基于MSP430G2553的簡(jiǎn)易頻率計(jì)

1、簡(jiǎn)易頻率計(jì)學(xué)校：天津工業(yè)大學(xué)目錄摘要 31方案論證與比擬 31.1 測(cè)頻根本方法和原理比擬 31.2 處理器的方案選擇論證 31.3 滯回比擬電路放大器的選擇 32系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42.1 總體設(shè)計(jì) 42.2 單元電路設(shè)計(jì) 42.2.1 MSP430G2553和12864液晶引腳功能說(shuō)明 42.2.2 滯回比擬電路設(shè)計(jì) 52.2.3 顯示電路設(shè)計(jì) 73軟件設(shè)計(jì) 83.1 總體設(shè)計(jì)流程圖 83.2 各功能子*II塊介紹 83.2.1 初始化模塊 83.2.2 中斷模塊 93.2.3 顯示模塊 103.2.4 串口模塊 104系統(tǒng)測(cè)試 114.1 測(cè)試430單片機(jī)自身產(chǎn)生1KHz方波的頻率 114.2

2、測(cè)試由信號(hào)發(fā)生儀產(chǎn)生的頻率 114.3 12附一：參考文獻(xiàn) 12附二：元器件及儀器明細(xì)表 12附三：整體電路原理圖 13附四：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序 15摘要在電子技術(shù)中,頻率是最根本的參數(shù)之一,數(shù)字頻率計(jì)具有精度高、使用方便、測(cè)量迅 速、以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),是近代電子技術(shù)領(lǐng)域的重要工具之一,在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.本系統(tǒng)以超低功耗MSP430G255彈片機(jī)為核心處理芯片來(lái)測(cè)量信號(hào)的頻率,通過(guò)定時(shí)器 A采用計(jì)數(shù)法完成信號(hào)頻率測(cè)量,并將被測(cè)頻率值通過(guò)LCD12864液晶串行顯示.頻率可測(cè)量范圍在1Hz到60KHz之間.關(guān)鍵字：頻率430單片機(jī)液晶顯不 串口1方案論證與比擬1.1 測(cè)頻根本方法

3、和原理比擬方案一：使用 測(cè)頻法進(jìn)行頻率測(cè)量,測(cè)頻法即在限定的時(shí)間內(nèi)如 1s檢測(cè)脈沖的個(gè) 數(shù).當(dāng)被測(cè)頻率的范圍比擬高時(shí),使用測(cè)頻法比擬適宜.方案二：使用測(cè)周法進(jìn)行頻率測(cè)量,測(cè)周法即測(cè)試限定的脈沖個(gè)數(shù)之間的時(shí)間.當(dāng)被測(cè)頻率的范圍比擬低時(shí),使用測(cè)周法比擬適宜.考慮到較高的測(cè)試頻率,在此使用方案二,即 測(cè)頻法進(jìn)行測(cè)量.1.2 處理器的方案選擇論證本設(shè)計(jì)使用TI公司的MSP430G2553氐功耗單片機(jī)為主控芯片,該單片機(jī)的 I/O接口較 少,但內(nèi)部資源豐富,如含有 10位AD轉(zhuǎn)換、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、USAR俄口等,處理功 能強(qiáng)大,足以勝任此次設(shè)計(jì)任務(wù).1.3 滯回比擬電路放大器的選擇方案一：使用TI

4、公司的OP37放大器,該放大器對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換速率快且穩(wěn)定,適用于對(duì)高頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換,但價(jià)格較高.方案二：使用普通的LM324放大器,該放大器對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換速率慢,適用于對(duì)低頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換,價(jià)格廉價(jià).考慮到三角波和正弦波在頻率較高時(shí)轉(zhuǎn)化為方波時(shí)對(duì)放大器的轉(zhuǎn)化速率要求較高,在此使用方案一,即使用 TI公司的OP37放大器作為滯回比擬電路的核心轉(zhuǎn)換芯片.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案如圖2.1-1所示:串口鞭圖2.1-1硬件設(shè)計(jì)方框圖電源系統(tǒng)由LM7805和200V轉(zhuǎn)士 18V中央變壓器組成, 實(shí)現(xiàn)對(duì)MSP430G255駭心處理芯片、LCD12864液晶顯示提供所需電源.顯示局部由12864液晶對(duì)頻

