华北电力大学 王红云，张淑娥

    1 概述

    在通信系统中，频率测量具有重要地位。近几年来频率测量技术所覆盖的领域越来越广泛，测量精度越来越高，与不同学科的联系也越来越密切。与频率测量技术紧密相连的领域有通信、导航、空间科学、仪器仪表、材料科学、计量技术、电子技术、天文学、物理学和生物化学等。

    频率测量一般都是由计数器和定时器完成，将两个定时／计数器一个设置为定时器，另一个设置为计数器，定时时间到后产生中断，在中断服务程序中处理结果，求出频率。这种方法虽然测量范围较宽，但由于存在软件延时，尽管在高频段能达到较高的精度，而低频段的测量精度较低。所以利用单片机测频时，如果选择不好的测量方法，可能会引起很大的误差。测量频率时如果不是真正依靠硬件控制计数或定时，而是由软件查询或中断响应后再停止计数，虽然理论上能达到很高的精度，但实际测量中由于单片机响应有一定的时间延迟，难以做到精确测量。本系统设计以msp4130单片机为核心，在软件编程中采用c430语言，采用硬件逻辑和软件指令相结合的方法，取代单纯用软件指令控制闸门，使闸门的开启与计数同步。这种测量方法保证了测量误差与被测频率无关，实现了高低频段的等精度测量。

    2 工作原理

    频率是微波仪器的重要参数。微波频率测量是检测仪器是否正常运行的有效手段，而提高频率测量精度是微波频率测量可靠性的保证。

    本频率计主要是针对微波微扰法单腔测湿系统而设计的，频率测量范围由微扰测湿系统的混频器输出范围确定。

    整个测湿系统如图1所示，在没有湿蒸汽流过谐振腔时，其谐振频率为9.6 ghz，此频率较高，一般不能直接测量，而是采用混频的方法。输入压控振荡器(vco)的电压范围为0 v～10 v，其工作特点是电压每变换1 v，将产生1 mhz的频偏，调整vco的中心频率为9.6 ghz，则压控振荡器vco的输出频率范围为9 600 ghz～9 610 ghz。再设置本地振荡器频率为9.6 ghz，经混频后对0 mhz～10mhz的差频信号进行实时测量。因此，频率计的频率范围为0 mhz～10 mhz。

    2.1 频率计原理

    等精度频率计的硬件逻辑原理图如图2所示，主要由msp430单片机、标准晶振、1个d触发器、2个与非门、复位电路、显示电路等组成。其中msp430单片机是由德州仪器公司推出的16位超低功耗高性能产品，它内部具有丰富的定时资源，内含看门狗定时器(wdt)和基本定时器，定时器a(timer_a)和定时器b(timer_b)结构基本相同，都是16位定时器。本设计选用定时器a和定时器b分别对待测频率fx和标准频率f0计数，在预定的闸门时间内，如果计数器a的计数值为n1，计数器b的计数值为n0，则待测频率为：

    为了减少误差，应确保闸门的开启和关闭与待测信号同步。单片机的标准频率为8 mhz，其计数最高可达到8 mhz，(一个时钟周期可以执行一条指令，传统的mcs51单片机需要12个时钟周期才可执行一条指令)，而测量范围是0 mhz～10 mhz，故计数时需要先对计数器分频，msp430系列单片机内部定时器timer_ a和timer_ b自带分频器，可以对所测频率进行1、2、4、8分频，使设计电路简单，并且能达到测量要求。

    2.2 系统工作原理

    为了实现高精度、等精度的双计数频率测量，计数相关器是关键，所谓计数相关器就是使门信号和待测信号同步。当按下s1、s2、s3三个按键中的任一按键时，与门u1(图2中未给出)输出0信号使d触发器清零，q端输出0信号使与非门u2和u3封锁。与此同时，软件指令设置tactl和tbctl使定时器a和定时器b清零，做好计数准备。单片机的p5.1口和d触发器的d端相连．在计数前p5.1口输出始终为零，这样计数信号不能通过与非门到达计数器，然后用软件指令向p5.1口写入信号1，当被测信号fx的第一个上升沿到达时，与非门u2和u3开启，标准信号和待测信号同时计数。当计数满时，tbifg1置位，产生中断，在中断服务程序中对p5.1口写入“0”信号，做好关闭闸门的准备，但这时闸门并没