后得到N個(gè)脈沖的時(shí)間，然后除N得到脈沖的頻率，乘以分頻系數得到實(shí)際頻率并顯示，經(jīng)過(guò)短暫延時(shí)后重新測量，如此循環(huán)測量并顯示。 在測量頻率時(shí)，為保證精度要關(guān)掉LED顯示，所以，對于頻率較低的信號會(huì )發(fā)生LED閃爍的情況，解決辦法是測量較少個(gè)脈沖以減少平均測量時(shí)間或減少延時(shí)。 采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，動(dòng)態(tài)掃描顯示的原理是：由P4向各個(gè)位輪流輸出掃描信號，使每一位瞬間只有一個(gè)數碼管被選通，然后由P3向該位輸入顯示的字型碼，驅動(dòng)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(gè)數碼管輪流顯示各自的字形，每位的顯示時(shí)間要超過(guò)1ms，這樣人眼就感覺(jué)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(shí)一段時(shí)間等待信號穩定 while(1) { IE2&=~0X80; file://關(guān)BT，關(guān)LED firstflag=1;//開(kāi)始測量第一個(gè)脈沖 TACTL|=TAIE; file://開(kāi)捕獲 CCTL1|=CCIE;//開(kāi)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(kāi)BT,開(kāi)LED yanshi(2,2);//可以修改這里的參數，越大表示延時(shí)越長(cháng)，太小的話(huà)LED就會(huì )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 結語(yǔ) 本文給出的硬件和軟件均經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗，使用該測量?jì)x器所測結果精度較高。該測量?jì)x器價(jià)格較低，結構簡(jiǎn)單，是一種經(jīng)濟型的頻率測試儀。 |
