杭州电子科技大学
电子系统设计综合实验
设计报告
实验名称 1 大组号 小组号
数字频率计设计 1 49
11192127
姓名学号 徐志朗 指导教师
2013 年 5 月 15 日
0
单片机课程设计
摘要
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，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 液晶显示 串口
1方案论证与比较
1.1测频基本方法和原理比较
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较高时，使用测频法比较合适。
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较低时，使用测周法比较合适。
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 滞回比较电路放大器的选择
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，价格便宜。
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放大器作为滞回比较电路的核心转换芯片。
1
单片机课程设计 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：被测信号通过滞回比较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、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\\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。
2
单片机课程设计
表2.2.1.1-1 MSP430G2553引脚及功能说明
引脚序号 1 2 3 5 6 7 8 16 20 引脚名称 VCC P1.0 P1.1 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 RST GND 功能说明 电源正 频率信号输入端 1KHz方波产生引脚 LCD片选信号端 LCD串行数据输入\\输出端 LCD串行时钟输入\\输出端 LCD串并模式选择端 复位脚 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 1 2 4 5 6 15 19 20 引脚名称 VSS VDD RS(CS) R/W(SID) E(CLK) PSB LED_A LED_K 功能说明 模块的电源地 模块的电源正端 并行指令/数据选择信号、串行片选信号 并行读写选择信号、串行的数据口 并行使能信号、串行的同步时钟 PSB并/串行接口选择：H-并行，L-串行 背光源正极 背光源负极（0V） 2.2.2滞回比较电路设计
滞回比较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，以便单片机对其进行频率测量，最后将测得的数据通过12864液晶显示。
3
单片机课程设计
滞回比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入滞回比较器。由于反馈的作用这种比较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。反相滞回比较器的电路组成如图2.2.2-1所示，如果把VI和VREF位置互换，就可以构成同相输入迟滞比较器。
图2.2.2-1 反相滞回比较器电路组成
滞回比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。对于单限比较器，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），而在此电路中引入正反馈可以克服这一缺点。
整个滞回比较电路原理图如图2.2.2-2所示。
图2.2.2-2 滞回比较电路图
OP37和R4、R8组成滞回比较器，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。
4
