一種基于單片機的交流頻率檢測系統

2.1 模擬電路部分的設計

圖2為模擬部分原理。下面主要闡述該電路的工作原理：

圖2 模擬部分原理圖

考慮到交流信號中可能含有一定的直流信號，而直流信號會(huì )引起交流波形的上移或下移，這可能會(huì )導致原有交流信號沒(méi)有零點(diǎn)，這就談不上過(guò)零檢測、周期脈沖了，因此要根據交流信號的實(shí)際情況，在交流信號的出口處用設個(gè)適當的電容，起到隔直的作用。

R1和R2是限流電阻，保護后面的穩壓管、二極管、光電耦合器在額定功耗范圍內。由于這里的交流信號源選取的是220V市電正弦信號，所以R1和R2的阻值要比較大而且功率要比較大，該系統使用的是 、1W的電阻。

D1和D2是齊納穩壓管，主要作用是限壓，保護整流橋的整流二極管使其反向電壓在范圍之內。該系統選用的穩壓管型號是1N4736其穩壓范圍是 ，遠遠小于整流二極管的反向耐壓。圖3為穩壓管的端電壓（即圖1中的Vi1－Vi2）波形。

圖3 穩壓管的端電壓波形

D3是整流橋，將交流電進(jìn)行全波整流，使電流方向恒定。圖4為整流橋兩端的電壓（即圖中的V1-V3）波形。

圖4 整流橋的端電壓波形

U2是光電耦合器，其作用有二：信號轉變功能，將整流后的交流信號轉變?yōu)槊}沖信號；強弱電隔離功能，使強電部分和弱電部分在電氣上處于隔離狀態(tài)，在強電部分發(fā)生故障時(shí)不會(huì )損壞后面的弱電電路包括單片機系統。該系統使用的型號是4N25，有良好的開(kāi)關(guān)特性，而且它的開(kāi)關(guān)時(shí)間可以通過(guò)基級電阻進(jìn)行調節，圖5為其基級電阻在給定環(huán)境下的開(kāi)關(guān)特性[3]。其集電極—發(fā)射級的電壓（V5）波形，見(jiàn)圖6。

圖6 光電耦合器（4N25）的集電極—發(fā)射級的電壓波形

Q1為三級管，作用是將V5的脈沖信號轉化為單片機所能識別的高低電平（0－3.3V）。因此Q1必須工作開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和狀態(tài)和截至狀態(tài)不斷切換的過(guò)程中。系統中的電阻R6和R7阻值的選取主要使三級管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。圖7為Q1工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的幾個(gè)指標R6上的電流r6[i]=Ib，R7上的電流r7[i]=Ic，V5＝Vbe，V6＝Vce。

圖7 三級管的開(kāi)關(guān)特性