基于單片機的選頻表自動(dòng)變步長(cháng)的設計實(shí)現

在小規模話(huà)路、基群、超群載波通訊中廣泛使用電頻振蕩器和選頻表來(lái)測量載波通訊設備與線(xiàn)路的電平、增益、衰減、防衛度等特性?，F在振蕩器和選頻表已經(jīng)基本上利用數字化器件產(chǎn)生頻率,得到高精度的正弦波信號,再對其進(jìn)行必要的處理送給輸出或乘法器。但由于傳統的儀器采取的是模擬器件產(chǎn)生頻率,并采取轉動(dòng)轉輪來(lái)改變頻率達到使用目的,為了滿(mǎn)足傳統用戶(hù)的使用習慣和要求,故必須在新的數字化設備上實(shí)現此功能?，F在有的數字化設備上已經(jīng)實(shí)現此功能,但轉輪必須配合步長(cháng)鍵來(lái)使用,即用戶(hù)只能先設置合適的步長(cháng),然后轉動(dòng)轉輪才能達到合適的變化量,在大頻率的調節當中用戶(hù)覺(jué)得很不方便, 我們在設計中實(shí)現了轉動(dòng)轉輪時(shí)能夠根據轉輪的轉動(dòng)速度自動(dòng)調節步長(cháng)功能：速度越快,頻率變化的步長(cháng)越大；速度越慢,則頻率變化的步長(cháng)越小。這樣在調節頻率時(shí),須大范圍變化時(shí)可快速轉動(dòng)轉輪,而細調時(shí)則慢慢的轉動(dòng)轉輪,達到微調效果。在實(shí)際的使用中證明:此種調節方法比較符合操作人員的習慣,因此具有較好的使用價(jià)值。

此方法采取發(fā)射接收對管加轉輪實(shí)現變步長(cháng),如圖1所示,電路的采樣部分由一個(gè)圓形的扇葉和兩組紅外發(fā)射接收對管組成(扇葉按圖2所示做成,空隙和葉片的寬度為1:1)。由于一組紅外發(fā)射接收對管檢測扇葉轉動(dòng)時(shí),只能檢測出輪輪是否在轉動(dòng),而無(wú)法判斷出它的轉向,所以必須采用兩組紅外發(fā)射接收對管。令兩組紅外發(fā)射接收對管分別為A和B（A和B兩點(diǎn)間的距離要保證小于葉片或空隙的寬度）,當紅外發(fā)射接受對管工作時(shí),若對管之間是空隙（無(wú)葉片）,則接收管的輸出為”0”, 若對管之間是葉片,則接收管的輸出為“1”。

現在分析如何判斷出轉輪的轉向。如圖2 所示,在任意時(shí)刻，A和B的輸出只存在四種狀態(tài): 0 0 , 0 1 , 1 0 , 1 1。以A和B處于 1 1狀態(tài)為例,如果轉輪正轉時(shí),即扇葉順時(shí)針轉動(dòng),A和B的下一個(gè)狀態(tài)必然為 1 0 ；如果轉輪倒轉時(shí),扇葉逆時(shí)針轉動(dòng),A和B的下一個(gè)狀態(tài)必然為0 1 。由此我們可判斷出轉輪的轉向。在正常工作時(shí),先檢測A和B的狀態(tài),并將該狀態(tài)保存下來(lái),然后一直檢測A和B的狀態(tài),一旦狀態(tài)發(fā)生變化即轉輪開(kāi)始轉動(dòng),讀出A和B的狀態(tài),按表中所示的變化規律,得出轉輪的轉向,從而進(jìn)行相應的處理,然后返回，刷新?tīng)顟B(tài)保存，并繼續檢測，即在轉動(dòng)過(guò)程中不斷檢測出A和B的狀態(tài),更新?tīng)顟B(tài)保存,并根據下一個(gè)狀態(tài)不斷進(jìn)行轉向判斷。由于通常單片機的指令執行時(shí)間只有us數量級, 所以A和B的狀態(tài)一旦發(fā)生變化時(shí),立刻就會(huì )被檢測出來(lái),因此狀態(tài)變化情況都被包括在表1中,而不會(huì )出現從1 1變化到0 0之類(lèi)情況。實(shí)踐當中,我們采用AMD公司的PIC16C74A單片機,使用4.000MHZ的晶振,指令的執行時(shí)間為1us,檢測的狀態(tài)變化情況都如表 1所示,沒(méi)有出現異?，F象。

狀態(tài)變化表

下面簡(jiǎn)介如何自動(dòng)判斷步長(cháng),這主要由單片機的軟件實(shí)現:當A和B的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),記錄下來(lái)從一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)所需的時(shí)間,設定一定的時(shí)間門(mén)限值,狀態(tài)變化時(shí)間越短,轉輪轉動(dòng)速度越快,步長(cháng)越大；相反，狀態(tài)變化時(shí)間越長(cháng),轉輪轉動(dòng)速度越慢,步長(cháng)越小。根據狀態(tài)變化所需的時(shí)間,判斷出屬于哪一類(lèi)步長(cháng),調用相應處理即可達到自動(dòng)變步長(cháng)的效果。在具體的實(shí)現過(guò)程中,從開(kāi)始讀A和B的狀態(tài)并保存狀態(tài)時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)單片機的內部計時(shí)器,一旦判斷出A和B的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),關(guān)斷計數器,讀出計數器的值,算出所需的時(shí)間,然后由此時(shí)間判斷出在哪一個(gè)門(mén)限值之間,從而設置正確的步長(cháng),達到自動(dòng)變步長(cháng)的目的。為了使單片機盡可能地把時(shí)間花在檢測轉輪的變化上,所以在內部計數器的設置上我們采取分頻數選大一點(diǎn)的措施,即執行128條指令時(shí)內部計數器中斷一次。圖3給出程序的框圖。

圖 3

在實(shí)際產(chǎn)品中，也有采用直流電機來(lái)實(shí)現變步長(cháng)功能的方法。對于永磁式直流電機而言,當轉動(dòng)電動(dòng)機的轉子時(shí),電動(dòng)機的線(xiàn)圈中會(huì )流過(guò)一定的電流,表現在電動(dòng)機的接線(xiàn)端口上就有一定的電壓,當電動(dòng)機的轉子正轉時(shí),電機輸出為正電壓；如果反轉時(shí),輸出為負電壓,并且轉動(dòng)轉子的速度越快,輸出電壓越高。利用永磁式直流電機的這一特點(diǎn),將電機的輸出電壓經(jīng) A/D轉換后檢測出轉輪的轉向和轉速。以上介紹的采取發(fā)射接收對管實(shí)現自動(dòng)變步長(cháng)的方法相對于直流電機法具有不用模擬 /數字轉換器（ADC），結構簡(jiǎn)單，易于實(shí)現，成本很低的優(yōu)點(diǎn)，當然在實(shí)際應用中需考慮到操作時(shí)轉動(dòng)轉輪的速度可能不太均勻，在軟件的實(shí)現上要加上一定的速度保持控制功能。這種基于單片機的自動(dòng)變步長(cháng)方法，在實(shí)際中已分別地運用于新型數字化的HX-D11型選頻電平表和HX-G11型電平振蕩器中，取得了令人滿(mǎn)意的效果。此方法，也可應用于數字化掃頻儀等儀器中。

參考文獻
《PIC系列單片機原理和程序設計》竇振中京航空航天大學(xué)出版社
TLC548/549的使用指南 美國TI儀器公司