基于MSP430单片机的高精度数字频率计设计

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1、ELECTRONICSWORLD・技术交流基于MSP430单片机的高精度数字频率计设计中南大学物理与电子学院李联炳马晓婷【摘要】在电路设计中，频率是一个常被使用的量，目前很多示波器也增加了测频功能，但市场上鲜有体积小、精度高的数字频率计。基于MSP430F425单片机，设计出了一款体积小且精度高的多功能数字频率计，可完成对信号频率、周期、脉宽、占空比的测量。整个系统主要由放大整形、数据处理、LCD显示三部分组成。在低频段，系统采用“周期法”测频，在高频段则采用“闸门法”，测频相对误差低至0.006%。同时，为适应不同的应用场合，提出了一种测频精度可调的系统。【关键词】MSP430F425；高精

2、度；测频High-precisiondigitalfrequencymeterdesignbasedonMSP430microcontrollerLILian-bingMAXiao-ting（SchoolofPhysicsandElectronics,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China）Abstract：Incircuitdesign,frequencyisacommonlyusedquantity,sofarinthemarket，therearemanyoscilloscopeswiththefrequencymeasurementfun

3、ction,butwecanseldomseedigitalfrequencymeterinthemarket.BasedonMSP430F425microcontroller,thedesignisdevisedwithsmallvolume,highprecisionandmulti-functiondigitalfrequencymeter,anditcanbeusedinthemeasurementofsignalfrequency,period,pulsewidth，anddutycycle.Thewholesystemmainlyconsistsofvoltageamplifyan

4、dwaveformshaping,dataprocessing,andLCDdisplay.Atlowfrequencyband,thesystemusesthe"periodmethod"frequencymeasurement，whileathighfrequencyband，itusesthe"gatemethod",withwhichtherelativefrequencymeasurementerrorcanbecontrolledbelow0.006%.Inordertoadapttodifferentapplications,wealsoproposedanadjustablef

5、requencymeasurementaccuracysystem.Keywords：MSP430F425；High-precision；Frequencymeasurement周期、脉宽、占空比的切换显示以及“闸门”信号的时长设置。引言MSP430系列单片机是TI公司推出的一系列优秀的混合型微处理器产品，全系列的MSP430单片机都带有一个16位的定时器，可用于精确定时、计数。相比STC51系列单片机，MSP430系列单片机的定时器还具有多个捕获/比较模块，在无需CPU干预的情况下，能自动根据触发条件捕获定时器的计数值，或自动产生各种波形。图1数字频率计系统组成在电路设计中，频率是一个常被使

6、用的量，目前很多示波器也增加了测频功能，但市场上鲜有体积小、精度高的数字频率计。利用MSP430F425单片机内部的定时器，本文系统地阐述了基于MSP430系列单片机的测频原理，并设计出了一个精度可调的大范围频率测量系统。1.测频原理在被测信号频率较高（MHz级别）时，MSP430单片机用Timer_A定时器或BasicTimer定时器进行1s的精确定时，并在此期间对被测图2波形变换电路原理图方波信号的脉冲个数进行计数，所得的结果即为被测信号的频率。此2.1硬件设计外，还可以通过增加“闸门”的开放时间来提高测频精度。但在被测1）放大整形模块信号频率较低时，特别是在1KHz以下，该方法便不可行。

7、例如，要放大电路是将微弱信号放大，可用VCA810等增益可调放大器实测量50Hz的方波信号时，要实现0.01Hz的测频精度，需要产生100s的现。而整形电路是将正弦信号整成单片机所要求的脉冲信号的电路，“闸门”信号，这样长的测量时间在实际应用中是不可行的。该部分可用高速比较器LM311设计成滞回比较器，后接两个反相器，针对这一问题，在被测信号频率较低（几十赫兹至几千赫兹）最后连接一个3.3V的稳压