基于MSP430G2553的简易频率计

1、简易频率计学校：天津工业大学目录摘要 31方案论证与比拟 31.1 测频根本方法和原理比拟 31.2 处理器的方案选择论证 31.3 滞回比拟电路放大器的选择 32系统设计 42.1 总体设计 42.2 单元电路设计 42.2.1 MSP430G2553和12864液晶引脚功能说明 42.2.2 滞回比拟电路设计 52.2.3 显示电路设计 73软件设计 83.1 总体设计流程图 83.2 各功能子*II块介绍 83.2.1 初始化模块 83.2.2 中断模块 93.2.3 显示模块 103.2.4 串口模块 104系统测试 114.1 测试430单片机自身产生1KHz方波的频率 114.2

2、测试由信号发生仪产生的频率 114.3 12附一：参考文献 12附二：元器件及仪器明细表 12附三：整体电路原理图 13附四：实验设计程序 15摘要在电子技术中,频率是最根本的参数之一,数字频率计具有精度高、使用方便、测量迅 速、以及便于实现测量过程自动化等优点,是近代电子技术领域的重要工具之一,在许多领域得到广泛应用.本系统以超低功耗MSP430G255弹片机为核心处理芯片来测量信号的频率,通过定时器 A采用计数法完成信号频率测量,并将被测频率值通过LCD12864液晶串行显示.频率可测量范围在1Hz到60KHz之间.关键字：频率430单片机液晶显不 串口1方案论证与比拟1.1 测频根本方法

3、和原理比拟方案一：使用 测频法进行频率测量,测频法即在限定的时间内如 1s检测脉冲的个 数.当被测频率的范围比拟高时,使用测频法比拟适宜.方案二：使用测周法进行频率测量,测周法即测试限定的脉冲个数之间的时间.当被测频率的范围比拟低时,使用测周法比拟适宜.考虑到较高的测试频率,在此使用方案二,即 测频法进行测量.1.2 处理器的方案选择论证本设计使用TI公司的MSP430G2553氐功耗单片机为主控芯片,该单片机的 I/O接口较 少,但内部资源丰富,如含有 10位AD转换、16位定时器/计数器、USAR俄口等,处理功 能强大,足以胜任此次设计任务.1.3 滞回比拟电路放大器的选择方案一：使用TI

4、公司的OP37放大器,该放大器对信号转换速率快且稳定,适用于对高频信号的转换,但价格较高.方案二：使用普通的LM324放大器,该放大器对信号转换速率慢,适用于对低频信号的转换,价格廉价.考虑到三角波和正弦波在频率较高时转化为方波时对放大器的转化速率要求较高,在此使用方案一,即使用 TI公司的OP37放大器作为滞回比拟电路的核心转换芯片.2系统设计2.1 总体设计系统硬件设计方案如图2.1-1所示:串口鞭图2.1-1硬件设计方框图电源系统由LM7805和200V转士 18V中央变压器组成, 实现对MSP430G255骇心处理芯片、LCD12864液晶显示提供所需电源.显示局部由12864液晶对频

5、率值进行实时显示.软件设计局部包括单片机的I/O中断和定时中断,以及液晶的驱动和显示.该设计由硬件和软件共同实现了频率计的功能,整体设计过程可概括为：被测信号通过滞回比拟电路整形为适合单片机接收的脉冲信号方波输入单片机,单片机通过I/O中断和定时器共同获得被测信号的频率并通过液晶对频率进行实时显示.2.2 单元电路设计2.2.1 MSP430G2553和12864液晶弓|脚功能说明2.2.1.1 MSP430G2553 引脚功能说明本次设计需要用到 430单片机的1脚电源、16脚复位端、20脚接地端、配置 P1.0 口为待测信号输入端,P2.0为LCD片选信号端,P2.1为LCD串行数据输入

6、输出端,P2.2为LCD串行时钟输入输出端,P2.3为LCD串并模式选择端,如表2.2.1.1-1 所示.表2.2.1.1-1 MSP430G2553 引脚及功能说明引脚序号引脚名称功能说明1VCC电源正2P1.0频率信号输入端3P1.11KHz方波产生引脚5P2.0LCD片选佶号端6P2.1LCD串行数据输入输出端7P2.2LCD串行时钟输入输出端8P2.3LCD串并模式选择端16RST复位脚20GND电源地2.2.1.2 LCD12864 引脚功能说明LCD12864液晶显示屏用到1、2脚,电源接口线,19、20脚背光电源接口线,15脚并行/串 行接口选择,5脚串行数据口, 6脚串行的同步

