一种基于MSP430单片机的交流频率检测系统

文章摘要：图3 稳压管的端电压波形D3是整流桥，将交流电进行全波整流，使电流方向恒定。图4为整流桥两端的电压（即图中的V1-V3）波形。 图4 整流桥的端电压波形U2是光电耦合器，其作用有二：信号转变功能，将整流后的交流信号转变为脉冲信号；强弱电隔离功能，使强电部分和弱电部分在电气上处于隔离状态，在强电部分发生故障时不会损坏后面的弱电电路包括单片机系统。该系统使用的型号是4N25，有良好的开关特性，而且它的开关时间可以通过基级电阻进行调节，图5为其基级电阻在给定环境下的开关特性[3]。由图5可以看出基级电阻Rbe取 左右时其综合时间指标最好，即开关特性较优，所以本系统中基级电阻（R5）取 。图5

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图3   稳压管的端电压波形

D3是整流桥，将交流电进行全波整流，使电流方向恒定。图4为整流桥两端的电压（即图中的V1-V3）波形。

 

图4  整流桥的端电压波形

U2是光电耦合器，其作用有二：信号转变功能，将整流后的交流信号转变为脉冲信号；强弱电隔离功能，使强电部分和弱电部分在电气上处于隔离状态，在强电部分发生故障时不会损坏后面的弱电电路包括单片机系统。该系统使用的型号是4N25，有良好的开关特性，而且它的开关时间可以通过基级电阻进行调节，图5为其基级电阻在给定环境下的开关特性^[3]。由图5可以看出基级电阻R_be取 左右时其综合时间指标最好，即开关特性较优，所以本系统中基级电阻（R5）取 。

图5  光电耦合器（4N25）基级电阻的开关特性

其集电极—发射级的电压（V5）波形，见图6。

图6  光电耦合器（4N25）的集电极—发射级的电压波形

Q1为三级管，作用是将V5的脉冲信号转化为单片机所能识别的高低电平（0－3.3V）。因此Q1必须工作开关状态，即工作在饱和状态和截至状态不断切换的过程中。系统中的电阻R6和R7阻值的选取主要使三级管工作在开关状态。图7为Q1工作在开关状态的几个指标R6上的电流r6[i]=Ib，R7上的电流r7[i]=Ic，V5＝Vbe，V6＝Vce。

图7  三级管的开关特性

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；

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