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微控制器应用及系统设计课程设计报告南京理工大学20012 年 4 月目录1 引言 (2)2 系统总体设计 (2)2.1系统组成结构和工作原理 (2)2.2系统工作流程 (3)3 系统硬件设计 (5)3.14位独立式按键电路设计 (5)3.2七段共阴极LED数码管电路设计 (6)3.31602LCD电路设计 (7)3.4ADC转换电路设计 (7)3.58位流水灯电路设计 (8)4 系统软件设计 (8)4.1ADC转换实现从题库中随机选题程序设计 (8)4.2LCD显示程序设计 (10)4.3按键实现确认键值程序设计 (13)4.4七段共阴极LED数码管实现显示题号、分数程序设计 (13)4.58位流水灯实现状态指示和流水灯效果程序设计 (13)4.6P1端口中断实现选难度、选答案程序设计 (14)4.7T IMER_A中断实现游戏结束画面程序设计 (14)5 调试过程中遇到的问题及解决方法 (14)6 结论与心得体会 (15)7 参考文献 (16)8 代码1 引言从上世纪80年代开始，随着MCU技术的成熟与大众生活的娱乐化，家庭游戏机开始风靡全球。
市场上最开始出现的是任天堂公司的8位游戏机FC（FamilyComputer），随着MCU技术更加蓬勃的发展，功能越来越强大的MCU投入到游戏机的生产中，到目前为止，功能最强大的游戏机例如PS3（PlayStation3）已经是采用”Cell”处理器的256位游戏机了。
此次我们将设计一个迷你游戏机，设计采用TI公司的MSP430F149超低功耗单片机，面向人群为刚接触算术运算的小学生，其实现的功能为：让玩家依据题目选择选项，如“1+1 A=1 B=2”，此时我们选择B=2。
根据不同的对象选择不同的题库，如十以内的加减法、一百以内的加减法、九九乘法表、一千以内的乘除法等等。
此游戏机结合学习、游戏为一体，让玩家可以在玩游戏的同时巩固最基本的算术运算。
由于条件和时间的限制，我们此次只做了一个比较精简的版本。
基于MSP43０F1４９的数据器设计摘要：以MSP430F１4９单片机为核心，设计一种双串行通信的电能表自动抄收系统的器,给出器的硬件结构框架与软件设计方案.器通过三种通信方式实现主机与电表抄表器的数据通信. 概述目前大量存在的人工抄表的方法已远不能适应管理的需要,并由此带来的线损率的增高也必然影响电力行业的.线损率较高的主要原因之一就是抄表、计算和管理手段的落后，管理损耗增大。
如果采用电能表自动抄收系统,不仅可以大大提高电网运行的可靠性，而且可以充分利用现有设备的能力，降低劳动强度。
该系统主要由电表抄表器（数据采集）、数据器（数据传输）和主机（数据处理）三大部分组成。
本文主要设计其中数据器部分。
通常电表采用的有红外通信、ＲＳ485通信或无线射频通信三种通信方式，而普通的电表抄表器一般只带有上述三种通信接口的其中一种通信接口。
为了能适用于常见的这三种电表抄表器，方便有效地把抄表器的数据传输到主机,数据器集成了这三种通信接口,完全收系统通过该数据器可以实现主机与电表抄表器的数据交换,是一个多通道计算机数据传输系统，结构原理1所示.后三个通道模块通过一个多路转换器与单片机ＭSP430串行通信，而MSP4３0F149通过RS２３2通信模块与主机进行数据通信。
XX1 单片机接口设计XX本设计采用的MSP430Ｆ149单片机属于**仪器MSP430系列.MSP430系列是一组超低功耗的微控制器，由多种针对不同应用目标而以不同模块组成的型号组成。
微控制器设计成可使用电池长期工作，电源电压范围1。
８～3．6V。
MＳＰ4３0F１49有60KB的Ｆ**h和2KB的ＲＡＭ。
其中F**h又分为120段主存储器（每段5１２B）和两段信息存储器(每段12８Ｂ）。
F**h可以整个擦除也可以分段擦除，这给系统的软硬件设计带来了极大的便利和灵活。
鉴于单片机存储器的容量和特点，外部不用扩展存储器和Ｉ/O口，设备得到了简化.XXMSP４3０F149的工作电压是３。
发出左/右履带行走信号给变频器1和变频器2,同时S7-300PLC的数字量输出模块将左/右履带正/反向信号发出给S7-200PLC。
此时,变频器将其频率信号更新发回至S7-300PLC,并将变频器运行/故障信号发出给S7-200PLC。
S7-200 PLC的数字量输入模块接收到左/右履带正/反向与变频器运行/故障信号后,通过其数字量输出模块发出控制信号,令履带行走电动机M1、M2实现正/反转,并将变频器运行/故障信号发送到S7-300 PLC的数字量输入模块。
另外,S7-200PLC还将其它开关量参数通过通信电缆上传给S7-300 PLC,而S7-300PLC发出相应控制信号给S7-200PLC和变频器,并采用大屏幕液晶屏作为人机交互界面,实时反映连续采煤机的行走状态。