5、率值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示.軟件設(shè)計(jì)局部包括單片機(jī)的I/O中斷和定時(shí)中斷,以及液晶的驅(qū)動(dòng)和顯示.該設(shè)計(jì)由硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)了頻率計(jì)的功能,整體設(shè)計(jì)過(guò)程可概括為：被測(cè)信號(hào)通過(guò)滯回比擬電路整形為適合單片機(jī)接收的脈沖信號(hào)方波輸入單片機(jī),單片機(jī)通過(guò)I/O中斷和定時(shí)器共同獲得被測(cè)信號(hào)的頻率并通過(guò)液晶對(duì)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示.2.2 單元電路設(shè)計(jì)2.2.1 MSP430G2553和12864液晶弓|腳功能說(shuō)明2.2.1.1 MSP430G2553 引腳功能說(shuō)明本次設(shè)計(jì)需要用到 430單片機(jī)的1腳電源、16腳復(fù)位端、20腳接地端、配置 P1.0 口為待測(cè)信號(hào)輸入端,P2.0為L(zhǎng)CD片選信號(hào)端,P2.1為L(zhǎng)CD串行數(shù)據(jù)輸入

6、輸出端,P2.2為L(zhǎng)CD串行時(shí)鐘輸入輸出端,P2.3為L(zhǎng)CD串并模式選擇端,如表2.2.1.1-1 所示.表2.2.1.1-1 MSP430G2553 引腳及功能說(shuō)明引腳序號(hào)引腳名稱(chēng)功能說(shuō)明1VCC電源正2P1.0頻率信號(hào)輸入端3P1.11KHz方波產(chǎn)生引腳5P2.0LCD片選佶號(hào)端6P2.1LCD串行數(shù)據(jù)輸入輸出端7P2.2LCD串行時(shí)鐘輸入輸出端8P2.3LCD串并模式選擇端16RST復(fù)位腳20GND電源地2.2.1.2 LCD12864 引腳功能說(shuō)明LCD12864液晶顯示屏用到1、2腳,電源接口線,19、20腳背光電源接口線,15腳并行/串 行接口選擇,5腳串行數(shù)據(jù)口, 6腳串行的同步

7、時(shí)鐘.LCD12864引腳功能如表2.2.1.2-2 所 示.表2.2.1.2-2 LCD12864 引腳功能說(shuō)明引腳序號(hào)引腳名稱(chēng)功能說(shuō)明1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端4RS(CS)并行指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)、串行片選信號(hào)5R/W(SID)并行讀寫(xiě)選擇信號(hào)、串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)并行使能信號(hào)、串行的同步時(shí)鐘15PSBPSB并/串行接口選擇：H-并行,L-串行19LED_A背光源正極20LED_K背光源負(fù)極0V2.2.2 滯回比擬電路設(shè)計(jì)滯回比擬電路將輸入信號(hào)波形轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào),另外波形變換和波形整形電路實(shí)現(xiàn)把正弦波樣的正負(fù)交替的信號(hào)波形變換成可被單片機(jī)接收的TTL信號(hào),以便單片機(jī)對(duì)

8、其進(jìn)行頻率測(cè)量,最后將測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)12864液晶顯示.滯回比擬器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比擬器.在反相輸入單門(mén)限電壓比擬器的基礎(chǔ)上引入正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò),就組成了具有雙門(mén)限值的反相輸入滯回比擬器.由于反應(yīng)的作用這種比擬器的門(mén)限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的.它的靈敏度低一些,但抗干擾水平卻大大提升.反相滯回比擬器的電路組成如圖2.2.2-1所示,如果把VI和VREFB置互換,就可以構(gòu)成同相輸入遲滯比擬器.圖2.2.2-1 反相滯回比擬器電路組成滯回比擬器又可理解為加正反應(yīng)的單限比擬器.對(duì)于單限比擬器,如果輸入信號(hào)在門(mén)限值附近有微小的干擾,那么輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)起伏,而在此電路中引入正反應(yīng)

9、可以克服這一缺點(diǎn).整個(gè)滯回比擬電路原理圖如圖222-2 所示.圖2.2.2-2 滯回比擬電路圖OP37和R4 R8組成滯回比擬器,對(duì)被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào),二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行整形,濾去負(fù)電平局部,變成可被單片機(jī)接收的TTL信號(hào),輸入到單片機(jī),以實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量.2.2.3 顯示電路設(shè)計(jì)該頻率1t采用12864液晶進(jìn)行顯示,器件實(shí)物如圖 2.2.3-1所示.圖2.2.3-1 12864液晶顯示器實(shí)物圖12864液晶顯示器是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式,內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128 X64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字,和

10、128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn) 單、方便的操作指令,可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面.可以顯示8X4行16 X 16點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn).由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比,不管硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多,且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊.液晶的限制管腳與430單片機(jī)的連接如下列圖 2.2.3-2所示.圖2.2.3-2 液晶限制管腳連接圖3軟件設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括測(cè)量初始化模塊、顯示模塊、定時(shí)器中斷效勞模塊、I/O中斷模塊.系統(tǒng)軟件整體流程圖如圖 3.1-1