7、时钟.LCD12864引脚功能如表2.2.1.2-2 所 示.表2.2.1.2-2 LCD12864 引脚功能说明引脚序号引脚名称功能说明1VSS模块的电源地2VDD模块的电源正端4RS(CS)并行指令/数据选择信号、串行片选信号5R/W(SID)并行读写选择信号、串行的数据口6E(CLK)并行使能信号、串行的同步时钟15PSBPSB并/串行接口选择：H-并行,L-串行19LED_A背光源正极20LED_K背光源负极0V2.2.2 滞回比拟电路设计滞回比拟电路将输入信号波形转化为脉冲信号,另外波形变换和波形整形电路实现把正弦波样的正负交替的信号波形变换成可被单片机接收的TTL信号,以便单片机对

8、其进行频率测量,最后将测得的数据通过12864液晶显示.滞回比拟器是一个具有迟滞回环传输特性的比拟器.在反相输入单门限电压比拟器的基础上引入正反应网络,就组成了具有双门限值的反相输入滞回比拟器.由于反应的作用这种比拟器的门限电压是随输出电压的变化而变化的.它的灵敏度低一些,但抗干扰水平却大大提升.反相滞回比拟器的电路组成如图2.2.2-1所示,如果把VI和VREFB置互换,就可以构成同相输入迟滞比拟器.图2.2.2-1 反相滞回比拟器电路组成滞回比拟器又可理解为加正反应的单限比拟器.对于单限比拟器,如果输入信号在门限值附近有微小的干扰,那么输出电压就会产生相应的抖动起伏,而在此电路中引入正反应

9、可以克服这一缺点.整个滞回比拟电路原理图如图222-2 所示.图2.2.2-2 滞回比拟电路图OP37和R4 R8组成滞回比拟器,对被测信号转化为脉冲信号,二极管实现对脉冲信号进行整形,滤去负电平局部,变成可被单片机接收的TTL信号,输入到单片机,以实现频率测量.2.2.3 显示电路设计该频率1t采用12864液晶进行显示,器件实物如图 2.2.3-1所示.图2.2.3-1 12864液晶显示器实物图12864液晶显示器是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128 X64,内置8192个16*16点汉字,和

10、128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简 单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面.可以显示8X4行16 X 16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点.由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比,不管硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块.液晶的限制管脚与430单片机的连接如下列图 2.2.3-2所示.图2.2.3-2 液晶限制管脚连接图3软件设计3.1 总体设计流程图系统软件设计包括测量初始化模块、显示模块、定时器中断效劳模块、I/O中断模块.系统软件整体流程图如图 3.1-1

11、所示.开始初始化程序后动定时端和I/O中断I 计数tt数值it算为频率并显示和串口发送图3.1-1系统软件整体设计流程图3.2 各功能子模块介绍3.2.1 初始化模块设备初始化包括关闭看门狗,I/O 口输入/输出功能的配置,时钟初始化,端口初始化以及液晶初始化,开总中断,其流程图如图3.2.1-1所示.PQOGNSSm 上电关看门狗1一 配置时钟二配置I/.口 J 配置定时嚣二LCD和串口初始化 初始化结束 J3.2.1-1系统初始化流程图3.2.2 中断模块首先开启定时溢出中断和I/O中断,再翻开总中断,计数器开始计数,当计数溢出时进入溢出中断,且溢出次数加1,当有上升沿到来时,进入 I/O

12、中断,计算两次中断之间一所示.个周期内的计数值,并转化为频率值.TA中断流程图如图3.2.2-1迸入T A溢出中断CTA OverFlow +中断返回I/O中断流程图如图 3.2.2-2 所示.进入I/.中断中断计数值i + +计算时同tirn.且TA OverFlow= 0中断返回图3.2.2-2 I/O中断流程图3.2.3 显示模块首先根据12864液晶的时序图写出液晶驱动函数,并调用驱动函数完成在指定位置处显而且显示位置可以根据示字符的功能函数,这样通过定时刷新液晶屏就可以显示频率值了,需要任意指定.3.2.4 用口模块首先将出口进行初始化, 然后当定时器到达1S时,串口定时向PC机发送