4 结语2008年5月初到8月底,基于S7-300PLC的EM L340型连续采煤机电控系统在中国神华煤炭股份公司神东煤炭分公司大柳塔矿进行了为期4个月的井下工业性试验。
试验期间克服了地质变化的影响,实现总进尺4300m,其中班最高进尺为35m,日最高进尺为64m,月最高进尺为1246m。
井下工业性试验结果表明该机型各项参数的设定是合理的,整机性能稳定,具有较强的适应能力,可以满足生产现场的要求,没有发生由于电气故障而造成停机的现象。
参考文献:[1] 王 虹.我国短壁机械化开采技术与装备的发展前景[C]//2007短壁机械化开采专业委员会学术研讨会论文集,2007:3 13.[2] 戴绍诚,李世文,李 芬.高产高效综采机械化采煤技术与装备[M].北京:煤炭工业出版社,1998.[3] 廖常初.S7-300/400PL C应用技术[M].北京:机械工业出版社,2006.[4] 刘 锴,周 海.深入浅出西门子S7-300P LC[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.第7期 2010年7月工矿自动化Industr y and M ine A utomationNo.7Ju l.2010文章编号:1671-251X(2010)07-0015-04基于MSP430F149的矿用多参数传感器的设计杨 帆(煤炭科学研究总院常州自动化研究院,江苏常州 213015)摘要:针对目前煤矿安全监测监控系统中使用的传感器大多只能测量单一参数而导致的传感器布线繁琐、不便于安装及维护等问题,提出了一种矿用多参数传感器的设计方案。
基于MSP430F149的频率计的设计/***本例程是利用定时器A的捕获功能，从P1.2引脚捕获被测量信号的上升沿，从而计算出其频率值，并显示在1602液晶屏上。
测量的频率范围为1Hz~100kHz，若频率在1KHz 以下，以Hz为单位显示整数部分，若频率大于1KHz，显示2位小数***/#include "msp430x14x.h"#include "LCD1602.c"unsigned int old_cap=0;//捕获的旧值unsigned long int period=0;//信号周期unsigned char TA_ov_num=0;//定时器计数溢出次数/*****系统时钟配置****/void init_MCLK(){ uchar i;WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // 关闭看门狗BCSCTL1&=~ XT2OFF; //msp430f149 选择XT2频率，一般为8MHz do//do这个循环不能删除，否则下载到硬件电路上没法实现测温功能{IFG1 &= ~OFIFG; //清除晶振失败标志for (i = 0xFF; i > 0; i--); //等待8MHz晶体起振}while ((IFG1 & OFIFG)); //晶振失效标志仍然存在？BCSCTL2 |= (SELM_2 + DIVM_0 + SELS+DIVS_0); // SMCK=MCLK=8MHz}/*********//****捕获方式设置****/void cap_init(){P1SEL|=BIT2; // 设置P1.2为第二功能引脚TA1P1DIR&=~BIT2; // 设置P1.2为输入引脚TACTL = TASSEL_2 + MC_2+ID_3+TAIE; //计数时钟为1MHz，计数方式为连续计数CCTL1 |= CAP+CM_1 + SCS + CCIS_0+ CCIE;// 上升沿捕获，同步，CCI0A（P1.2信号源），捕获功能，中断允许TACCR1=0;}/****频率计算及显示****/void display_freq(){uchar lcdbuf[8];unsigned long temp;temp=period;if(temp>1000)//表示频率小于1KHz{temp=1000000/temp;//定时器的计数时钟为1MHz,且以Hz为单位只显示整数部分lcdbuf[0]=temp/100+0x30;lcdbuf[1]=(temp%100)/10+0x30;lcdbuf[2]=temp%10+0x30;lcdbuf[3]='H';lcdbuf[4]='z';lcdbuf[5]=' ';lcdbuf[6]=' ';lcdbuf[7]=' ';if(lcdbuf[0]==0x30){if(lcdbuf[1]==0x30)LCD_Write_String(5,2,&lcdbuf[2]);elseLCD_Write_String(5,2