摘  要： 本文主要介紹了MSP430F449單片機(jī)的性能特點(diǎn)，結(jié)合前置雙模分頻器SAB6456A和高速數(shù)字分頻器74HC390的典型應(yīng)用，給出了以MSP430F449為主控芯片的射頻數(shù)字頻率計(jì)的硬件設(shè)計(jì)和軟件的主程序流程，設(shè)計(jì)出了一種全自動(dòng)、數(shù)顯的射頻頻率計(jì)。

    本文利用前置分頻器SAB6456A和高速數(shù)字分頻器74HC390的分頻功能，結(jié)合新型的MSP430F449單片機(jī)，給出了一種新穎的、全自動(dòng)的數(shù)顯測(cè)量射頻頻率的設(shè)計(jì)方案。

圖1 信號(hào)的前端處理及分頻電路

主要器件介紹
MSP430F449單片機(jī)
    MSP430F449 采用16位RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的片內(nèi)外設(shè)和大容量的片內(nèi)工作寄存器和存儲(chǔ)器，性能價(jià)格比很高。它的特點(diǎn)包括：

· 超低的功耗：能夠在1.8V~ 3.6V的電壓下工作；具有工作模式(AM)和5種低功耗模式(LPM)。在低功耗模式下，CPU可以被中斷喚醒，響應(yīng)時(shí)間小于6ps。

· 較強(qiáng)的運(yùn)算能力：16位的RISC結(jié)構(gòu)，豐富的尋址方式；具有16個(gè)中斷源，可以任意嵌套；在8MHz時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下指令周期可達(dá)125ns； 內(nèi)部包含硬件乘法器和大量寄存器，以及多達(dá)64KB的Flash程序空間和2KB的RAM，為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)算提供了保證。

· 豐富的片上外設(shè)：包括看門狗定時(shí)器，基本定時(shí)器，比較器，16位定時(shí)器(TA、TB)，串口0、1，液晶顯示驅(qū)動(dòng)器，6個(gè)8位的I／O端口，12位ADC (最高采樣率200kHz)等。豐富的片上外設(shè)可以很方便地構(gòu)建一個(gè)較為完整的系統(tǒng)。另外，充分利用計(jì)數(shù)器的多路任意波形產(chǎn)生功能和中斷控制功能，保證了一些復(fù)雜的時(shí)序控制任務(wù)的完成。

·方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境：MSP430F449是Flash型器件，片內(nèi)有調(diào)試接口和電可擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器，可以先下載程序到Flash內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)師調(diào)試。這種方式不需要仿真器和編程器，調(diào)試十分方便。

前置分頻器SAB6456A
    SAB6456A是專為UHF/VHF設(shè)計(jì)的前置分頻器。內(nèi)部的MCpin為分頻控制端，可對(duì)頻率范圍為70MHz-1GHz的信號(hào)進(jìn)行64/256分頻，當(dāng)MC pin開(kāi)路時(shí)為64分頻；當(dāng)MC pin接地時(shí)為256分頻。有較高的靈敏度和較強(qiáng)的諧波抑制能力。

圖2 單片機(jī)外圍電路

工作原理
    該設(shè)計(jì)主要分兩部分：分頻和計(jì)數(shù)。首先，輸入信號(hào)限幅后經(jīng)SAB6456A分頻，256分頻后的信號(hào)再經(jīng)兩片74HC390高速分頻器進(jìn)行1000分頻，此時(shí)模擬信號(hào)變?yōu)榈皖l數(shù)字信號(hào)，頻率在10kHz以下；其次，分頻后的信號(hào)直接接入MSP430F449單片機(jī)，利用內(nèi)部的16位定時(shí)器A來(lái)定時(shí)和計(jì)數(shù)。該定時(shí)器可分為幾個(gè)部分：計(jì)數(shù)器部分，捕獲/比較寄存器及輸出單元。其中，計(jì)數(shù)器有4種工作模式，3個(gè)捕獲/比較寄存器。利用計(jì)數(shù)器的連續(xù)計(jì)數(shù)模式和上升沿捕獲模式，在定時(shí)器中斷中計(jì)數(shù)N個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)間，再除N得到頻率。
硬件設(shè)計(jì)
    圖1為信號(hào)的前端處理及分頻設(shè)計(jì)。輸出后的信號(hào)再經(jīng)兩片SN74HC390分頻，SN74HC390是高速分頻器件，最高分頻頻率為50MHz。每片SN74HC390可實(shí)現(xiàn)100分頻，采用兩片串聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的1000分頻，經(jīng)分頻后的數(shù)字信號(hào)頻率較低，約4kHz以下，可由單片機(jī)直接計(jì)數(shù)。