13、当前测到的频率值,串口流程图如图 3.2.4-1所示.C串口发送数据等待工与间隔到串口发送频率到上位机图3.2.4-1 串口流程图4系统测试4.1 测试430单片机自身产生1KHz方波的频率将模拟开关闭合,使 430单片机自身产生的1KHz的方波接入被测信号接口,测试结果如表4.1-1 .表4.1-1 430单片机自身产生方波测试结果次数实际频率测试频率串口发送频率ASCII 码11KHz991Hz39 393121KHz992Hz39 393231KHz992Hz39 39314.2 测试由信号发生仪产生的频率将模拟开关断开,使信号发生仪产生方波接入被测信号接口,测试结果如表 4.2-1.表

14、4.2-1外部接入方波测试结果：次数实际频率测试频率串口发送频率ASCII码1100Hz98 Hz39 3821KHz991 Hz39 39 31320KHz19526 Hz31 39 35 32 36435 KHz34125Hz33 34 31 32 35555 KHz54655 Hz35 34 36 35 35将模拟开关断开,使信号发生仪产生 正弦波接入被测信号接口,测试结果如表4.2-2.表4.2-2外部接入正弦波测试结果：次数实际频率测试频率串口发送频率ASCII码1100Hz97Hz39 3721 KHz992Hz39 39 32320 KHz19498Hz31 39 34 39 3

15、8435 KHz34268Hz33 34 32 36 38555 KHz54623Hz35 34 36 32 33将模拟开关断开,使信号发生仪产生三角波接入被测信号接口,测试结果如表4.2-3.表4.2-3外部接入三角波测试结果次数实际频率测试频率串口发送频率ASCII码1100Hz97Hz39 3721 KHz991 Hz39 39 31320 KHz19544Hz31 39 35 34 34435 KHz34368Hz33 34 33 36 38555 KHz54645Hz35 34 36 34 35从以上实测数据看, 本设计很好地完成了设计题目中的各项要求,具有优良的性能, 且实物做工精

16、美,这说明本设计是比拟成功的.附录附一：参考文献1 .胡大可,MSP430超低功耗16位单片机原理与应用,北京航空航天大学出版社2 .童诗白,华成英,模拟电子技术根底第四版,清华大学出版社,2006.01.3 . MSP430G2553DataSheet.4 . X2XXUserGuide.5 . Op37DataSheet.附二：元器件及仪器明细表LanchPad430 开发板1块电源模块1个12864液晶屏1个MSP430G255处理器1个USB线1根焊接板3块OP37 放 f1个模拟开关1个杜邦线八电阻电容附三：设计原理图图附三-1为单片机最小系统.附三-1单片机最小系统:图附三-2为L

17、CD12864液晶显示电路.附三-2 LCD12864液晶显示电路:图附三-3为滞回比拟电路.附三-3滞回比拟电路A图附三-4为模拟开关.附三-4模拟开关附四：整体事物图附五：实验设计程序/* 头文件* /#include#include stdio.h/* 全局变量的定义和宏定义* /unsigned int start,end;unsigned long int F = 0;unsigned char TA_overflow;unsigned int TA_i = 0;unsigned int port_i;unsigned char tab尸0123456789;unsigned cha

18、r a8;unsigned char int_to_string10;unsigned char int_array10;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define CS_0 P2OUT &= -BIT0 /#define CS_1 P2OUT |= BIT0#define SID_0 P2OUT &= -BIT1#define SID_1 P2OUT |= BIT1#define SCLK_0 P2OUT &= -BIT2#define SCLK_1 P2OUT |= BIT2#define PSB_0 P2OUT