,&lcdbuf[1]);}elseLCD_Write_String(5,2,&lcdbuf[0]);}else//表示频率大于1KHz{temp=10000/temp;//定时器的计数时钟为1MHz，以KHz为单位显示，且显示2位小数//1000/period再扩大10倍以显示小数lcdbuf[0]=temp/1000+0x30;lcdbuf[1]=(temp%1000)/100+0x30;lcdbuf[2]=(temp%1000)%100/10+0x30;lcdbuf[3]='.';lcdbuf[4]=(temp%1000)%10+0x30;;lcdbuf[5]='K';lcdbuf[6]='H';lcdbuf[7]='z';if(lcdbuf[0]==0x30){if(lcdbuf[1]==0x30){LCD_Write_String(5,2,&lcdbuf[2]);LCD_Write_String(11,2," ");}else{LCD_Write_String(5,2,&lcdbuf[1]);LCD_Write_String(12,2," ");}}elseLCD_Write_String(5,2,&lcdbuf[0]);}}/****主程序*******/void main(void){volatile unsigned int i;init_MCLK();//初始化系统时钟for (i=0; i<20000; i++); // 延时等待晶振稳定cap_init();//捕获初始化_EINT(); // 开总中断LCD_Init();//液晶初始化LCD_Write_String(0,1,"freq:");//从第一行第0列开始显示while(1){display_freq();//脉宽计算及显示}}#pragma vector=TIMERA1_VECTOR//捕获中断子程序__interrupt void TimerA1(void){switch(TAIV){case 2://比较/捕获模块1中断period=TA_ov_num*65536+TACCR1-old_cap;old_cap=TACCR1;TA_ov_num=0;break;case 4:break;//比较/捕获模块2中断未用case 10:TA_ov_num++;break;}}。
MSP430F149多点无线数据采集系统设计数据收集是与传感器、信号处理、计算机一起形成现代检测技术基础的信息科学的重要领域。
我设计了一个基于MSP430的无线数据收集系统，并实现了解决有线数据采集模式移动性差和现场环境的电缆铺设极限的问题。
由数据采集器和一些数据集中器构成的无线主从数据获取网络，易于调整和平衡每个节点的通信距离。
广泛应用于工业数据采集之中，当它被用于狭窄的环境（例如隧道、封闭的走廊等）时，它可以减少了散射波的干扰，大大提升数据传输的可靠性。
利用MSP430F149和NRF905设计的多点无线数据采集系统，通过MSP430F149单片机片上ADC模块实现对外界模拟信号的采集，并将采集的模拟电压值转换成数字电压值。
对片外nRF905无线模块的控制实现数据在不同单片机之间的传输，最终通过单片机的串口传输到PC上显示，说明了链路控制方案和实际应用中应考虑的问题，最终达到无线多点无线数据采集的目的。
本次设计主要涉及到MSP430对UART和SPI串口的配置，单片机对无线模块的命令控制和数据经NRF905向中心节点传输，中心节点将多节点接收的数据通过串口向PC机传输。
无线数据收集（Wireless data acquisition）是指利用无线数据收集模块或设备记录及传输输出电流或者电压电压，无线数据采集器大多为便携型，可以将现场采集的数据实时发送给电脑。
与普通的便携式数据采集器相比，无线数据采集器提高了计算机的工作效率。
操作人员将数据从原始本地检查移动到远程控制中，并实时发送。
无线数据收集器的通信数据是实时高效的。
随着通信技术的蓬勃发展，人们对更先进便捷的通信技术的需要日益增大，摆脱有线网络的束缚实现无线通信始终是大家关心的问题，当今无线通信研究越来越热，应用非常广泛，使人与人之间的通信更加方便快捷，更具有市场发展前景。
在科学研究领域，数据采集与监测已成为一项越来越重要的检测技术。
在许多工业测控机械、医疗仪器以及消费电子产品中,都对数据采集系统的效率和能量消耗提出了更高的要求:即在满足微功耗、微型化的总体设计原则的基础上,又要能准确及时地反映现场采集数据的变化。
基于MSP430单片机的多功能数字万用表设计摘要：本文全面、深入、系统地介绍了数字万用表的系统设计与研究。
设计中采用了美国TI公司生产的高性能单片机芯片MSP430F149。
整个系统结构由MSP430F149外加一些外围元件构成，驱动LCD液晶显示，然后再与参数转换电路相连。
