基于AT89S52的脈沖參數(shù)測試儀

摘要 設(shè)計(jì)的脈沖參數(shù)測試儀可對脈沖的脈沖寬度、周期、頻率、占空比及峰值進(jìn)行測量與顯示，讀數(shù)方便。利用AT89S52對經(jīng)過LM393整形后的輸入信號直接進(jìn)行脈沖寬度、周期、頻率以及占空比的測量，并由軟件實(shí)現(xiàn);通過LM398實(shí)現(xiàn)了峰值保持，并用LF331將該峰值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率，以便于AT89S52完成最終測量并顯示。該儀器性能良好、電路實(shí)現(xiàn)簡單、測試結(jié)果準(zhǔn)確。

電力生產(chǎn)及其他工業(yè)現(xiàn)場有各種脈沖信號，在對故障處理及分析時(shí)要對這些脈沖信號相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量與分析，基于單片機(jī)的脈沖參數(shù)測試儀能夠測量脈沖信號的脈沖寬度、周期、頻率、占空比及峰值進(jìn)行測量，具有測量范圍寬、性能穩(wěn)定、讀數(shù)快捷方便等特點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)能較好地滿足電力生產(chǎn)及其他工業(yè)現(xiàn)場脈沖信號參數(shù)的測量與分析。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)功能

(1)可測量脈沖寬度;(2)可測量脈沖周期、頻率;(3)可測量脈沖占空比;(4)可測量峰值。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)系統(tǒng)功能要求得出系統(tǒng)框圖如圖1所示。利用LF398進(jìn)行峰值采樣保持，再利用LM331進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換，單片機(jī)通過測量轉(zhuǎn)換后信號的頻率來測量峰值;由于采樣信號幅值不確定，需先對采樣信號進(jìn)行整形，整形后的信號輸入單片機(jī)進(jìn)行周期、頻率、脈沖寬度以及占空比的測量。

2 各單元電路設(shè)計(jì)

2.1 整形單元電路

用LM393芯片構(gòu)成，其電路如圖2所示，將輸入信號與地比較，當(dāng)輸入>0時(shí)輸出高電平，<0時(shí)輸出低電平。

2.2 采樣保持單元電路

以專用芯片LF398為核心，具體電路如圖3所示。比較器LM393的輸出端控制LF398的工作狀態(tài)：當(dāng)輸入>0時(shí)，比較器輸出高電平，LF398工作于采樣(跟隨)狀態(tài)，即輸出等于輸入;當(dāng)輸入<0時(shí)，比較器輸出低電平，控制LF398工作于保持狀態(tài)，即輸出原來的值。

2.3 V/F單元電路

主要用V/F轉(zhuǎn)換芯片LM331組成，其電路如圖4所示。其工作原理是將經(jīng)過采樣保持的電壓峰值Vo轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的脈沖信號，通過對信號頻率的測量來實(shí)現(xiàn)對電壓的測量，U/F輸出頻率與輸入電壓的關(guān)系為：f=Vo×R10/(2.09R7×RsxC4)=Vo×36 kΩ/(2.09×360 kΩ×10 kΩ×470 pF)，當(dāng)Vo為0～10 V時(shí)，對應(yīng)的輸出頻率約為0～100 kHz，輸入電壓和輸出頻率存在線性關(guān)系。

經(jīng)過以上各單元電路的連接，在整個(gè)系統(tǒng)的電路中被測信號從一端經(jīng)過整形后輸入到單片機(jī)的INT0進(jìn)行脈沖寬度、周期、頻率、及占空比測量，被測信號從另一端經(jīng)過采樣保持以及V/F轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)計(jì)數(shù)器的外部輸入端T0進(jìn)行峰值測量。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 基本描述

軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，利用對鍵盤的查詢方式來改變設(shè)置變量的值，根據(jù)設(shè)置變量的值來完成各模塊的測量與顯示。具體是設(shè)置變量A，初值為0，此時(shí)顯示為0;通過對鍵盤輸入接口的查詢來改變A的值，當(dāng)A=1時(shí)，完成對脈沖寬度的測量與顯示;A=2時(shí)完成對脈沖周期、頻率的測量與顯示;當(dāng)A=3時(shí)完成對占空比測量與顯示;當(dāng)A=4時(shí)，完成對峰值的測量與顯示，主流程圖如圖5所示。

3.2 子程序模塊

(1)脈沖寬度測量。將INT0設(shè)置為下降沿觸發(fā)，中斷后高電平來臨時(shí)開啟內(nèi)部計(jì)數(shù)器，下次中斷來臨停止內(nèi)部計(jì)數(shù)器，此數(shù)據(jù)即是脈沖寬度。

(2)周期頻率測量。將INT0設(shè)置為下降沿觸發(fā)，中斷后開啟內(nèi)部計(jì)數(shù)器，在下一次中斷來臨時(shí)停止計(jì)數(shù)，此數(shù)據(jù)為脈沖周期，根據(jù)f=1/T可得頻率值。

(3)占空比測量。分別測出脈沖寬度與周期后根據(jù)占空比=脈沖寬度/周期得出。

(4)峰值測量。由于輸入信號經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)換，所以對峰值的測量實(shí)際是對轉(zhuǎn)換后信號頻率的測量，具體過程是開啟內(nèi)部定時(shí)器，定時(shí)1 s，對T0端輸入信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，定時(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)結(jié)束，根據(jù)V/F轉(zhuǎn)換的線性關(guān)系可得出峰值電壓。

4 結(jié)束語

該脈沖參數(shù)測試儀能夠?qū)崿F(xiàn)對脈沖寬度、周期、頻率、占空比及峰值的測量，在峰值采樣保持與U/F轉(zhuǎn)換存在一定的誤差，適當(dāng)選取LF3986腳的接地電容可在一定程度上減小峰值誤差，還可通過多次測試，利用軟件對該誤差進(jìn)行補(bǔ)償，在一定范圍內(nèi)能夠在工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行較好應(yīng)用。