19、&= BIT3片选为低电平/片选为高电平/串行数据输入为0/串行数据输入为1/时钟线拉低/时钟线拉高/出行输入#define LCD_DIR_OUT P2DIR |= BIT0 + BIT1 + BIT2 + BIT3/4出个端口设置为输/* 名称：SendByte* 功能：发送数据* 输入：Dbyte* 输出：无*/void SendByte(uchar Dbyte)uchar i;LCD_DIR_OUT;for(i = 0;i 8;i+)if(Dbyte i) & 0x80) SID_1; elseSID_0;SCLK_0;_delay_cycles(2); SCLK_1;/* 名称：Wr

20、ite_Instruction* 功能：向LCD写指令* 输入：data* 输出：无*/void Write_Instruction(uchar data)LCD_DIR_OUT;CS_1;SendByte(0xf8);SendByte(data & 0xf0);SendByte(data 4) & 0xf0);_delay_cycles(20);,* 名称：Write_Data* 功能：向LCD写入数据* 输入：data* 输出：无*void Write_Data(uchar data)(LCD_DIR_OUT;CS_1;SendByte(0xfa);SendByte(data & 0xf0

21、);SendByte(data = 100000) (Write_Data(tabF/100000);Write_Data(tabF%100000/10000);Write_Data(tabF%10000/1000);Write_Data(tabF%1000/100);Write_Data(tabF%100/10);Write_Data(tabF%10);_delay_cycles(1000);else if(F = 10000) (Write_Data(tabF/10000);Write_Data(tabF%10000/1000);Write_Data(tabF%1000/100);Writ

22、e_Data(tabF%100/10);Write_Data(tabF%10);_delay_cycles(1000);else if(F = 1000)(Write_Data(tabF/1000);Write_Data(tabF%1000/100);Write_Data(tabF%100/10);Write_Data(tabF%10);_delay_cycles(1000);else if(F = 100)(Write_Data(tabF/100);Write_Data(tabF%100/10);Write_Data(tabF%10);_delay_cycles(1000);else if(

23、F = 10)Write_Data(tabF/10);Write_Data(tabF%10);_delay_cycles(1000); else Write_Data(tabF);_delay_cycles(1000);名称 功能 输入 输出/*Init_uart0初始化串口无无*/void Init_uart0()UCA0CTL1|=UCSWRST; /UCA0 软件复位 /UCA0CTL0&=UC7BIT;/ 字符长度为 8 UCA0CTL1|=UCSSEL_2; 选择系统时钟：SMCLK UCA0BR0=0x6D; 波特率为 9600 UCA0BR1=0;UCA0MCTL=0;/UCA0

24、MCTL=UCBRS0;IE2=UCA0RXIE+UCA0TXIE;/ 开接收使能 UCA0CTL1&=UCSWRST;P1SEL|=BIT1+BIT2; 将 P1.1 P1.2 设为第二功能 P1SEL2|=BIT1+BIT2;名称 功能 输入 输出/*Uart0Sends串口发送数据*s无*/void Uart0SendsData(char *s) while(*s!=0)UCA0TXBUF=*s;while(IFG2&UCA0TXIFG)=0); 查询发送是否结束IFG2&=UCA0TXIFG; 去除发送一标志位s+;,* 名称：Init_In* 功能：初始化外部终端* 输入：无* 输出

25、：无*void Init_In()(P1DIR |= BIT6;P1DIR &= BIT3;P1IES |= BIT3;P1IE |= BIT3;P1IFG &= BIT3;_EINT();TACCTL0 = CCIE;void Init_Timer()/ CCR0 interrupt enabledTACCR0 = 1;TACTL = TASSEL_1 + MC_1 + TAIE + TACLR; /up mode,* 名称：Int_To_String* 功能：将一个int型数据转换为String型* 输入：now_f*输出：无*void Int_To_String(unsigned lon

26、g int now_f) (int j = 0;for(j = 0; ;j+) (int_arrayj = now_f % 10 + 48 ;now_f = now_f / 10;if(now_f = 0) break;)int i = j ;for(i = j , j = 0; i = 0; i-,j+) int_to_stringj = int_arrayi;) ) void main() WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;P1DIR |= BIT7;/ P1.0 outputP1DIR |= BIT0;if (CALBC1_1MHZ =0xFF | CALDCO_1MHZ = 0xFF)while(1);/ If calibration constantserased/ do not load, trap CPU!)/1MhzBCSCTL1 = CALB