文章主要介绍了MSP430F149的性能特点、内部结构、输入输出数据及一些功能和原理。
整个设计包括硬件电路设计及软件设计。
硬件电路设计包括处理器、外部设备元件的选择、参数转换电路设计及电源设计，而软件设计则主要是实现仪表的各功能的控制。
关键词：数字万用表MSP430F149 单片机1 数字万用表的工作原理数字万用表的最基本功能是测量直流电压、直流电流、交流电压、电阻、温度、电容及频率，其基本组成见图1。
通过功能量程的选择把被测物理量连接到相应的参数转换电路上，经过电路转换成电压或频率使单片机能够直接测量，单片机通过拨位开关得到被测物理量的类型，再通过cpu计算出被测物理量的大小，然后控制液晶显示测量结果。
2 MSP430F149芯片简介MSP430F149单片机是美国TI公司推出的16位高性能单片机，具有丰富的片内资源，包括时钟模块、捕获/比较模块、Flash模块、看门狗定时器模块、定时器模块、以及通用I/O口模块等。
3 参数转换电路3.1 直流电压测量电路直流电压电路如图2所示，可选择3个档位0~3v，0~30v，0~300v。
通过电阻分压把被测电压调整到AD的量程（0~3.3v）内。
本设计AD转换使用单片机片内集成AD，AD参考电压为3.3v。
图中1M电阻和104电容组成低通滤波器可以滤除表笔与被测物体接触时产生的高频信号和空间的电磁干扰使得测量结果更加稳定[1]。
电阻计算：由于电压表要求接到电路上时对电路的电压影响要下，所以输入阻抗越大越好，本设计选择输入阻抗Ro=10M。
3.4 交流电压测量电路交流电压测量是通过二极管1N4007把被测电压进行半波整流，再通过分压电阻把电压降低，再通过电阻和电容组成低通滤波器滤成直流，再经过AD转化成数字值，再经过cpu计算出电压有效值，由于1N4007是普通整流二极管，反向恢复速度较慢所以不能测量高频交流电压[3]。
MSP430F149 TIMER_A（一）——16 位定时计数TIMER_A 有四个可选时钟源，为了方便一般选择ACLK 和SMCLK，经过分频器产生一个时基，其结构图如下：TIMER_A 有三种定时/计数方式：(1).增计数模式：计数周期：TAR 从0 增加到TACCR0，(2).连续计数模式：计数周期：TAR 从0 增加到0xffff，(3).增减计数模式：计数周期：TAR 从0 增加到TACCR0 然后再从TACCR0 减到0由上图可见TIMER_A 的中断标志有两个，分别是TAIFG 和CCIFG。
TACTL 中的TAIE 允许产生TAIFG 中断标志，中断入口是TIMERA_1 VECTOR 即0FFEAh，此入口有三个中断源，由TAIV 的值决定。
在IAR 中，进入中断服务的方式如下：#pragma vector=中断向量的入口地址__interrupt void 函数名（类型）比如：#pragma vector=0x14__interrupt void my_handler(void);TIMERA0_VECTOR 是单中断源的，因此不需要判断#pragma vector=TIMERA0_VECTOR__interrupt void Timer_A0 (void){ P4OUT–BIT0;}既然TIMERA1_VECTOR 由三种中断源，则需要判断，例子如下#pragma vector=TIMERA1_VECTOR__interrupt void Timer_A1 (void){ switch(TAIV) { case 0x02:break; case 0x04:break; case 0x0a:P4OUT–BIT0;break; }}tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
基于MSP430F149实现的多路数据采集器一·方案论证1·控制器：方案一：采用AT89S52八位单片机实现。
单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。
而且体积小，硬件实现简单，安装方便。
既可以单独对多传感器控制工作，还可以与PC机通信。
运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。
另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟[1]。
不过，其自身功能不够丰富，需要更多的外接电路来实现复杂功能。
方案二：使用MSP430作控制器，德州仪器 (TI) 的超低功率16位RISC 混合信号处理器MSP430产品系列为电池供电测量应用提供了最终解决方案。
