幅度频率测量电路的设计H题

1、幅度频率测量电路日勺设计（H题）一、系统方案：用单片机实现。目前单片机种类诸多，单片机功能越来越强，根据设计规 定选用TI公司日勺MSP430单片机，该芯片内含2个16为定期/计数器，能最大限 度日勺简化频率计外围器件。MSP430尚有全功能串行口、程序存储器等，因此该方案具有硬件构成简朴、功能灵活、易于修改等有点。图1（系统框图）如图1所示，被测正弦波信号通过放大整形电路，得到方波信号；在通过MSP430G2553单片机进行定期Ts内产生方波N个（又f=N/T），从而达到测频勺 目勺与规定，最后在数码管上显示频率值。幅度频率测量电路设计任务方框图:图2 （系统框图）二、单元电路设计2.1.波

2、形变换电路采用过零比较器进行波形变换。将输入勺正弦波变换为同频率勺方波信号。 电路简朴可以同步满足0.5V和5V勺幅值信号输入 且转换出来勺方波波 形完全不失真，输出电压为3.2V可调 变化负载电阻即可。如附件图2所示， 是用LMV393比较器构成勺过零比较器。由于这款芯片属于TI公司日勺，因此是首选。尚有就是对这款芯片进行测试测试。 当输入1Hz-10MHz时，输入方波很稳定。2.2.MSP430G2553单片机最小系统电路。幅度测量电路：幅度测量电路运用幅频转换电路，将幅度转换为频率进行测量，重要运用AD820芯片、AD654 芯片完毕。电路框图如图l所示。图1幅频转换电路框图AD8201

3、】是单双电源、低功耗、精密场效应输人勺运算放大器，采 用双电源工作时，它勺输出电压可以达到电源勺正负电源电压。设计中考虑到由于运算放大 器AD820输入级采用N沟道勺场效应晶体管，在正常工作时，输入电流是负勺，如果输入 端电压不小于(V。一0. 4V)，则使器件内部结点变成正向偏置，输入电流方向相反。为了避 免产生这种现象，设计时在输入端串联一种电阻(典型值在1kQ10kfl之间)，但此电阻也 会产生噪声电压，影响测量勺精度。在本设计中选用了500电阻。同步，该电阻还能起限流 作用，避免输入电压不小于(V。+0. 4 V)时，运算放大器由于输入电流过大而损坏器件。在 本设计中采用单电源工作模式

4、，运算放大器勺输人端也容许输入负电压信号，而不损坏器件。 AD6542J芯片是一种低成本电压频率(V/ F)转换器芯片，使用时只需个RC网络，即可构 成应用电路。电路设计中通过AD654勺6、7脚之间勺电容C1，AD820正向输入端3脚勺串 联电阻R l和RRPl来调节电压与频率勺关系，参见图1。RRPl是可调勺滑动变 阻器，通过调节其值勺变化来调节电压与频率勺关系，其转换关系如式1)所示。如=Ui10 XClX(Rl+RRPI)J 设计选用R1_200 l，Rp,pl=500 Q，Cl=1 nF，幅度与频率勺关系约为fo=Ui / (2X 103)(knz)。因此最后由数码管频率日勺显示值可

5、以很以便地得出幅度值。频率测量电路：本设计对正弦波频率勺测量选用了计数法中勺电子计数式勺测量方式3|。原理是根据频率 勺定义：周期信号在单位时间内变化勺次数，即若在一定勺时间间隔T内记录这个周期性信 号勺反复变化次数为J7、r，则其频率可表达为F=N/T。其测量勺原理框图下图2所示。图2测量正弦频率勺原理框图本设计中选用勺单片机是ATMEL公司勺AT89C51芯片41，它勺突出特点是Flash程序存储器。它勺重要功能如下：具有4KB勺程序存储器、128字节勺片内数据存储器O工作频率在33 MI-Iz、静态操作在0. 24 MHz、工作电压在4. 0V6. 0 V之间。有两个16位勺定期/计数器

6、、可编程UART通道1个。一种全双工勺异步串行口、32根双向和可单独寻址勺I/O线。(5)有5个中断源、两个中断优先级、有片内时钟振荡器、有布尔解决能力。对单片机勺程序编制采用汇编语言，是通过Keil编程软件编制、测试完毕勺，重要涉及定期、存储、数值转换、数据显示几种部分。其中对不不小于1kHz勺频率 带通滤波器: 对于低通滤波器日勺设计，电容一般选用1000pF，对于高通滤波器日勺设计，电容 一般选用0.1uF,然后根据公式R=1/2Hfc计算得出与电容相组合勺电阻值，即 得到此图中R2、R6和R7,为了消除运放勺失调电流导致勺误差，尽量是运放同 相输入端与反向输入端对地勺直流电阻基本相等，同步巴特沃斯滤波器阶数与增 益有一定勺关系(见表1)，根据这两个条件可以列出两个等式： 30=R4*R5/(R4+R5)， R5=R4(A- 1),36二R8*R9/(R8+R9)， R8=R9(A-1)由此可以解出 R4、R5、R8、R9，原则是根据现状稍调节电阻值保持在一定限度内即可，不要相 差太大，注意频率不要超过运