基于A(yíng)T89S52的脈沖參數測試儀

摘要 設計的脈沖參數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，讀數方便。利用AT89S52對經(jīng)過(guò)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;通過(guò)LM398實(shí)現了峰值保持，并用LF331將該峰值轉換成相應頻率，以便于AT89S52完成最終測量并顯示。該儀器性能良好、電路實(shí)現簡(jiǎn)單、測試結果準確。

電力生產(chǎn)及其他工業(yè)現場(chǎng)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)參數進(jìn)行測量與分析，基于單片機的脈沖參數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、性能穩定、讀數快捷方便等特點(diǎn)，在一定范圍內能較好地滿(mǎn)足電力生產(chǎn)及其他工業(yè)現場(chǎng)脈沖信號參數的測量與分析。

1 系統方案

1.1 系統功能

(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 系統結構框圖

根據系統功能要求得出系統框圖如圖1所示。利用LF398進(jìn)行峰值采樣保持，再利用LM331進(jìn)行V/F轉換，單片機通過(guò)測量轉換后信號的頻率來(lái)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 各單元電路設計

2.1 整形單元電路

用LM393芯片構成，其電路如圖2所示，將輸入信號與地比較，當輸入>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(zhuān)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(lái)的值。

2.3 V/F單元電路

主要用V/F轉換芯片LM331組成，其電路如圖4所示。其工作原理是將經(jīng)過(guò)采樣保持的電壓峰值Vo轉換為相應頻率的脈沖信號，通過(guò)對信號頻率的測量來(lái)實(shí)現對電壓的測量，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Vo為0～10 V時(shí)，對應的輸出頻率約為0～100 kHz，輸入電壓和輸出頻率存在線(xiàn)性關(guān)系。

經(jīng)過(guò)以上各單元電路的連接，在整個(gè)系統的電路中被測信號從一端經(jīng)過(guò)整形后輸入到單片機的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(guò)采樣保持以及V/F轉換后輸入到單片機計數器的外部輸入端T0進(jìn)行峰值測量。

3 軟件設計

3.1 基本描述

軟件采用模塊化設計，利用對鍵盤(pán)的查詢(xún)方式來(lái)改變設置變量的值，根據設置變量的值來(lái)完成各模塊的測量與顯示。具體是設置變量A，初值為0，此時(shí)顯示為0;通過(guò)對鍵盤(pán)輸入接口的查詢(xún)來(lái)改變A的值，當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A=3時(shí)完成對占空比測量與顯示;當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設置為下降沿觸發(fā)，中斷后高電平來(lái)臨時(shí)開(kāi)啟內部計數器，下次中斷來(lái)臨停止內部計數器，此數據即是脈沖寬度。

(2)周期頻率測量。將INT0設置為下降沿觸發(fā)，中斷后開(kāi)啟內部計數器，在下一次中斷來(lái)臨時(shí)停止計數，此數據為脈沖周期，根據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(guò)V/F轉換，所以對峰值的測量實(shí)際是對轉換后信號頻率的測量，具體過(guò)程是開(kāi)啟內部定時(shí)器，定時(shí)1 s，對T0端輸入信號進(jìn)行計數，定時(shí)結束計數結束，根據V/F轉換的線(xiàn)性關(guān)系可得出峰值電壓。

4 結束語(yǔ)

該脈沖參數測試儀能夠實(shí)現對脈沖寬度、周期、頻率、占空比及峰值的測量，在峰值采樣保持與U/F轉換存在一定的誤差，適當選取LF3986腳的接地電容可在一定程度上減小峰值誤差，還可通過(guò)多次測試，利用軟件對該誤差進(jìn)行補償，在一定范圍內能夠在工業(yè)現場(chǎng)進(jìn)行較好應用。