作为混合信号和数字技术的领导者，TI创新生产的MSP430，使系统设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。
综上，我们的控制器采用方案二。
2·显示模块：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，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 128×64, 内置8192 个 16*16 点汉字，和128个16*8点 ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示 8×4 行 16×16 点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。
由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
所以本项目采用12864显示。
3·供电系统：5V可由LM7805稳压电路转换而来，供液晶使用；3.3V则由SPX117产生，供单片机以及信号调理电路使用。
基于MSP430F149的GPS
(芯片篇)
1、系统功能框图
2芯片资料：
MSP430F149：
低电源电压范围:1.8~3.6V
超低功耗：待机模式：1。
6uA 关闭模式（RAM保持）：0。
1uA 活动模式：280uA at 1MHz，2。
2V
5种省电模式
6us内从待机模式唤醒
16位RISC结构，125ns指令周期
带内部参考,采样保持和自动扫描特性的12位A/D转换器
有7个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_B 有3个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_A
片内集成比较器
串行在线编程，无需外部编程电压，安全熔丝可编程代码保护。
器件系列包括：–MSP430F133:8KB+256B闪速存储器，256B的RAM –MSP430F135：16KB+256B闪速存储器,512B的RAM –MSP430F147,MSP430F1471:32KB+256B闪速存储器，1KB的RAM –MSP430F148， MSP430F1481:48KB+256B闪速存储器，2KB的RAM –MSP430F149, MSP430F1491：60KB+256B闪速存储器，2KB的RAM
可用封装：64脚方形扁平封装（QFP）.
功能框图。
基于 MSP430 F149的弹匣计数器设计蔡亦清;张亚;张松【期刊名称】《计算机与现代化》【年(卷),期】2016(000)004【摘要】In view of the current problem that active rifles can’ t grasp the remaining amount of ammunition inside the magazine intuitively and accurately, a kind of equipment was designed to detect the number of remaining bullets in the magazine with MSP430F149 microcontroller as the core.According to the electrical signals generated by the displacement change of the spring which was caused by the increase or decrease of bullets in the magazine to MSP430F microcontroller, the microcontroller pro-cessed the signals and transmitted it to the monitor displaying in real time.Tests showed that the device was of high detection pre-cision, convenient operation, and lower production costs without affecting the normal function of firearms.%针对当前现役步枪无法准确直观掌握弹匣内剩余弹药量问题，设计一种以MSP430F149单片机为核心，检测弹匣内剩余子弹数量的设备。
基于msp430F149的多功能计数器摘要 本文设计了一种以超低功耗单片机MSP430F149为控制器，以高速的FPGA （现场可编程门阵列）实现等精度测量正弦信号的频率、周期和相位差的多功能计数器。
