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1、石油仪器2010年第24卷第1期PETROLEUMINSTRUMENTS·69··计算机与通讯技术·模拟信号幅度与频率测量电路的设计及仿真112王迎辉庞巨丰韩焘(1.西安石油大学陕西西安)(2.中国石油集团测井有限公司长庆事业部陕西西安)摘要:文章介绍一种测量模拟信号幅度与频率的电路。电路设计思想是利用最基本的元器件,直观地反映出所要测量对象的数值。电路主要包括幅度测量和频率测量,对幅度测量选用了幅频转换电路,将幅度转换为频率进行测量;对频率的测量采用电子计数式的测量方式,将其值通过数码管显示出来。对电路的整
2、体仿真是通过Proteus仿真软件和Keil编程软件联机完成的。关键词:幅度;频率;测量;Keil软件;Proteus软件中图法分类号:TN7文献标识码:B文章编号:100429134(2010)0120069202向相反。为了防止产生这种现象,设计时在输入端串0引言联一个电阻(典型值在1kΩ～10kΩ之间),但此电阻对于一般信号,幅度、频率、相位还有频谱特征等也会产生噪声电压,影响测量的精度。在本设计中选都是它的特征量。由于电压、时间和频率测量具有其用了500电阻。同时,该电阻还能起限流作用,防止输它测量所
3、不可比拟的精确性,因此人们越来越关注把入电压大于(Vs+0.4V)时,运算放大器由于输入电流其它待测量转换成电压或频率进行测量的方法和技过大而损坏器件。在本设计中采用单电源工作模式,术,更关注幅度与频率测量的方法,以求得更简便、更运算放大器的输入端也允许输入负电压信号,而不损精确的测量方法与技术。同时,频率和幅度测量仪器坏器件。在生产和科研的各个部门使用,也是某些大型系统的[2]AD654芯片是一种低成本电压频率(V/F)转换重要组成部分,而且利用单片机的定时功能设计的信器芯片,使用时只需一个RC网络,即可构
4、成应用电号频率和幅度测量仪,可方便嵌入系统中。路。电路设计中通过AD654的6、7脚之间的电容C1,1幅度测量电路AD820正向输入端3脚的串联电阻R1和RRP1来调节幅度测量电路利用幅频转换电路,将幅度转换为电压与频率的关系,参见图1。RRP1是可调的滑动变频率进行测量,主要利用AD820芯片、AD654芯片完阻器,通过调节其值的变化来调节电压与频率的关系,成。电路框图如图1所示。其转换关系如式(1)所示。f0=Ui[10×C1×(R1+RRP1)](1)设计选用R1=200kΩ,RRP1=500Ω,C1=
5、1nF,幅3)(kHz)。所以最度与频率的关系约为f0=Ui/(2×10后由数码管频率的显示值可以很方便地得出幅度值。图1幅频转换电路框图2频率测量电路[1]AD820是单双电源、低功耗、精密场效应输入的运算放大器,采用双电源工作时,它的输出电压能够达本设计对正弦波频率的测量选用了计数法中的电[3]到电源的正负电源电压。设计中考虑到由于运算放大子计数式的测量方式。原理是根据频率的定义:周器AD820输入级采用N沟道的场效应晶体管,在正常期信号在单位时间内变化的次数,即若在一定的时间工作时,输入电流是负的,如果
6、输入端电压大于(Vs-间隔T内记录这个周期性信号的重复变化次数为N,0.4V),则使器件内部结点变成正向偏置,输入电流方则其频率可表示为F=N/T。其测量的原理框图如第一作者简介:王迎辉,男,1983年生,西安石油大学精密仪器及机械专业硕士研究生。邮编:710065石油仪器·70·PETROLEUMINSTRUMENTS2010年02月下图2所示。加。添加程序时首先单击单片机AT89C51芯片,在主菜单中选择Source菜单,添加已经在Keil软件中编译好的拓展名为asm源程序。然后再运行Source菜单中的
7、Buildall菜单,编译当前所选的源程序,编译通过后就会在当前目录下生成一个HEX文件,再单击单片机芯片,将HEX文件添加到单片机中,就可以执行仿图2测量正弦频率的原理框图真了。在电路仿真过程中,直接选择信号发生器来产本设计中选用的单片机是ATMEL公司的生方波信号,对Keil编制的单片机程序进行调试,修AT89C51芯片[4],它的突出特点是Flash程序存储器。改,直到电路测试正确为止。在实际电路设计中,采用它的主要功能如下:了正弦波信号作为测量对象,对其进行放大、整形,然(1)具有4KB的程序存储器、
8、128字节的片内数据后送入计数控制电路,对整个电路进行了调试。存储器。4结论与讨论(2)工作频率在33MHz、静态操作在0～24MHz、工作电压在4.0V～6.0V之间。通过对实际电路的调试、测量,发现在一定的测量(3)有两个16位的定时/计数器、可编程UART通范围内,幅度与频率的测量精度是相当高的。对频率道1个。测量电路,其频率在1kHz～106kHz范围内的测量精(4)一个全双工的异步串行口、
