基于MSP430G2231实现的频率计(王云)

1MSP430G2系列Launchpad作品开发实例教程实例名称：基于MSP430G2231实现的频率计作者：王云制作单位：西安电子科技大学测控工程与仪器系MSP430单片机联合实验室制作时间：2011年12月第一章概述1.MSP430G2系列Launchpad开发板概述LaunchPad具有集成的DIP目标插座，可支持多达20个引脚，从而使MSP430ValueLine器件能够简便地插入LaunchPad电路板中。此外，其还可提供板上Flash仿真工具，以直接连接至PC轻松进行编程、调试和评估。MSP-EXP430G2采用IAREmbeddedWorkbench集成开发环境(IDE)或CodeComposerStudio(CCS)编写、下载和调试应用。调试器是非侵入式的，这使用户能够借助可用的硬件断点和单步操作全速运行应用，而不耗用任何其他硬件资源。23MSP430G2系列Launchpad开发板实物图MSP-EXP430G2LaunchPad特性:•USB调试与编程接口无需驱动即可安装使用，且具备高达9600波特的UART串行通信速度•支持所有采用PDIP14或PDIP20封装的MSP430G2xx和MSP430F20xx器件•分别连接至绿光和红光LED的两个通用数字I/O引脚可提供视觉反馈45•两个按钮可实现用户反馈和芯片复位•器件引脚可通过插座引出，既可以方便的用于调试，也可用来添加定制的扩展板•高质量的20引脚DIP插座，可轻松简便地插入目标器件或将其移除2.设计的思路及原理本设计以MSP430G2231作为核心，采用了其内部的16位定时/计数器以及信号调理电路和液晶显示器共同实现对被测信号的频率进行测量及显示。测频法：在限定的时间内（如1s）检测脉冲的个数。测周法：测试限定的脉冲个数之间的时间。67测频法适于测高频信号，测周法适于测低频信号，由于该设计受外部信号调理电路一些器件频响特性的影响，适于测低频信号，所以采用测周法。该频率计可以实现对低频信号的精确测量，并通过LCD12864液晶显示出频率值。3.硬件总体设计方框图9电源系统由LM1117_3.3组成，实现对MSP430G2231作为核心处理芯片，LCD12864液晶显示提供所需电源。显示部分由12864液晶对频率值进行实时显示。软件设计部分包括单片机的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：被测信号通过调理电路整形为适合单片机接收的脉冲信号输入单片机，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。第二章硬件系统设计2.1MSP430G2231介绍10G2231的内部结构图11MSP430G2231引脚图被测信号经信号调理电路整形后输出到单片机的I/O口（P1.5管脚），利用单片机的定时中断和I/O中断实现对输入信号的频率测量。2.2各单元电路介绍1.电源部分电源部分由外部电路提供，经过LM1117-3.3稳压芯片将5V电压转化为3.3V，给单片机提供电源，使其正常工作。1213电源电路图142.信号调理电路信号调理部分主要采用迟滞比较，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，以便单片机对其进行频率测量，最后将测得的数据通过液晶显示。15信号调理电路图LM358和R4、R8组成迟滞比较器，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，滤去负电平部分，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。LM358需要-5v的负电源，由7660S产生，其电路连接图如下所示16173.显示电路该频率计采用12864液晶进行显示，器件实物如下图所示。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，可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，该作品采用12864液晶串行方式显示。其串行接口管脚信号如表1所示。表1串行接口管脚信号18因为从单片机输出的信号电平为3.3V，不能满足液晶的驱动电压，所以需要将3.3V转化为5V，其转化电路如图所示。19单片机与液晶的连接如图所示202.3系统原理图及元器件清单整体设计原理图如下所示2122原理图所对应的元器件清单如下表所示232.4PCB板设计顶层设计如图1底层设计如图2图1顶层设计图图2底层设计图242.5硬件安装调试说明及注意事项焊接过程中注意先焊电源部分，然后测试，如果有5V和3.3V电压产生，说明焊接正确，接着焊其它部分，并且焊好每一部分都要测试，确保焊接正确。