在设计中依据等精度计数原理，应用单片机的数学运算和控制功能，利用f=1/T 实现了频率和周期的统一处理；采用相位-时间转换方法，根据ϕ∆0/360f f N =⨯⨯ 完成了相位差测量。
此外，利用外加模拟通道，实现了对正弦波小信号的预处理，使得该计数器能够在较宽的频率范围和幅度范围内进行测量。
关键词 计数器 MSP430F149单片机 FPGA 等精度一、系统方案方案1：采用中小规模数字电路构成系统，由计数器构成主要的测量模块。
用定时器组成主要的控制电路。
此方案软件设计简单，但外围芯片过多，且频带窄，实现起来较复杂，功能不强，而且不能程控和扩展。
方案2：采用单片机实现。
被测信号经调理后送入单片机，利用其内部的计数器完成计数，然后再进行数据处理和显示，但单片机在处理高速信号时略显吃力。
方案3：利用FPGA 对调理后的被测信号实现高速计数，单片机软件执行高精度浮点数运算并显示。
单片机完成系统的数据处理、逻辑控制和人机交互功能；大规模现场可编程器件方案比较与选择：方案1 采用中小规模集成电路来实现，系统电路较复杂，扩展性能差；方案2用外围电路配合单片机实现测量功能，信号频率比较高时需外加分频电路，影响测量精度和系统稳定性，且单片机任务繁重，给软件设计和调试工作带来不便；方案3用一片高度集成的可编程逻辑器件可完成有关电路所有模块的设计，大大降低了电路复杂度，减少引线信号间的干扰，提高电路的可靠性和稳定性。
加上单片机控制，应用单片机的数学运算和控制功能，辅以有效的软件滤波算法，能够进一步提高测量精度，且控制灵活、易于扩展和调试简单，能够达到题目要求。
故本设计采用方案3，系统框图如图1所示。
二、理论分析与计算 1、频率和周期测量方法分析由于频率和周期之间存在倒数关系(f=1／T)，所以只要测得两者中的一个，另一个可通过计算求得。
1）直接测量法 对测频在低频端1Hz 时，若闸门时间为1s ，其 1量化误差大到100%。
为了满足测试精度的要求，显然不能采用直接测量法；2）直接与间接测量相结合的方法 需对被测频率和中界频率的关系进行判断，在中界频率附近仍不能达到较高的测量精度；3）等精度测量法 图2为等精度测频、测周原理方框图。
图2 等精度测频原理图设在一次预置门时间p T 中对被测信号计数值为x N ，对标准频率信号计数值为s N ，有x x s c N T N T = （1）于是 xx c SNf f N =（2）对式（2）两边微分得其测频相对误差为2()x Scx x x c c s xx c Sssf N f N N N f f N f N f N N N=+-= 1c cp cf f T f ±（3）由式（3）可知，测频误差仅取决于标准信号频率c f 和预置闸门宽度p T ，增大p T 或提高c f ，可以减少误差，提高测量精度。
因为闸门实际开放时间等于被测信号周期整数倍，消除了被测信号计数值±1量化误差，所以测频误差与被测信号频率无关。
若标准信号频率c f 为50MHz ，闸门时间p T 取1s，710c c f f -< ，则测频、测周相对误差710xxf f -< ，满足题目要求的性能指标，因此本设计采用等精度法测频和测周。
2 相位差测量方法分析相位差的测量有很多种方法，如相位—电压转换法、数值取样法和相位差—时间转换法等。
其中相位差—时间转换法实际上是测量两个正弦信号波形上两个相应点之间的时间间隔t ，若两被测信号周期均为T ，则时间间隔t 对应的相位差为： 360xt Tϕ=⨯（4）如果只测量一个周期的t 和T ，无法满足宽频带被测信号的测量精度。
如果时间间隔t 和周期T 测量值比较准确，再通过单片机对实测数据进行高精度浮点数运算及误差修正，就可以达到精度要求。
按照这一思路，结合上面对等精度测频、测周原理及误差的分析可知，此方法是切实可行的。
设门控信号的开启时间为t c，计数值为N ，则 0c t N T = （5）式中0T 为时标信号的周期，由（5）式和（6）式得360f N f ϕ∆=⨯⨯（6）式中f 为被测信号频率，10100Hz f kHz ≤≤，0f 为标准时基，N 为计数值。
3 宽带通道放大器分析因为三极管放大电路参数选择复杂，低频特性不好，抗噪性能差。
因此，设计中采用了宽频带、低噪声、高输人阻抗的运算放大器组成高精度放大电路，以获得良好的频率特性和抗干扰能力。
输入通道中的放大级设计主要考虑增益和带宽的指标。
题目要求能够测量信号幅度峰值范围约为14mv ～7.07v 。
这个范围是比较宽的，既涉及到小信号放大，又要考虑比较器输入电压限制问题，因此，应根据信号幅度大小分段选择放大器的增益。
还有就是要满足运放增益带宽积的要求。
三、电路与程序设计1 输入通道电路设计待测频率信号由于衰减、传输干扰等原因，不能直接用于测量，需要经过处理后才能适合逻辑控制器的输入。
