基于MSP430G2553的简易频率计

1、-. z.简易频率计学校：*工业大学目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc342766142摘要 PAGEREF _Toc342766142 h 3HYPERLINK l _Toc3427661431方案论证与比拟 PAGEREF _Toc342766143 h 3HYPERLINK l _Toc3427661441.1测频根本方法和原理比拟 PAGEREF _Toc342766144 h 3HYPERLINK l _Toc3427661451.2 处理器的方案选择论证 PAGEREF _Toc342766145 h 3HYPERLINK l _Toc34276

2、61461.3 滞回比拟电路放大器的选择 PAGEREF _Toc342766146 h 3HYPERLINK l _Toc3427661472系统设计 PAGEREF _Toc342766147 h 3HYPERLINK l _Toc3427661482.1总体设计 PAGEREF _Toc342766148 h 3HYPERLINK l _Toc3427661492.2单元电路设计 PAGEREF _Toc342766149 h 3HYPERLINK l _Toc3427661502.2.1 MSP430G2553和12864液晶引脚功能说明 PAGEREF _Toc342766150 h

3、 3HYPERLINK l _Toc342766151滞回比拟电路设计 PAGEREF _Toc342766151 h 3HYPERLINK l _Toc3427661522.2.3 显示电路设计 PAGEREF _Toc342766152 h 3HYPERLINK l _Toc3427661533软件设计 PAGEREF _Toc342766153 h 3HYPERLINK l _Toc3427661543.1 总体设计流程图 PAGEREF _Toc342766154 h 3HYPERLINK l _Toc3427661553.2 各功能子模块介绍 PAGEREF _Toc34276615

4、5 h 3HYPERLINK l _Toc3427661563.2.1 初始化模块 PAGEREF _Toc342766156 h 3HYPERLINK l _Toc3427661573.2.2 中断模块 PAGEREF _Toc342766157 h 3HYPERLINK l _Toc3427661583.2.3 显示模块 PAGEREF _Toc342766158 h 3HYPERLINK l _Toc3427661593.2.4 串口模块 PAGEREF _Toc342766159 h 3HYPERLINK l _Toc3427661604 系统测试 PAGEREF _Toc342766

5、160 h 3HYPERLINK l _Toc3427661614.1 测试430单片机自身产生1KHz方波的频率 PAGEREF _Toc342766161 h 3HYPERLINK l _Toc3427661624.2 测试由信号发生仪产生的频率 PAGEREF _Toc342766162 h 3HYPERLINK l _Toc342766163附录 PAGEREF _Toc342766163 h 3HYPERLINK l _Toc342766164附一：参考文献 PAGEREF _Toc342766164 h 3HYPERLINK l _Toc342766165附二：元器件及仪器明细表

6、PAGEREF _Toc342766165 h 3HYPERLINK l _Toc342766166附三：整体电路原理图 PAGEREF _Toc342766166 h 3HYPERLINK l _Toc342766167附四：实验设计程序 PAGEREF _Toc342766167 h 3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MSP430G2553单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

7、过LCD12864液晶串行显示。频率可测量*围在1Hz到60KHz之间。关键字：频率430单片机液晶显示串口1方案论证与比拟1.1测频根本方法和原理比拟方案一：使用测频法进展频率测量，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*围比拟高时，使用测频法比拟适宜。方案二：使用测周法进展频率测量，测周法即测试限定的脉冲个数之间的时间。当被测频率的*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，即测频法进展测量。1.2 处理器的方案选择论证本设计使用TI公司的MSP430G2553低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

8、换、16位定时器/计数器、USART接口等，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：图2.1-1硬件设计方框图电源系统由LM7805和200V转18V中心变压器

9、组成，实现对MSP430G2553核心处理芯片、LCD12864液晶显示提供所需电源。显示局部由12864液晶对频率值进展实时显示。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展实时显示。2.2单元电路设计2.2.1 MSP430G2553和12864液晶引脚功能说明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、2

10、0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片选信号端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

11、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脚串行的同步时钟。LCD12864引脚功能如表所示。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0V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

12、单片机接收的TTL信号，以便单片机对其进展频率测量，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根底上引入正反应网络，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，但抗干扰能力却大大提高。反相滞回比拟器的电路组成如图所示，如果把VI和VREF位置互换，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，则输出电压就会产生相应的抖动起伏，而

13、在此电路中引入正反应可以克制这一缺点。整个滞回比拟电路原理图如图所示。图滞回比拟电路图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展整形，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计采用12864液晶进展显示，器件实物如图所示。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 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和128个

14、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 84 行 1616 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，不管硬件电路构造或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于一样点阵的图形液晶模块。液晶的控制管脚与430单片机的连接如下列图所示。图2.2.3-2 液晶控制管脚连接图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所示。图3.1-1 系统软

15、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，其流程图如图所示。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，计数器开场计数，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中断，计算两次中断之间一个周期内的计数值，并转化为频率值。TA中断流程图如图所示。图中断流程图I/O中断流程图如图所示。图中断流程图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示字符的功能函

