Прибор для измерения частоты на базе микроконтроллера MSP430

Министерство образования Российской Федерации

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра ССОД

Курсовой проект

по дисциплине«Микроконтроллеры»

Тема: «Прибор для измерения частоты на базе микроконтроллера MSP430»

  Факультет:                  АВТ                                                

    Группа:                       AТ-122                                              

    Студент:                     Гончаренко А.

    Преподаватель:          Зубов С.П.   

НОВОСИБИРСК 2004

Содержание:

I. Техническое задание	c. 3
II. Выбор аппаратной части	c. 3
III. Описание принципиальной схемы	c. 4
IV. Анализ погрешностей и выбор метода измерения частоты	c. 4 - 8
V. Алгоритм функционирования прибора	c. 8 - 9
VI. Описание программного обеспечения прибора	c. 10 - 11
VII. Реализация интерфейса RS232	c. 11 - 12
Приложение 1. Схема электрическая принципиальная	c. 13
Приложение 2. Спецификация элементов схемы	c. 14
Приложение 3. Листинг программы freq_measure.asm	c. 15 - 17

I. Техническое задание:

Разработать принципиальную схему и алгоритм функционирования прибора для измерения частоты со следующими характеристиками:

• 2 измерительных канала, входной сигнал – напряжение 0-5В
• погрешность измерения частоты не более 0.1%
• диапазон измерений 10 – 1000 Гц
• наличие интерфейса RS232 для связи с ПК

II. Выбор аппаратной части

     Основой прибора для измерения частоты будет являться микроконтроллер MSP430C325 фирмы Texas Instruments. Микроконтроллеры семейства MSP430 были специально разработаны для решения задач в реальном режиме времени со сверхмалым потреблением электроэнергии (примерно 4.2 нВт на одну инструкцию). MSP430 выполнены по специальной 16-битной RISC-архитектуре, которая сочетает в себе 27 мощных базовых инструкций ядра и 100% ортогональность системы команд, позволяющая использовать для любой команды любой режим адресации. Прибор, разработанный на основе МК MSP430, потребляет около 350 мкА в активном режиме на частоте 1 MHz в типичной 3-V системе, и «пробуждается» из режима сниженного энергопотребления в 0.1 мкА меньше чем за 6 мкс. Эти характеристики позволяют нам построить прибор с минимальным потреблением тока и максимальной продолжительностью «жизни» батарейки.

     Так же МК MSP430 обладает богатым набором периферийных модулей. Цифровой порт ввода/вывода дает прибору 8 параллельных  каналов, каждый из которых можно настроить на вход, выход или на прерывание, задать направление фронта, по которому будет формироваться прерывание, разрешить или запретить прерывания линий порта и т.д. с помощью специальных управляющих 6 регистров. Имеется два таймера, Basic Timer и WatchDog Timer, которые можно использовать как источники сигнала с известной заданной частотой. 8-bit Timer/Counter позволяет реализовать универсальный асинхронный последовательный протокол UART, или как его часто называют просто интерфейс RS232, для пересылки данных между микроконтроллером и ПК.

     Интерфейс RS232 передает логическую «1» как сигнал с  напряжением -10 : -15 V, а логический «0» напряжением +10 : +15 V. В то же время микроконтроллер MSP430 выполнен по технологии CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), где логической «1» соответствует +5V, а логическому «0» 0V. Для преобразования сигналов из одного формата в другой используем трансивер ADM232A, обеспечивающий скорость передачи данных до 200 kB/s. Рабочее напряжение ADM232A составляет +5V; для получения биполярных сигналов RS232 внутри микросхемы используется высокоэффективный накопитель заряда, реализуемый с помощью 4 внешних маленьких емкостей(0.1 мкФ).

Трансивер ADM232A выполнен по современной технологии BiCMOS, сочетающей в себе малое энергопотребление, присущее CMOS, и высокую скорость биполярных схем. Это обеспечивает скорость передачи 200 kB/s и вместе с тем минимизирует ток питания до 5 мА. 

III. Описание принципиальной схемы

     Принципиальная электрическая схема прибора приведена в приложении 1, а спецификация элементов схемы приведена в приложении 2.

     Не трудно заметить, что все, что нужно для прибора измерения частоты, содержится внутри микросхемы МК MSP430C325. Единственный необходимый внешний элемент – 32768 Гц кварцевый резонатор. Выбор кварцевого резонатора определяется требуемой точностью измерений. Для нашего прибора выбран РК169 со стабильностью частоты 75 ppm. Кварцевый резонатор подключается к выводам Xin и Xout/TCLK микроконтроллера.