焊接时按照电源=调理电路=显示的顺序逐步焊接，每焊接完一个部分，检查各部分电源和地是否短路、引脚有无虚焊或互相断路。焊好的板子如图所示25将Launchpad开发板的单片机引脚通过排针与PCB板上的相应引脚连接起来，同时将液晶的控制引脚与PCB板上相应引脚通过排线连接起来，连接过程中注意引脚的对应关系，连接好之后，仔细检查，防止出错。系统连接实物照片如图2.13所示。262.6作品功能演示27第三章系统软件设计283.1软件设计流程图系统软件设计包括测量初始化模块、显示模块、信号频率测量模块、定时器中断服务模块、I/O中断模块。系统软件整体流程图如图3.1所示。系统软件设计流程图293.2各功能模块子程序介绍1.初始化模块设备初始化包括关闭看门狗，时钟初始化，端口初始化以及液晶初始化。初始化系统流程图30初始化程序如下：voidConfigWDT()//关闭看门狗{WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;}voidConfigClocks()//配置时钟{BCSCTL1=CALBC1_1MHZ;//SetrangeDCOCTL=CALDCO_1MHZ;//SetDCOstep+modulationBCSCTL3|=LFXT1S_0;//LFXT1=VLOIFG1&=~OFIFG;//ClearOSCFaultflagBCSCTL2|=SELM_0+DIVM_0+DIVS_0;//MCLK=DCO,SMCLK=DCO}voidConfigPort()//设置端口{P1DIR&=~BIT(5);//P1.5设为输入P1IES&=~BIT(5);//P1.5设为第二功能P1IE|=BIT(5);//开启I/O中断}voidConfigTimer()//设置定时器{TACTL=TASSEL_1+MC_2+TAIE+TACLR+ID_0;//TA基准时钟为32768HZ、}连续计数模式、无分频、开启定时中断312.中断模块首先开启定时溢出中断和I/O中断，再打开总中断，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，当频率较大时，计数值较小，产生的误差大，所以利用多个周期的计数值，最后再取均值，这样得到的频率值就比较精确，本设计采用100个周期的计数值。32//I/O中断程序#pragmavector=PORT1_VECTOR__interruptvoidP1_ISR(void){staticunsignedinti=0;//I/O中断计数值if(P1IFG&BIT(5))i++;if(i=100)//计数100次{i=0;Period=(((unsignedlongint)TA_OverflowCnt)16)+TAR;//获得100个周期内的时钟个数TA_OverflowCnt=0;TACTL|=TACLR;//定时清零}P1IFG=0;}I/O中断流程图33//Timer_A中断程序#pragmavector=TIMERA1_VECTOR__interruptvoidTimer_A(void){switch(TAIV)//TA中断方式选择{case2:break;case4:break;case10:TA_OverflowCnt++;//溢出中断计数加1break;}}TA中断流程图343.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。3.3软件调试本设计使用C语言作为控制语言，在CCS环境下进行调试，调试的时候可以分功能模块进行。分为LCD显示模块，计数模块和中断模块。编译过程如下：1.在CCS下编写完程序后，执行编译（Build）2.编译通过，执行Debug3.调试，可在线查看变量和寄存器的值35第四章总结1.本次设计频率计的性能指标总结如下：能够测量正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等周期性信号的频率能直接用十进制数字显示测得的频率，结果保留一位小数频率测量范围：10HZ~5KHZ输入信号幅度范围为：0.5~5V36372.发挥部分通过改善调理电路元器件的频响特性，扩展频率的测量范围提高电路的抗干扰能力，使测量误差0.1%测量并显示周期脉冲信号的占空比测量任意周期信号的频率38致谢：美国德州仪器半导体技术（上海）公司西安电子科技大学机电工程学院联系方式：029-8820311739谢谢大家！！