11、所示.開(kāi)始初始化程序后動(dòng)定時(shí)端和I/O中斷I 計(jì)數(shù)tt數(shù)值it算為頻率并顯示和串口發(fā)送圖3.1-1系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)流程圖3.2 各功能子模塊介紹3.2.1 初始化模塊設(shè)備初始化包括關(guān)閉看門(mén)狗,I/O 口輸入/輸出功能的配置,時(shí)鐘初始化,端口初始化以及液晶初始化,開(kāi)總中斷,其流程圖如圖3.2.1-1所示.PQOGNSSm 上電關(guān)看門(mén)狗1一 配置時(shí)鐘二配置I/.口 J 配置定時(shí)囂二LCD和串口初始化 初始化結(jié)束 J3.2.1-1系統(tǒng)初始化流程圖3.2.2 中斷模塊首先開(kāi)啟定時(shí)溢出中斷和I/O中斷,再翻開(kāi)總中斷,計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)進(jìn)入溢出中斷,且溢出次數(shù)加1,當(dāng)有上升沿到來(lái)時(shí),進(jìn)入 I/O

12、中斷,計(jì)算兩次中斷之間一所示.個(gè)周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值,并轉(zhuǎn)化為頻率值.TA中斷流程圖如圖3.2.2-1迸入T A溢出中斷CTA OverFlow +中斷返回I/O中斷流程圖如圖 3.2.2-2 所示.進(jìn)入I/.中斷中斷計(jì)數(shù)值i + +計(jì)算時(shí)同tirn.且TA OverFlow= 0中斷返回圖3.2.2-2 I/O中斷流程圖3.2.3 顯示模塊首先根據(jù)12864液晶的時(shí)序圖寫(xiě)出液晶驅(qū)動(dòng)函數(shù),并調(diào)用驅(qū)動(dòng)函數(shù)完成在指定位置處顯而且顯示位置可以根據(jù)示字符的功能函數(shù),這樣通過(guò)定時(shí)刷新液晶屏就可以顯示頻率值了,需要任意指定.3.2.4 用口模塊首先將出口進(jìn)行初始化, 然后當(dāng)定時(shí)器到達(dá)1S時(shí),串口定時(shí)向PC機(jī)發(fā)送

13、當(dāng)前測(cè)到的頻率值,串口流程圖如圖 3.2.4-1所示.C串口發(fā)送數(shù)據(jù)等待工與間隔到串口發(fā)送頻率到上位機(jī)圖3.2.4-1 串口流程圖4系統(tǒng)測(cè)試4.1 測(cè)試430單片機(jī)自身產(chǎn)生1KHz方波的頻率將模擬開(kāi)關(guān)閉合,使 430單片機(jī)自身產(chǎn)生的1KHz的方波接入被測(cè)信號(hào)接口,測(cè)試結(jié)果如表4.1-1 .表4.1-1 430單片機(jī)自身產(chǎn)生方波測(cè)試結(jié)果次數(shù)實(shí)際頻率測(cè)試頻率串口發(fā)送頻率ASCII 碼11KHz991Hz39 393121KHz992Hz39 393231KHz992Hz39 39314.2 測(cè)試由信號(hào)發(fā)生儀產(chǎn)生的頻率將模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi),使信號(hào)發(fā)生儀產(chǎn)生方波接入被測(cè)信號(hào)接口,測(cè)試結(jié)果如表 4.2-1.表

14、4.2-1外部接入方波測(cè)試結(jié)果：次數(shù)實(shí)際頻率測(cè)試頻率串口發(fā)送頻率ASCII碼1100Hz98 Hz39 3821KHz991 Hz39 39 31320KHz19526 Hz31 39 35 32 36435 KHz34125Hz33 34 31 32 35555 KHz54655 Hz35 34 36 35 35將模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi),使信號(hào)發(fā)生儀產(chǎn)生 正弦波接入被測(cè)信號(hào)接口,測(cè)試結(jié)果如表4.2-2.表4.2-2外部接入正弦波測(cè)試結(jié)果：次數(shù)實(shí)際頻率測(cè)試頻率串口發(fā)送頻率ASCII碼1100Hz97Hz39 3721 KHz992Hz39 39 32320 KHz19498Hz31 39 34 39 3

