HT46R47組成的電壓頻率測(cè)量顯示電路

　　引言

　　對(duì)單片機(jī)為核心構(gòu)成的智能檢測(cè)儀器,測(cè)量電壓、頻率時(shí)有多種方法。一般對(duì)電壓測(cè)量采用A/D轉(zhuǎn)換法或V/F轉(zhuǎn)換法。對(duì)頻率測(cè)量則采用測(cè)頻法或測(cè)周法。具體說：

　　·A/D轉(zhuǎn)換法將被測(cè)電壓信號(hào)經(jīng)過阻抗匹配,變成單片機(jī)可測(cè)量的電壓范圍,后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)得相應(yīng)的電壓值。

　　·V/F轉(zhuǎn)換則將被測(cè)電壓加到V/F轉(zhuǎn)換器上,然后對(duì)輸出的頻率進(jìn)行測(cè)量,后經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部程序的換算轉(zhuǎn)換為電壓值。

　　·測(cè)頻法是利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一定門限內(nèi)的頻率信號(hào)脈沖數(shù)。

　　·測(cè)周法是計(jì)時(shí)一定數(shù)量的被測(cè)頻率信號(hào)的脈沖的時(shí)間?？偟膩?lái)說,每種方法都是針對(duì)不同的信號(hào),充分利用單片機(jī)的資源進(jìn)行測(cè)量的。

　　本文用HT46R47單片機(jī)完成對(duì)電壓、頻率的測(cè)量,采用A/D轉(zhuǎn)換法和測(cè)頻法。

　　硬件電路

　　·檢測(cè)電路(圖1)　

　　圖1 電壓電流頻率檢測(cè)電路

　　采樣的交流電流由3PIN的1引腳輸入,經(jīng)U5放大接入HT46R47的PA6引腳,來(lái)測(cè)量電流。采樣的交流電壓由3PIN的3引腳輸入,經(jīng)U1放大,U2比較得到一系列脈沖輸入到HT46R47的PA4/TMR引腳,來(lái)測(cè)量頻率。同時(shí)由PIN3引腳輸入的交流電壓經(jīng)過U1、U3、U4的放大整流,再由VT2的集電極輸入到HT46R47的PA7引腳,來(lái)測(cè)量電壓。

　　·HT46R47外圍電路(圖2)

　　                    圖2 HT46R47外圍電路

　　D1、D2、U1組成控制電路的輔助電源,防止掉電丟失數(shù)據(jù)。其中U1=4V,VCC=5V。

　　C3、C4、C5、R2、R3組成控制電路的復(fù)位電路,保證程序上電時(shí)能進(jìn)入復(fù)位程序。

　　R4、4MHz晶振為芯片提供精確的系統(tǒng)時(shí)鐘。

　　R1、BELL、VT3和1K 的電阻組成蜂鳴器發(fā)聲系統(tǒng),PA3/PFD為可編程脈寬調(diào)制輸出。

　　C1、C2、D3、D4、U2等組成掉電中斷保護(hù)電路。正常供電時(shí)PA5/INT引腳為高電平,當(dāng)?shù)綦姇r(shí)U2輸出低電平使HT46R47外部中斷,中斷程序可以對(duì)正在處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。掉電時(shí),C1、C2為U2提供短時(shí)電源。

　　PB1/AN1、PB2/AN2、PB3/AN3、PD0/PWM可控制主電路的電流、電壓、頻率以及主電路的電源開關(guān)。

　　·顯示電路(圖3)

　　圖3 顯示電路

　　C1電容可抑制HD7279A輸出大電流時(shí)對(duì)電源的影響。

　　1.5KΩ電阻和15PF電容為HD7279A晶振時(shí)鐘的典型配置。

　　與數(shù)碼管連接的8只200Ω的電阻不可省去,它們是用來(lái)限制LED數(shù)碼管的電流。

　　8只100K 的下拉電阻和1只10KΩ的位選電阻在無(wú)鍵盤配置的情況下均可省去。HD7279A應(yīng)連接高亮或超高亮度型號(hào)的共陰極數(shù)碼管。其字符高度不宜超過1英寸。