输入通道组成框图如图3所示。
图3 输入通道组成框图 图4 放大电路原理输入信号经电压跟随器缓冲后进入放大通路，灵敏度控制采用单片机控制继电器的通断来选择不同的放大倍数，被放大的信号经比较器输出与被测信号同频率的方波计数信号若要测相位差，则同频信号经放大后进入移相网络，然后经过零比较得到移相后的计数信号。
比较器采用滞回接法，详细电路见附录一，从而避免了过零点信号的毛刺造成整形信号的误翻转。
其中放大电路基本原理如图4所示，其中Rf 为反馈电阻，R 为输入端电阻，有U o = - Ui × （ Rf / R ） （7）由式（7）知，调节Rf 的大小即可调整电路的增益。
移相网络电路如图5所示。
图5 移相网络电路图对图5电路分析知，两级网络的振幅特性均为()1A ω=，前级网络相频特性为()a r c t ()g r c ϕωω=-，可见此为超前网络；后级网络相频特性为()arct ()g rc ϕωπω=-，所以相位发生滞后，通过改变阻值r 即可实现相移量调整。
两级级联后移相范围为0360 。
2 FPGA 功能实现模块FPGA 实现部分主要分为信号同步处理,等精度计数和数据处理及传输3部分，如图6所示。
FPGA 采用Altera 公司的EP2C5Q208C8，经分析知能够实现题目要求。
（1） 同步处理电路 待测信号从外时钟域进入,属于异步信号,对测量精度乃至整个系统的稳定都有很大的影响,在这里,先对输入信号进行一次采样进行消抖,滤去可能存在的毛刺, 然后进行一级同步处理，尽可能有效地对异步信号进行同步处理。
图6 FPGA功能实现框图. （2）计数测量采用等精度法测频率,利用相位~时间转换法进行相位差测量,并将测得数据进行寄存。
（3）数据存储将得到的并行数据转换为串行数据再通过时序控制将数据写入双口RAM，然后单片机以其自身的时钟频率进行读取,从而有效地消除跨时钟域数据处理时所造成的不稳定影响。
.3 单片机控制模块在本系统中，单片机采用MSP430F149，主要完成放大通路灵敏度选择、读取实测数据及处理和键盘与显示接口等三种功能。
其中灵敏度选择是通过控制继电器的通断来实现通路切换；按键采用红外遥控方式，其中发射部分采用 PT2221，接收部分采用高灵敏度、高度集成的一种新型红外遥控接收光电模块HS0038，然后通过单片机直接软件解码处理，进而执行与之对应的中断服务子程序；因为要同时显示较多数据，所以我们采用字符型液晶显示。
4 主程序流程图单片机系统主要流程图如图9所示，具体程序见附录三。
图9 主程序流程图四、测试方案与测试结果1．测试仪器（1）任意波形/函数发生器（Tektronix AFG3022B）（2）等精度通用计数器/相位计（Sample SP312B）（3）双通道数字示波器（Tektronix TDS1002）2．测试方法与步骤本设计采用先分别进行子系统测试，待均测试成功后再将之组装成总体系统，仔细检查连接无误后通电进行总体功能和性能测试，并记录所测数据。
图14总体系统测试方案测试条件：闸门时间为1s；3主要测试结果及分析测试结果：（1）本设计实现了对正弦信号的频率、周期和相位差的测量功能；（2）性能方面能够基本达到基础部分误差要求；测量误差主要来自1.信号前级处理电路,由隔直电容和运放等集成芯片产生;2.信号传输过程中的延时;3.异步信号对fpga测量计数造成的影响;4.等精度测量所产生的绝对误差随信号频率增大而被直接放大导致在对高频信号测量时出现大的数据局部不精确五、结论1、频率、周期测量误差达到510-；相位差测量准确度达到1度；能够实现小信号10--6测量；2、由于本地时基的计数结果依然存在±l的计数误差，制约了频率和周期测量精度的提高。
如果辅以模拟内插法，可以进一步提高测量精度。
六、参考文献1、蒋焕文等，电子测量，北京：中国计量出版社，2008（第三版）2、高吉祥编，电子仪器仪表设计，北京：电子工业出版社，20073、吴继华等，Altera FPGA及CPLD设计（高级篇），北京：人民邮电出版社，20054、曹磊编，MSP430单片机C程序设计与实践，北京：北京航空航天大学出版社2007附录一系统原理图附录二数字电路仿真结果P1.1此图为QUARTUSII绘制的测试“等精度测量”的波形仿真文件限于版面原因在此取预置门控信号为: |out :2.5MHz (400ns), fin:待测信号频率,|Out:待测信号经同步后的频率; data1和data2 为测量数据P1.2此图为测试“相位–时间”法的波形仿真文件data_out 为测试数据ph1 和ph2 分别为两输入正弦波在整形后的方波信号pout 即两方波信号异或后的波形.表一频率测量表二周期测量表三相位差测量幅度1Vrms。