15、8435 KHz34268Hz33 34 32 36 38555 KHz54623Hz35 34 36 32 33將模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi),使信號(hào)發(fā)生儀產(chǎn)生三角波接入被測(cè)信號(hào)接口,測(cè)試結(jié)果如表4.2-3.表4.2-3外部接入三角波測(cè)試結(jié)果次數(shù)實(shí)際頻率測(cè)試頻率串口發(fā)送頻率ASCII碼1100Hz97Hz39 3721 KHz991 Hz39 39 31320 KHz19544Hz31 39 35 34 34435 KHz34368Hz33 34 33 36 38555 KHz54645Hz35 34 36 34 35從以上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)看, 本設(shè)計(jì)很好地完成了設(shè)計(jì)題目中的各項(xiàng)要求,具有優(yōu)良的性能, 且實(shí)物做工精

16、美,這說(shuō)明本設(shè)計(jì)是比擬成功的.附錄附一：參考文獻(xiàn)1 .胡大可,MSP430超低功耗16位單片機(jī)原理與應(yīng)用,北京航空航天大學(xué)出版社2 .童詩(shī)白,華成英,模擬電子技術(shù)根底第四版,清華大學(xué)出版社,2006.01.3 . MSP430G2553DataSheet.4 . X2XXUserGuide.5 . Op37DataSheet.附二：元器件及儀器明細(xì)表LanchPad430 開(kāi)發(fā)板1塊電源模塊1個(gè)12864液晶屏1個(gè)MSP430G255處理器1個(gè)USB線1根焊接板3塊OP37 放 f1個(gè)模擬開(kāi)關(guān)1個(gè)杜邦線八電阻電容附三：設(shè)計(jì)原理圖圖附三-1為單片機(jī)最小系統(tǒng).附三-1單片機(jī)最小系統(tǒng):圖附三-2為L(zhǎng)

17、CD12864液晶顯示電路.附三-2 LCD12864液晶顯示電路:圖附三-3為滯回比擬電路.附三-3滯回比擬電路A圖附三-4為模擬開(kāi)關(guān).附三-4模擬開(kāi)關(guān)附四：整體事物圖附五：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序/* 頭文件* /#include#include stdio.h/* 全局變量的定義和宏定義* /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片選為低電平/片選為高電平/串行數(shù)據(jù)輸入為0/串行數(shù)據(jù)輸入為1/時(shí)鐘線拉低/時(shí)鐘線拉高/出行輸入#define LCD_DIR_OUT P2DIR |= BIT0 + BIT1 + BIT2 + BIT3/4出個(gè)端口設(shè)置為輸/* 名稱(chēng)：SendByte* 功能：發(fā)送數(shù)據(jù)* 輸入：Dbyte* 輸出：無(wú)*/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;/* 名稱(chēng)：Wr

20、ite_Instruction* 功能：向LCD寫(xiě)指令* 輸入：data* 輸出：無(wú)*/void Write_Instruction(uchar data)LCD_DIR_OUT;CS_1;SendByte(0xf8);SendByte(data & 0xf0);SendByte(data 4) & 0xf0);_delay_cycles(20);,* 名稱(chēng)：Write_Data* 功能：向LCD寫(xiě)入數(shù)據(jù)* 輸入：data* 輸出：無(wú)*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);名稱(chēng) 功能 輸入 輸出/*Init_uart0初始化串口無(wú)無(wú)*/void Init_uart0()UCA0CTL1|=UCSWRST; /UCA0 軟件復(fù)位 /UCA0CTL0&=UC7BIT;/ 字符長(zhǎng)度為 8 UCA0CTL1|=UCSSEL_2; 選擇系統(tǒng)時(shí)鐘：SMCLK UCA0BR0=0x6D; 波特率為 9600 UCA0BR1=0;UCA0MCTL=0;/UCA0

24、MCTL=UCBRS0;IE2=UCA0RXIE+UCA0TXIE;/ 開(kāi)接收使能 UCA0CTL1&=UCSWRST;P1SEL|=BIT1+BIT2; 將 P1.1 P1.2 設(shè)為第二功能 P1SEL2|=BIT1+BIT2;名稱(chēng) 功能 輸入 輸出/*Uart0Sends串口發(fā)送數(shù)據(jù)*s無(wú)*/void Uart0SendsData(char *s) while(*s!=0)UCA0TXBUF=*s;while(IFG2&UCA0TXIFG)=0); 查詢(xún)發(fā)送是否結(jié)束IFG2&=UCA0TXIFG; 去除發(fā)送一標(biāo)志位s+;,* 名稱(chēng)：Init_In* 功能：初始化外部終端* 輸入：無(wú)* 輸出

25、：無(wú)*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,* 名稱(chēng)：Int_To_String* 功能：將一個(gè)int型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為String型* 輸入：now_f*輸出：無(wú)*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