一种基于单片机的交流频率检测系统

由图7可以看出三级管工作在饱和状态下 ，而工作在截至状态下 ，起到了良好的开关特性。

TA0就直接进入单片机，R8是限流电阻防止进入单片机的电流过大。

2.2 数字电路部分的设计

系统使用的主芯片采用德州仪器公司的低功耗单片机MSP430F449。MSP430F449是MSP430系列中一个功能很强的单片机，内部采用冯.诺依曼体系，RISC指令结构，运算器宽度16位。片内集成了60KB的FLASH程序存储器，2KB的SRAM数据存储器，多个16位定时/捕获/比较器，2个串行口，12位模数转换器，JTAG程序下载、在线调试接口，看门狗定时器等。48个Ｉ/Ｏ多功能端口，其中Ｐ1口和Ｐ2口具有位中断功能。因此该款单片机具有指令执行速度快、功能强大、外部电路简单、功耗低、节电管理方式完善、定位于嵌入式系统应用等特点[4] [5]。

在该系统中，使用到的单片机的主要功能模块是16位定时器A(Timer A)。其内部的脉冲捕获器具有以下几个特点[6]：

（1）16位计数器，4种工作模式；

（2）多种可选的计数器时钟源，可是是慢时钟、快时钟以及外部时钟；

（3）具有多个可配置输入端的捕获/比较寄存器，并且8种输出模式的多个可配置的输出单元；

（4）不仅能捕获外部时间发生的时间，还可锁定外部时间发生时的高低电平，给我们的设计带来很大的方便；

（5）可以以硬件方式支持串行通信。

3 软件设计[7] [8] [9]

软件设计的任务主要是Timer A的初始化的设定，其软件采用C语言编程。Timer A工作在捕获方式时，当满足捕获条件（触发方式）时，硬件自动将计数器TAR中的数据写入捕获/比较寄存器CCR0。图8是系统软件流程图。

图8 系统软件流程图

在本系统中，定时器采用连续计数模式，捕获方式采用下降沿捕获。系统初始化包括系统频率fs的选择（1MHz）、Timer A的控制寄存器的设置，需要设置的寄存器为控制寄存器TACTL和捕获/比较控制寄存器CCTL0。Timer A中断函数在发生捕获时被触发，首先计算CCR0中的值与变量LastCCR0的差值，LastCCR0是上次捕获时记录的寄存器CCR0的值， CCR0的初始值为0。循环五次即被触发五次，五次的差值被保存在数组Timervalue[]中。考虑到计数器刚开始计数时信号不一定从零点开始，所以真正的计算应该从第二次触发开始，这样就能计算出四个脉冲周期，接着计算出平均脉冲周期，该平均周期便是所测交流信号的半周期，进而可以得出其频率。

4 结论

文中提出了一种过零检测电路，并按实际需要选取了相应参数的电子元件，同时利用MSP430单片机的脉冲捕获功能实现了交流信号频率的检测。该系统对低频交流信号频率的检测精度高、实时性强，具有一定的实际应用价值。同时本文介绍的过零检测电路其应用更加广泛，再利用MSP430单片机Timer A内部的捕获/比较器的多路PWM输出单元，便能实现一定的控制功能。

本文创新点：文中提出了一种测宽法的交流频率检测系统。该系统利用过零检测、MSP430单片机的脉冲捕获功能，较以往的频率检测系统直观、精度高、实时性强。

参考文献：

[1]马献果，频率测量方法的改进，仪器仪表学报，2004.8，25(4)增刊：120-122
[2]赵战克，单片机在移频信号频率检测中的应用，微计算机信息，2004,20(2):76-77
[3] Toshiba Corporation, Semiconductor Technical Data (4N25)
[4]胡大可，MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用，北京航空航天大学出社，2000.6
[5]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，北京航空航天大学出社，2002.11
[6] 梁源，MSP430单片机TIMER_A在产品设计中的应用，2001嵌入式系统及单片机国际学术交流会论文集
[7]张晞，MSP430系列单片机实用C语言程序设计，人民邮电出版社，2005.9
[8] 刘立群，基于MSP430单片机的超低功耗数据采集器设计，自动化仪表，2005.4,26(4):30-31
[9] 刘玉宏，MSP430单片机C语言和汇编语言混合编程，微计算机信息，2003,19(10):56-57