16、数，这样通过定时刷新液晶屏就可以显示频率值了，而且显示位置可以根据需要任意指定。3.2.4 串口模块首先将出口进展初始化，然后当定时器到达1S时，串口定时向PC机发送当前测到的频率值，串口流程图如图所示。图串口流程图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 39 3121KHz992Hz39 39 3231KHz992Hz39 39 314.2 测试由信号发生仪产生

17、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 35 555 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

18、 KHz992Hz39 39 32320 KHz19498Hz31 39 34 39 38435 KHz34268Hz33 34 32 36 38555 KHz54623Hz35 34 36 32 33表4.2-2外部接入正弦波测试结果将模拟开关断开，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 KHz54645

19、Hz35 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，且实物做工精巧，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,航空航天大学.2. 童诗白，华成英，模拟电子技术根底第四版,清华大学,2006.01.3. MSP430G2553DataSheet.4. *2*UserGuide.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MSP430G2553处理器1个USB线1根焊接板3块OP37放大器1个模拟开关1个杜邦

20、线假设干电阻假设干电容假设干附三：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LCD12864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 */unsignedintstart,end;unsigned long int F = 0;unsigned char TA_overflow;unsignedintTA_i = 0;uns

21、ignedintport_i;unsigned char tab=0123456789;unsigned char a8;unsigned char int_to_string10;unsigned char int_array10;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define CS_0 P2OUT &= BIT0 /片选为低电平#define CS_1 P2OUT |= BIT0/片选为高电平#define SID_0 P2OUT &= BIT1/串行数据输入为0#define SID_1 P2OUT |= BIT1/

22、串行数据输入为1#define SCLK_0 P2OUT &= BIT2/时钟线拉低#define SCLK_1 P2OUT |= BIT2/时钟线拉高#define PSB_0 P2OUT &= BIT3/出行输入#define LCD_DIR_OUT P2DIR |= BIT0 + BIT1 + BIT2 + BIT3/4个端口设置为输出/* 名称 : SendByte* 功能 : 发送数据* 输入 : Dbyte* 输出 : 无*/voidSendByte(ucharDbyte)uchari;LCD_DIR_OUT;for(i = 0;i 8;i+)if(Dbytei) & 0*80)S

23、ID_1;elseSID_0;SCLK_0;_delay_cycles(2);SCLK_1;/* 名称 : Write_Instruction* 功能 : 向LCD写指令* 输入 : data* 输出 : 无*/voidWrite_Instruction(uchar data)LCD_DIR_OUT;CS_1;SendByte(0*f8);SendByte(data & 0*f0);SendByte(data 4) & 0*f0);_delay_cycles(20);/* 名称 : Write_Data* 功能 :向LCD写入数据* 输入 : data* 输出 : 无*/voidWrite_D

24、ata(uchar data)LCD_DIR_OUT;CS_1;SendByte(0*fa);SendByte(data & 0*f0);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/10

25、000);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 = 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(

26、tabF%100/10);Write_Data(tabF%10);_delay_cycles(1000);else if(F = 10)Write_Data(tabF/10);Write_Data(tabF%10);_delay_cycles(1000);elseWrite_Data(tabF);_delay_cycles(1000);/* 名称 : Init_uart0* 功能 : 初始化串口* 输入 : 无* 输出 : 无*/void Init_uart0() UCA0CTL1|=UCSWRST; /UCA0软件复位 /UCA0CTL0&=UC7BIT;/字符长度为8 UCA0CTL1|=

27、UCSSEL_2;/选择系统时钟:SMCLK UCA0BR0=0*6D; /波特率为9600 UCA0BR1=0; UCA0MCTL=0;/UCA0MCTL=UCBRS0; IE2=UCA0R*IE+UCA0T*IE;/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 : Uart0Sends* 功能 : 串口发送数据* 输入 : *s* 输出 : 无*/void Uart0SendsData(char *s)while(*s!=0) UCA0T*BUF=*s; while(

28、IFG2&UCA0T*IFG)=0); /查询发送是否完毕 IFG2&=UCA0T*IFG; /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 : 无*/voidInit_In()P1DIR |= BIT6;P1DIR &= BIT3;P1IES |= BIT3;P1IE |= BIT3;P1IFG &= BIT3;_EINT();voidInit_Timer() TACCTL0 = CCIE; / CCR0 interrupt enabled TACCR0 = 1; TACTL = TASSEL_1 + MC_1 + TAIE + T

29、ACLR; /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*/voidInt_To_String(unsigned long intnow_f)int j = 0;for(j = 0; ;j+)int_arrayj = now_f % 10 + 48 ;now_f = now_f / 10;if(now_f = 0) break;inti = j ;for(i = j , j = 0; i= 0; i-,j+)int_to_stringj = int_arrayi;void main()WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; P1DIR |= BIT7; / P1.0 output P1DIR |= BIT0;if (CALBC1_1MHZ =0*FF | CALDCO_1MH