多功能金屬探測器的研究與設計

（2）基準頻率電路

基準頻率電路采用有源晶振進(jìn)行分頻得到，此處晶振選用頻率為32.768KHz的5V供電的TTL電平，經(jīng)過(guò)CD4060進(jìn)行32分頻后得到1.024KHz的基準信號。

（3）差頻電路

感應信號與基準信號進(jìn)行差頻處理，得到差頻信號，這個(gè)功能采用如下方法實(shí)現：兩路信號作為異或門(mén)的兩個(gè)輸入端，異或門(mén)輸出是包含著(zhù)兩種頻率成分的信號，分別為感應信號與基準信號的和頻分量與差頻分量，通過(guò)對輸出信號進(jìn)行低通濾波，即得到所需要的差頻分量。

當感應探頭附近沒(méi)有金屬物體的時(shí)候，差頻信號約為10Hz左右，為了提高信號的靈敏度，將差頻率信號進(jìn)行倍頻處理。通過(guò)將差頻信號經(jīng)過(guò)PLL進(jìn)行100倍頻后，輸出信號頻率在1000Hz左右變化。

（4）頻率測量電路

頻率測量是本系統的核心部分之一，頻率測量的方法有很多：測周期法主要針對低頻的，脈沖計數法則主要針對高頻的。因此，這兩種方法在應用的過(guò)程中都有一定的局限性。本系統采用的是等精度測頻：利用AVR單片機與CPLD相結合進(jìn)行頻率測量，具有測頻精度高、范圍寬的特點(diǎn)，并且測量的精度與待測信號無(wú)關(guān)，只與基準頻率有關(guān)。

本系統中，AVR控制CPLD對待測信號與基準信號進(jìn)行計數，并讀取測量數據，對數據進(jìn)行處理后，通過(guò)LCD進(jìn)行顯示。為了使用戶(hù)操作本系統時(shí)更加的方便，編寫(xiě)了一個(gè)簡(jiǎn)單的菜單程序，通過(guò)3×5鍵盤(pán)對相應的菜單項進(jìn)行操作，完成相應的功能。

頻率測量一般都是由計數器和定時(shí)器完成，將兩個(gè)定時(shí)／計數器一個(gè)設置為定時(shí)器，另一個(gè)設置為計數器，定時(shí)時(shí)間到后產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中處理結果，求出頻率。這種方法雖然測量范圍較寬，但由于存在軟件延時(shí)，盡管在高頻段能達到較高的精度，而低頻段的測量精度較低。所以利用單片機測頻時(shí)，如果選擇不好的測量方法，可能會(huì )引起很大的誤差。測量頻率時(shí)，如果不是真正依靠硬件控制計數或定時(shí)，而是由軟件查詢(xún)或中斷響應后再停止計數，雖然理論上能達到很高的精度，但實(shí)際測量中由于單片機響應有一定的時(shí)間延遲，難以做到精確測量。因此，本系統擬采用等精度測頻發(fā)來(lái)實(shí)現頻率測量。

等精度測頻工作原理：

等精度頻率測量用被測信號的多周期而不是單周期作門(mén)控信號；門(mén)控信號周期數可根據被測頻率的大小自動(dòng)調節，使計數值N保持不變，從而實(shí)現等精度測量。

預置門(mén)控信號是寬度為T(mén)的一個(gè)脈沖，Counterl和Counter2是兩個(gè)可控計數器，標準頻率信號從Counter1的時(shí)鐘輸入端CLK輸入，其頻率為Fs；經(jīng)整形后的被測信號從Counter2的時(shí)鐘輸入端CLK輸入，設其實(shí)際頻率為Fxe，測量頻率為Fx。

當預置門(mén)控信號為高電平時(shí)，經(jīng)整形后的被測信號的上沿通過(guò)D觸發(fā)器的Q端同時(shí)啟動(dòng)計數器Counter1和Counter2。Counter1、Counter2分別對被測信號(頻率為Fx)和標準頻率信號(頻率為Fs)同時(shí)計數。當預置門(mén)信號為低電平時(shí)，隨后而至的被測信號的上沿將使這兩個(gè)計數器同時(shí)關(guān)閉，時(shí)序圖如圖3所示。設在一次預置門(mén)時(shí)間T中對被測信號計數值為Nx；對標準頻率信號的計數值為Ns，則下式成立：

Fx/Nx=Fy/Ny Fx=(Fy/Ny)*Nx

本系統利用AVR單片機與CPLD相結合來(lái)實(shí)現等精度測頻，具有測頻精度高，范圍寬的特點(diǎn)，并且測量的精度與待測信號無(wú)關(guān)，只與基準頻率有關(guān)。