一種基于單片機的交流頻率檢測系統

由圖7可以看出三級管工作在飽和狀態下 ，而工作在截至狀態下 ，起到了良好的開關特性。

TA0就直接進入單片機，R8是限流電阻防止進入單片機的電流過大。

2.2 數字電路部分的設計

系統使用的主芯片采用德州儀器公司的低功耗單片機MSP430F449。MSP430F449是MSP430系列中一個功能很強的單片機，內部采用馮.諾依曼體系，RISC指令結構，運算器寬度16位。片內集成了60KB的FLASH程序存儲器，2KB的SRAM數據存儲器，多個16位定時/捕獲/比較器，2個串行口，12位模數轉換器，JTAG程序下載、在線調試接口，看門狗定時器等。48個Ｉ/Ｏ多功能端口，其中Ｐ1口和Ｐ2口具有位中斷功能。因此該款單片機具有指令執行速度快、功能強大、外部電路簡單、功耗低、節電管理方式完善、定位于嵌入式系統應用等特點[4] [5]。

在該系統中，使用到的單片機的主要功能模塊是16位定時器A(Timer A)。其內部的脈沖捕獲器具有以下幾個特點[6]：

（1）16位計數器，4種工作模式；

（2）多種可選的計數器時鐘源，可是是慢時鐘、快時鐘以及外部時鐘；

（3）具有多個可配置輸入端的捕獲/比較寄存器，并且8種輸出模式的多個可配置的輸出單元；

（4）不僅能捕獲外部時間發生的時間，還可鎖定外部時間發生時的高低電平，給我們的設計帶來很大的方便；

（5）可以以硬件方式支持串行通信。

3 軟件設計[7] [8] [9]

軟件設計的任務主要是Timer A的初始化的設定，其軟件采用C語言編程。Timer A工作在捕獲方式時，當滿足捕獲條件（觸發方式）時，硬件自動將計數器TAR中的數據寫入捕獲/比較寄存器CCR0。圖8是系統軟件流程圖。

圖8 系統軟件流程圖

在本系統中，定時器采用連續計數模式，捕獲方式采用下降沿捕獲。系統初始化包括系統頻率fs的選擇（1MHz）、Timer A的控制寄存器的設置，需要設置的寄存器為控制寄存器TACTL和捕獲/比較控制寄存器CCTL0。Timer A中斷函數在發生捕獲時被觸發，首先計算CCR0中的值與變量LastCCR0的差值，LastCCR0是上次捕獲時記錄的寄存器CCR0的值， CCR0的初始值為0。循環五次即被觸發五次，五次的差值被保存在數組Timervalue[]中。考慮到計數器剛開始計數時信號不一定從零點開始，所以真正的計算應該從第二次觸發開始，這樣就能計算出四個脈沖周期，接著計算出平均脈沖周期，該平均周期便是所測交流信號的半周期，進而可以得出其頻率。

4 結論

文中提出了一種過零檢測電路，并按實際需要選取了相應參數的電子元件，同時利用MSP430單片機的脈沖捕獲功能實現了交流信號頻率的檢測。該系統對低頻交流信號頻率的檢測精度高、實時性強，具有一定的實際應用價值。同時本文介紹的過零檢測電路其應用更加廣泛，再利用MSP430單片機Timer A內部的捕獲/比較器的多路PWM輸出單元，便能實現一定的控制功能。

本文創新點：文中提出了一種測寬法的交流頻率檢測系統。該系統利用過零檢測、MSP430單片機的脈沖捕獲功能，較以往的頻率檢測系統直觀、精度高、實時性強。

參考文獻：

[1]馬獻果，頻率測量方法的改進，儀器儀表學報，2004.8，25(4)增刊：120-122
[2]趙戰克，單片機在移頻信號頻率檢測中的應用，微計算機信息，2004,20(2):76-77
[3] Toshiba Corporation, Semiconductor Technical Data (4N25)
[4]胡大可，MSP430系列超低功耗16位單片機原理與應用，北京航空航天大學出社，2000.6
[5]魏小龍，MSP430系列單片機接口技術及系統設計實例，北京航空航天大學出社，2002.11
[6] 梁源，MSP430單片機TIMER_A在產品設計中的應用，2001嵌入式系統及單片機國際學術交流會論文集
[7]張晞，MSP430系列單片機實用C語言程序設計，人民郵電出版社，2005.9
[8] 劉立群，基于MSP430單片機的超低功耗數據采集器設計，自動化儀表，2005.4,26(4):30-31
[9] 劉玉宏，MSP430單片機C語言和匯編語言混合編程，微計算機信息，2003,19(10):56-57