單片機智能頻率信號裝置

0 概 述

在電力系統發(fā)電機組的調試試驗工作及其它工程實(shí)踐中，特別是旋轉機械的調試工作中，廣泛使用低頻信號發(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發(fā)生器或由電子管組成的工頻信號源；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不穩定，給調試工作帶來(lái)了極大的不便。此外，在旋轉機械的起動(dòng)、停止和試運轉過(guò)程中，還需要測量其轉速（頻率）及記錄其變化過(guò)程。本文介紹一種由單片機組成的同時(shí)兼具信號發(fā)生和頻率測量的智能信號裝置，它充分發(fā)揮單片機智能控制的特長(cháng)，具有體積小、重量輕、能發(fā)生超低頻信號、可編程模擬旋轉機械的動(dòng)態(tài)過(guò)程等一系列優(yōu)點(diǎn)。

1 系統組成

智能信號裝置以8031為主芯片構成，其系統組成如圖1所示。其中2764用于存放工作程序，6116用于存放編程參數、控制參數、信號設定值及測量結果，8279用于鍵盤(pán)掃描和顯示參數信息，DAC1210用于模擬輸出，8254用來(lái)產(chǎn)生高精度的方波信號和擴展頻率測量的分辨率和精度。

2 頻率測量

頻率測量原理見(jiàn)圖1，被測信號經(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位計數器。計數器的溢出次數由8031的 INT0計數，方波的下降沿申請INT1中斷讀取8254計數器0的計數值和溢出次數。顯然，由于二分頻的作用，所測之值即為被測信號的周期。即：T＝ C／f0（式中：f0———8254的時(shí)鐘頻率；C———計數值）

3 信號發(fā)生

設置有方波和正弦波兩路信號輸出。正弦由模擬輸出通道輸出；方波由可編程計數器8254的計數器1、計數器2串級分頻后經(jīng)功率放大輸出。8254的計數器1和計數器2均按方式3運行。當計數器的編程值為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構成。主要是將被測信號的頻率轉換成相對應的電壓輸出，供錄波和其它裝置采樣使用。此外，在需要正弦波信號的應用場(chǎng)合，也可以將其編程為正弦波輸出，構成第二路信號發(fā)生器。此時(shí)，DAC1210的輸出由定時(shí)器1按1／n個(gè)信號周期定時(shí)啟動(dòng)，其值則由存儲于EPROM正弦波序列查表確定。已知單片機的定時(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值也應能根據信號要求自動(dòng)調整。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(mǎn)足某些特定工程的需要，所以，應根據信號頻率自動(dòng)調整n個(gè)定時(shí)時(shí)間內的定時(shí)值，以保證輸出正弦波的分辨率最高。

5 編程控制

由于采用單片機構成信號裝置，可以充分發(fā)揮單片機的控制和數據存儲功能，構成智能型儀表。除信號發(fā)生值可以任意設置（數字給定）外，還可設置模擬端口的功能及調整模擬輸出與被測信號的對應關(guān)系；或將發(fā)出的信號編程為階躍變化、斜坡變化、等幅周期性變化、衰減周期性變化、按時(shí)間過(guò)程連續性曲線(xiàn)變化等，其變化幅值、斜率、變化周期、衰減率等均可根據實(shí)際情況進(jìn)行編程，以滿(mǎn)足各種特定的工程需要。

6 結束語(yǔ)

以本文原理構成的儀器已形成產(chǎn)品，并在水輪發(fā)電機組的測試試驗中得到了應用。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、攜帶方便及一機多用等特點(diǎn)，取得了令人滿(mǎn)意的效果，具有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻
1　程遠楚．80C51FA在智能信號裝置中的應用．電子技術(shù)應用，1997年第6期
2　何立民．單片機應用系統設計．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990年
3　余水寶．單片機在高精度測頻中的應用．電子測量技術(shù)，1995年