　　PA6、PB0/AN0、PA7、PA4/TMR分別作為過流檢測(cè)、電壓檢測(cè)、過壓檢測(cè)、頻率檢測(cè)。測(cè)得的數(shù)值經(jīng)處理后,輸出給HD7279A顯示電壓、頻率,可控制蜂鳴器報(bào)警。

　　PA0、PA1、PA2分別與HD7279A的CLK、DATA、KEY等引腳相連提供顯示數(shù)據(jù),同時(shí)接受HD7279A傳來(lái)的鍵值。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　電壓測(cè)量的過程就是A/D轉(zhuǎn)換的過程,電壓的A/D測(cè)量是由HT46R47中的PB0口完成的,其中A/D轉(zhuǎn)換控制器中的START位為A/D轉(zhuǎn)換的控制開關(guān)。程序流程如圖4。

　　                              圖4 電壓測(cè)量流程圖

　　測(cè)量頻率是由HT46R47的PA4/TMR口完成的。若使其定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作在外部事件計(jì)數(shù)狀態(tài),則必須：端口控制器將PA4/TMR口設(shè)定位輸入狀態(tài);其定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制器的TM1和TM0位設(shè)定為01。以測(cè)量1000Hz頻率信號(hào)為例,由于HT46R47定時(shí)/計(jì)數(shù)器寄存器為8位,故選閘門時(shí)間為0.1秒。程序流程如圖5。
                              

　　                          圖5 頻率測(cè)量流程圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差分析

　　電壓誤差的主要原因如下：

　　·A/D轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的量化誤差。

　　HT46R47的A/D轉(zhuǎn)換器為9位,測(cè)得的值與實(shí)際值存在著最大為5/512V的誤差。

　　·電壓波動(dòng)帶來(lái)的誤差

　　電壓的波動(dòng)會(huì)使被測(cè)值偏離真值抖動(dòng),使得結(jié)果產(chǎn)生微小的誤差。

　　產(chǎn)生頻率誤差的主要原因如下：

　　·恒溫晶體的誤差

　　由于被測(cè)信號(hào)的測(cè)量頻率是通過其在閘門時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值與在同一時(shí)間內(nèi)的基準(zhǔn)頻率的計(jì)數(shù)值相比較而得出的,所以作為基準(zhǔn)頻率的恒溫晶體的誤差將會(huì)直接影響到測(cè)試結(jié)果。

　　·電壓波動(dòng)帶來(lái)的誤差

　　電壓的波動(dòng)會(huì)使晶體振蕩器的輸出頻率產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng),這也會(huì)使測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生微小的誤差。

　　·干擾帶來(lái)的誤差

　　電路內(nèi)部的干擾或周圍環(huán)境產(chǎn)生的干擾均會(huì)使被測(cè)信號(hào)在時(shí)域上發(fā)生變形,當(dāng)干擾信號(hào)的強(qiáng)度足以使信號(hào)在某些時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)時(shí),誤差也就隨之產(chǎn)生了。

　　·極間電路阻抗不匹配所產(chǎn)生的誤差

　　當(dāng)級(jí)間電路阻抗不能做到完全匹配時(shí),傳輸線上將會(huì)存在波動(dòng)的反射,該反射波與被測(cè)信號(hào)的輸入相疊加時(shí),也會(huì)使信號(hào)在時(shí)域內(nèi)發(fā)生變形,從而造成一定的誤差。

　　結(jié)語(yǔ)

　　由于HT46R47的指令系統(tǒng)為單周期指令,在工程應(yīng)用中,具有極強(qiáng)的抗干擾能力。使用HD7279A驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管,滿足了控制系統(tǒng)的要求,降低了開發(fā)成本,使系統(tǒng)具有靈活性,充分利用了單片機(jī)的資源。本電路在實(shí)際應(yīng)用于無(wú)機(jī)電致發(fā)光顯示器驅(qū)動(dòng)電源顯示電路中,表現(xiàn)了良好的性能?！?br />