    圖2為單片機(jī)外圍電路，包括復(fù)位電路，電源電路和單片機(jī)工作必須的晶振。晶振有8MHz和32.768kHz兩種，8MHz 作為定時(shí)器A的計(jì)數(shù)器輸入時(shí)鐘源；32.768kHz 作為數(shù)碼管的顯示頻率。74LS373為D型鎖存器，5V單電源供電，因輸出電流足夠大，也可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極LG3631AH型數(shù)碼管。
軟件設(shè)計(jì)
    將分頻的輸出端OUT接至單片機(jī)的頻率輸入端，程序開(kāi)始先延時(shí)一段時(shí)間，待信號(hào)穩(wěn)定。開(kāi)捕獲中斷和定時(shí)器A，在定時(shí)器A 中斷中計(jì)數(shù)N個(gè)脈沖，測(cè)量結(jié)束后得到N個(gè)脈沖的時(shí)間，然后除N得到脈沖的頻率，乘以分頻系數(shù)得到實(shí)際頻率并顯示，經(jīng)過(guò)短暫延時(shí)后重新測(cè)量，如此循環(huán)測(cè)量并顯示。

    在測(cè)量頻率時(shí)，為保證精度要關(guān)掉LED顯示，所以，對(duì)于頻率較低的信號(hào)會(huì)發(fā)生LED閃爍的情況，解決辦法是測(cè)量較少個(gè)脈沖以減少平均測(cè)量時(shí)間或減少延時(shí)。

    采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，動(dòng)態(tài)掃描顯示的原理是：由P4向各個(gè)位輪流輸出掃描信號(hào)，使每一位瞬間只有一個(gè)數(shù)碼管被選通，然后由P3向該位輸入顯示的字型碼，驅(qū)動(dòng)該位字形段顯示字形。這樣，在P3送出的碼段和P4送出的位段的配合下，使各個(gè)數(shù)碼管輪流顯示各自的字形，每位的顯示時(shí)間要超過(guò)1ms，這樣人眼就感覺(jué)不到閃爍了。

測(cè)量主程序如下：
void frequency_measure(void)
{float tmp,tmp1;
key_flag=0;//按鍵標(biāo)志清0
P1OUT|=BIT0;
Delay(1000); file://延時(shí)一段時(shí)間等待信號(hào)穩(wěn)定
while(1)
{ IE2&=~0X80;  file://關(guān)BT，關(guān)LED
firstflag=1;//開(kāi)始測(cè)量第一個(gè)脈沖
TACTL|=TAIE; file://開(kāi)捕獲
CCTL1|=CCIE;//開(kāi)timer a
while (f_ok_flag==0);//等待測(cè)量結(jié)束
f_ok_flag=0;
if (aa1>aa2)
overflow=overflow-1;
tmp=aa2-aa1;
tmp1=40.0/(overflow*0.008191875+(tmp/8000000.0));
result=tmp1*0.256;
IE2|=0X80;//開(kāi)BT,開(kāi)LED
yanshi(2,2);//可以修改這里的參數(shù)，越大表示延時(shí)越長(zhǎng)，太小的話LED就會(huì)變暗
CCTL1&=~CCIE;//關(guān)捕獲
TACTL&=~TAIE;//關(guān)timer a
return;
}
}

流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程
結(jié)語(yǔ)
    本文給出的硬件和軟件均經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，使用該測(cè)量?jī)x器所測(cè)結(jié)果精度較高。該測(cè)量?jī)x器價(jià)格較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一種經(jīng)濟(jì)型的頻率測(cè)試儀。