單片機(jī)智能頻率信號(hào)裝置

0 概 述

在電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的調(diào)試試驗(yàn)工作及其它工程實(shí)踐中，特別是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的調(diào)試工作中，廣泛使用低頻信號(hào)發(fā)生源。在以往的實(shí)踐中，大量使用的為由晶體管組成的低頻信號(hào)發(fā)生器或由電子管組成的工頻信號(hào)源；這些儀器體大笨重，攜帶困難；同時(shí)模擬器件隨時(shí)間和溫度的漂移使輸出信號(hào)不穩(wěn)定，給調(diào)試工作帶來了極大的不便。此外，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的起動(dòng)、停止和試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，還需要測量其轉(zhuǎn)速（頻率）及記錄其變化過程。本文介紹一種由單片機(jī)組成的同時(shí)兼具信號(hào)發(fā)生和頻率測量的智能信號(hào)裝置，它充分發(fā)揮單片機(jī)智能控制的特長，具有體積小、重量輕、能發(fā)生超低頻信號(hào)、可編程模擬旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)態(tài)過程等一系列優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)組成

智能信號(hào)裝置以8031為主芯片構(gòu)成，其系統(tǒng)組成如圖1所示。其中2764用于存放工作程序，6116用于存放編程參數(shù)、控制參數(shù)、信號(hào)設(shè)定值及測量結(jié)果，8279用于鍵盤掃描和顯示參數(shù)信息，DAC1210用于模擬輸出，8254用來產(chǎn)生高精度的方波信號(hào)和擴(kuò)展頻率測量的分辨率和精度。

2 頻率測量

頻率測量原理見圖1，被測信號(hào)經(jīng)濾波、整形、二分頻后送至8254的GATE0口，由方波的正半周啟動(dòng)16位計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的溢出次數(shù)由8031的 INT0計(jì)數(shù)，方波的下降沿申請(qǐng)INT1中斷讀取8254計(jì)數(shù)器0的計(jì)數(shù)值和溢出次數(shù)。顯然，由于二分頻的作用，所測之值即為被測信號(hào)的周期。即：T＝ C／f0（式中：f0———8254的時(shí)鐘頻率；C———計(jì)數(shù)值）

3 信號(hào)發(fā)生

設(shè)置有方波和正弦波兩路信號(hào)輸出。正弦由模擬輸出通道輸出；方波由可編程計(jì)數(shù)器8254的計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2串級(jí)分頻后經(jīng)功率放大輸出。8254的計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2均按方式3運(yùn)行。當(dāng)計(jì)數(shù)器的編程值為N時(shí)，則輸出一個(gè)周期為N／f0占空接近

4 模擬輸出

模擬輸出由DAC1210構(gòu)成。主要是將被測信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的電壓輸出，供錄波和其它裝置采樣使用。此外，在需要正弦波信號(hào)的應(yīng)用場合，也可以將其編程為正弦波輸出，構(gòu)成第二路信號(hào)發(fā)生器。此時(shí)，DAC1210的輸出由定時(shí)器1按1／n個(gè)信號(hào)周期定時(shí)啟動(dòng)，其值則由存儲(chǔ)于EPROM正弦波序列查表確定。已知單片機(jī)的定時(shí)時(shí)間為：

波的波形失真度較小，取n＝12，則fmin＝1．27Hz，fmax＝83333． 3Hz。為保證發(fā)生超低頻率，則n值也應(yīng)能根據(jù)信號(hào)要求自動(dòng)調(diào)整。此外，若以n個(gè)周期等距地劃分正弦波,則正弦波周期的分辨率為nμs(12M晶振)，工頻時(shí)（50Hz）其周期值為20000μs，頻率分辨率為0．03Hz（n＝12），不能滿足某些特定工程的需要，所以，應(yīng)根據(jù)信號(hào)頻率自動(dòng)調(diào)整n個(gè)定時(shí)時(shí)間內(nèi)的定時(shí)值，以保證輸出正弦波的分辨率最高。

5 編程控制

由于采用單片機(jī)構(gòu)成信號(hào)裝置，可以充分發(fā)揮單片機(jī)的控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，構(gòu)成智能型儀表。除信號(hào)發(fā)生值可以任意設(shè)置（數(shù)字給定）外，還可設(shè)置模擬端口的功能及調(diào)整模擬輸出與被測信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；或?qū)l(fā)出的信號(hào)編程為階躍變化、斜坡變化、等幅周期性變化、衰減周期性變化、按時(shí)間過程連續(xù)性曲線變化等，其變化幅值、斜率、變化周期、衰減率等均可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行編程，以滿足各種特定的工程需要。

6 結(jié)束語

以本文原理構(gòu)成的儀器已形成產(chǎn)品，并在水輪發(fā)電機(jī)組的測試試驗(yàn)中得到了應(yīng)用。由于其具有測量范圍寬、測量精度高、實(shí)時(shí)性好、智能化程度高、體積小、重量輕、攜帶方便及一機(jī)多用等特點(diǎn)，取得了令人滿意的效果，具有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)
1　程遠(yuǎn)楚．80C51FA在智能信號(hào)裝置中的應(yīng)用．電子技術(shù)應(yīng)用，1997年第6期
2　何立民．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990年
3　余水寶．單片機(jī)在高精度測頻中的應(yīng)用．電子測量技術(shù)，1995年