基于單片機控制的帶鎖相環(huán)三路智能同步采集卡設計

從圖3可知：VCO的輸出可以經(jīng)由一除法器進(jìn)行N分頻后，再送至相位比較器Ⅰ，并進(jìn)而與VI進(jìn)行相位比較，最后使f2′=f1，二者的相位差恒定，從而實(shí)現鎖相。由于f2′=f2/N=f1，可推得：f2=Nf1，由此表明：盡管從局部看使用除法器完成的是分頻，但就鎖相環(huán)整體而言卻是實(shí)現N倍頻。本文作者正是利用CD4046的這一特性并配以三片可編程計數器芯片MC14522　構成120倍頻器(見(jiàn)圖4)，從而實(shí)現三路信號在一個(gè)周波內完成120點(diǎn)同步采集。

2 系統設計

2.1 硬件設計

結合上述圖1所示的系統硬件結構組成框圖及測試性能要求，本系統選用當前較為流行的集成度較高的嵌入式8位單片機87C196NT作為主控器(并擴展了一片EPROM-2764)，A/D轉換器采用性?xún)r(jià)比較高且內含由三態(tài)緩沖器和鎖存器的12位AD1674集成芯片通過(guò)三片采樣/保持器新片LF398以及多路轉換開(kāi)關(guān)CD4051和CD4052的有機組合實(shí)現三路信號的同步采集以及AD1674分時(shí)轉換和量程的自動(dòng)改變120倍頻器由CD4046集成鎖相環(huán)芯片和整型放大器4069及三片可編程計數器MC14522組成;另外在通訊接口的設計上選用了當前較為流行的CAN串行通信接口。其硬件接線(xiàn)結構圖見(jiàn)圖4。

2.2 120分頻器設計

根據系統要求(在一個(gè)周期內完成三路共120點(diǎn)采集)，本系統選用了鎖相環(huán)芯片CD4046和三片可編程計數器芯片(MC14522)，其中三片MC14522按圖5所示接線(xiàn)圖連接。圖中個(gè)位所示計數器芯片的輸入端(CP端)接從第三路取樣后經(jīng)4069放大器放大、濾波、整形后的輸出信號而其輸出接4046的PHI1端?？偟姆诸l系數N=100N1+10N2+N3，因此，只需給三片計數器置以相應的計數值便可實(shí)現相應的分頻系數。本系統要求N=120，根據接線(xiàn)圖可以分別向百位/十位/個(gè)位置計數值1、2、0(即通過(guò)單片機向其數據輸入端送二進(jìn)制0001、0010、0000)便可實(shí)現120倍的分頻，而對于整個(gè)鎖相環(huán)來(lái)說(shuō)則實(shí)現了120倍頻。

2.3 軟件設計

系統軟件部分主要是系統主程序、采集子程序、通訊子程序和數字濾波子程序等設計，其中采集子程序作為中斷子程序存在;數字濾波采用遞推中值算法;所有程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。

數據采集技術(shù)作為一門(mén)基礎性和綜合性相結合的技術(shù)，在當今迅速發(fā)展的信息時(shí)代里起著(zhù)“基礎性和導向”作用，而隨著(zhù)信息技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)的快速發(fā)展在大力推動(dòng)數據采集技術(shù)發(fā)展和大范圍應用的同時(shí)，也對實(shí)現數據采集技術(shù)的載體——數據采集子系統提出新的和更高的要求：使其進(jìn)一步朝著(zhù)微型化、智能化、柔性化方向發(fā)展。為此，結合電力系統參數測試的特點(diǎn)和要求，本文作者在設計“三路快速、高精度同步采集卡”過(guò)程中，圍繞以提高系統性能的目標從系統結構和采集技術(shù)兩方面都進(jìn)行了大膽的探索和嘗試。經(jīng)過(guò)測試表明：該“智能采集卡”性能穩定可靠，并具有較好的柔性和智能性，較好地滿(mǎn)足了設計指標和測試的要求。