基于MCU的高频功率测量装置的设计

大功率计种类很多，本文利用美国德州仪器公司的新型FLASH型单片机MSP430F449为主控芯片，利用其内部丰富的片内外设，结合定向耦合器对信号进行耦合，进而对耦合后的信号进行处理，给出了一种方便、灵活、新颖的高频大功率的测量方法。

主要器件

MSP430F449单片机采用16位RISCC结构，具有丰富的片内外设和大容量的片内工作寄存器和存储器，性价比高。其特点如下。

超低功耗： 能够在1.8-3.6V的电压下工作；具有工作模式（AM）和5种低功耗模式（LPM）。在低功耗模式下，CPU可以被中断唤醒，响应时间小于6ps。

较强的运算能力：16位的RISC结构，丰富的寻址方式；具有16个中断源，可以任意嵌套；在8MHz时钟驱动下指令周期可达125ns；内部包含硬件乘法器和大量寄存器，以及多达64KB的Flash程序空间和2KB的RAM，为存储数据和运算提供了保证。

丰富的片上外设：包括看门狗定时器，基本定时器，比较器，16位定时器（TA/TB），串口0、1，液晶显示驱动器，6个8位的I/O端口，12位ADC（最高采样率200kHz）等。

方便高效的开发环境：MSP430F449是Flash型器件，片内有调试接口和电可擦除写的Flash存储器，可以先下载程序到Flash内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计师调试。

前置分频器SAB6456A是专为UHF/VHF设计的前置分频器。内部的MCpin为分频控制端，可对频率范围为70MHz-1GHz的信号进行64/256分频，当MCpin开路时为64分频；当MCpin接地时为256分频。有较高的灵敏度和较强的谐波抑制能力。

系统组成

大功率信号先经过耦合度为30dB的定向耦合器，耦合后的信号经高频开关分为两路，一路经过分频电路来测量频率；另一路在测得的频点上经过程序上建立的数学模型测得功率。程序上首先按耦合器的频响特性将整个频段分成若干段，在每个频段上建立频率和功率的线性函数模型，通过这一模型具体得到相应频点的功率。

系统结构组成框图如图1所示。

主要电路设计

1 分频电路

分频电路主要由一片SAB645A和两片SN74H C390构成。SAB6456A是一块频率范围为70MHz-1GHz的低功耗双模预置分频器，采用正极性触发，具有分频功能多（有64和256等4种分频功能），灵敏度高（小于lOmV），功耗低（工作电流小于2lmA），温度性能好（工作温度范围为0℃-80℃），使用方便（元件少）等特点。

考虑到MSP430F449作为计数器时的频率上限限制，在采用SAB6456对输入的高频信号进行256分频后，又增加两级由双十进制计数器SN74HC390构成的100分频电路。

分频电路设计如图2所示。

首先，输入信号限幅后经SAB6456A分频，256分频后的信号再经两片74H C390高速分频器进行100分频，此时模拟信号变为低频数字信号，频率在lOkHz以下，分频后的信号直接接入MSP430F449单片机，利用内部的16位定时器A来定时和计数。

2 MSP430F449芯片及其电路的设计

电路如图3所示。

图3为单片机的电路，包括复位电路、电源电路和单片机工作必须的晶振。晶振有8MHz和32.768kHz两种，8MHz作为定时器A的计数器输入时钟源；32.768kHz作为数码管的显示频率。

3 数码管驱动电路的设计

在数码管的驱动电路中，使用了两块74H C373高速缓冲器进行数据的缓冲和锁存，74H C373为D型锁存器，5V单电源供电，因输出电流足够大，也可以直接驱动共阴极LG363IAH型数码管。电路图如图4所示。

软件设计

软件部分主要用于系统的初始化，响应按键操作，完成频率、功率的测量及显示。采用动态扫描显示，动态扫描显示的原理是：由P4向各个位轮流输出扫描信号，使每一位瞬间只有一个数码管被选通，然后由P3送出的码段和P4送出的位段的配合下，使各个数码管轮流显示各自的字型，只要每位显示时间超过1ms，这样人眼就感觉不到闪烁了。

主程序框图如图5所示。

结束语

该项设计以单片机为基础，配合定向耦合器、检波电路、分频电路等功能模块，利用分段线性补偿法的数学模型实现了高频大功率的测量功能；利用该型单片机强大片内外设简化了电路设计，增强了系统的稳定性、灵活性，若能增强耦合器的频率响应，将进一步提高测量的测量精度。