MSP430在频率测量系统中的应用

3 等精度测量的实现

N1和N0分别为计数器Timer_A和Timer_B记得的数值，F0为标准晶体的频率，Fx为待测信号的频率，T闸门时间，则：



由于计数器A的计数脉冲与闸门同步，因而不存在±1的误差。对于标频计数器B，由于门控启闭的随机性以及T／TC(TC为标频信号的周期)之比为非整数，时间零头无法计入，故存在±1的误差。对(3)式求导，则



故精度为：



由(6)式可知，测得的精度与被测信号无关，仅与标准信号和闸门时间有关，故可实现测量范围内的等精度测量。而且闸门时间越长，标准频率越高，精度也就越高。标准频率可由稳定度好，精度高的高频率晶体振荡器产生，在保证测量精度不变的前提下，提高标准信号频率，可使闸门宽度缩短，即可提高测试速度。

误差来源：

(1) 实际闸门对标准频率的随机性导致计数值NB的±1误差是主要误差。

(2) 时钟脉冲产生的标准频率F0的稳定度产生的测量误差。时钟脉冲由晶体振荡器产生。由于目前晶体振荡器主要分为温补晶体振荡器和恒温
晶体振荡器两大类，其中，温补晶体振荡器体积小，开机时间短，稳定度一般在10-7数量级以上。而恒温晶体振荡器的稳定度更高，因而相对于量化误差，标准频率误差可以忽略。公式(6)就是在忽略标准频率误差的情况下得到的。由于分频系数为8，则测频精度为1／(8×65 536)=1.907e-6。若要进一步提高频率测量的精度则可以增加分频系数。

4 CPLD设计

本系统设计采用Altera公司生产的CPLD器件EPM7128实现其中的逻辑部分。用MAXPLUS+11软件工具开发，采用Verilog语言编程。设计输人完成后，进行整体的编译和逻辑仿真，然后进行转换、布局、延时仿真生成配置文件和下载文件，最后下载至EPM7128器件，实现其硬件功能。仿真波形如图4所示，其参数为：beice=8 MHz，biaozhun=50 MHz。结果表明各信号的逻辑功能和时序配合都达到了期望指标。不同被测频率的仿真值如表2所列。


5 结束语

本频率计的设计将MSP430单片机的计数器Timer_A和Timer_B均设置为计数方式，比以往一个定时／计数器作定时器，另一个定时／计数器作计数器的方式计数精度要高，并且测量精度与被测信号无关，实现了0 MHz～10 MHz频率范围内的等精度测量，智能闸门控制方式使测量方便、灵活。本频率测量系统还能实现更高频率测量范围的等精度测量，这时要根据不同测量系统的要求选择24位、32位计数器。