幅度頻率測(cè)量電路的設(shè)計(jì)(H題)

幅度頻率測(cè)量電路的設(shè)計(jì)（H題）系統(tǒng)方案：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。目前單片機(jī)種類很多，單片機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用TI公司的MSP430單片機(jī)，該芯片內(nèi)含2個(gè)16為定時(shí)/計(jì)數(shù)器，能最大限度的簡(jiǎn)化頻率計(jì)外圍器件。MSP430還有全功能串行口、程序存儲(chǔ)器等，因此該方案具有硬件構(gòu)成簡(jiǎn)單、功能靈活、易于修改等有點(diǎn)。MSP430G2553控制電路輸入信號(hào)放大MSP430G2553控制電路輸入信號(hào)放大整形電路顯示信號(hào)輸入信號(hào)輸入圖1（系統(tǒng)框圖）如圖1所示，被測(cè)正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整形電路，得到方波信號(hào)；在通過(guò)MSP430G2553單片機(jī)進(jìn)行定時(shí)Ts內(nèi)產(chǎn)生方波N個(gè)（又f=N/T），從而達(dá)到測(cè)頻的目的與要求，最后在數(shù)碼管上顯示頻率值。幅度頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì)任務(wù)方框圖：幅度—頻率測(cè)量電路正弦信號(hào)產(chǎn)生器幅度—頻率測(cè)量電路正弦信號(hào)產(chǎn)生器帶通濾波器顯示信號(hào)輸入信號(hào)輸入圖2（系統(tǒng)框圖）二、單元電路設(shè)計(jì)2.1.波形變換電路采用過(guò)零比較器進(jìn)行波形變換。將輸入的正弦波變換為同頻率的方波信號(hào)。電路簡(jiǎn)單可以同時(shí)滿足0.5V和5V的幅值信號(hào)輸入且轉(zhuǎn)換出來(lái)的方波波形完全不失真,輸出電壓為3.2V可調(diào)改變負(fù)載電阻即可。如附件圖2所示，是用LMV393比較器組成的過(guò)零比較器。因?yàn)檫@款芯片屬于TI公司的，所以是首選。還有就是對(duì)這款芯片進(jìn)行測(cè)試測(cè)試。當(dāng)輸入1Hz-10MHz時(shí)，輸入方波很穩(wěn)定。2.2.MSP430G2553單片機(jī)最小系統(tǒng)電路。幅度測(cè)量電路:幅度測(cè)量電路利用幅頻轉(zhuǎn)換電路，將幅度轉(zhuǎn)換為頻率進(jìn)行測(cè)量，主要利用AD820芯片、AD654芯片完成。電路框圖如圖l所示。圖1幅頻轉(zhuǎn)換電路框圖AD820[1】是單雙電源、低功耗、精密場(chǎng)效應(yīng)輸人的運(yùn)算放大器，采用雙電源工作時(shí)，它的輸出電壓能夠達(dá)到電源的正負(fù)電源電壓。設(shè)計(jì)中考慮到由于運(yùn)算放大器AD820輸入級(jí)采用N溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在正常工作時(shí)，輸入電流是負(fù)的，如果輸入端電壓大于(V。一0．4V)，則使器件內(nèi)部結(jié)點(diǎn)變成正向偏置，輸入電流方向相反。為了防止產(chǎn)生這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)在輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻(典型值在1kQ～10kfl之間)，但此電阻也會(huì)產(chǎn)生噪聲電壓，影響測(cè)量的精度。在本設(shè)計(jì)中選用了500電阻。同時(shí)，該電阻還能起限流作用，防止輸入電壓大于(V。+0．4V)時(shí)，運(yùn)算放大器由于輸入電流過(guò)大而損壞器件。在本設(shè)計(jì)中采用單電源工作模式，運(yùn)算放大器的輸人端也允許輸入負(fù)電壓信號(hào)，而不損壞器件。AD654[2J芯片是一種低成本電壓頻率(V／F)轉(zhuǎn)換器芯片，使用時(shí)只需～個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，即可構(gòu)成應(yīng)用電路。電路設(shè)計(jì)中通過(guò)AD654的6、7腳之間的電容C1，AD820正向輸入端3腳的串聯(lián)電阻Rl和RRPl來(lái)調(diào)節(jié)電壓與頻率的關(guān)系，參見(jiàn)圖1。RRPl是可調(diào)的滑動(dòng)變阻器，通過(guò)調(diào)節(jié)其值的變化來(lái)調(diào)節(jié)電壓與頻率的關(guān)系，其轉(zhuǎn)換關(guān)系如式(1)所示。如=Ui[10×Cl×(Rl+RRPI)J設(shè)計(jì)選用R1_200l①，Rp,pl=500Q，Cl=1nF，幅度與頻率的關(guān)系約為fo=Ui／(2×103)(knz)。所以最后由數(shù)碼管頻率的顯示值可以很方便地得出幅度值。頻率測(cè)量電路:本設(shè)計(jì)對(duì)正弦波頻率的測(cè)量選用了計(jì)數(shù)法中的電子計(jì)數(shù)式的測(cè)量方式[3|。原理是根據(jù)頻率的定義：周期信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)變化的次數(shù)，即若在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)記錄這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為J7、r，則其頻率可表示為F=N／T。其測(cè)量的原理框圖下圖2所示。圖2測(cè)量正弦頻率的原理框圖時(shí)鐘，T0在T1的2秒時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)（cnt）,信號(hào)頻率f=cnt/2。4.2.程序流程圖如附件圖3所示：五、系統(tǒng)儀器六、設(shè)計(jì)遇到的問(wèn)題及解決方案6.1硬件部分在設(shè)計(jì)波形變換電路時(shí)，選用遲滯比較器、施密特觸發(fā)器和過(guò)零比較器這三種電路中哪一種來(lái)實(shí)現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換，有些不確定。但是經(jīng)過(guò)逐次仿真來(lái)驗(yàn)證，最后選用由LMV393組成的過(guò)零比較器。6.2軟件部分開(kāi)始使用測(cè)頻法，高頻時(shí)較精確，但低頻時(shí)誤差較大。后來(lái)采用組合法測(cè)頻，即低頻時(shí)采用直接測(cè)量信號(hào)周期，頻率較高時(shí)采用測(cè)頻法，提高了測(cè)量