單片機智能頻率信號裝置

0 概 述

在電力系統發電機組的調試試驗工作及其它工程實踐中，特別是旋轉機械的調試工作中，廣泛使用低頻信號發生源。在以往的實踐中，大量使用的為由晶體管組成的低頻信號發生器或由電子管組成的工頻信號源；這些儀器體大笨重，攜帶困難；同時模擬器件隨時間和溫度的漂移使輸出信號不穩定，給調試工作帶來了極大的不便。此外，在旋轉機械的起動、停止和試運轉過程中，還需要測量其轉速（頻率）及記錄其變化過程。本文介紹一種由單片機組成的同時兼具信號發生和頻率測量的智能信號裝置，它充分發揮單片機智能控制的特長，具有體積小、重量輕、能發生超低頻信號、可編程模擬旋轉機械的動態過程等一系列優點。

1 系統組成

智能信號裝置以8031為主芯片構成，其系統組成如圖1所示。其中2764用于存放工作程序，6116用于存放編程參數、控制參數、信號設定值及測量結果，8279用于鍵盤掃描和顯示參數信息，DAC1210用于模擬輸出，8254用來產生高精度的方波信號和擴展頻率測量的分辨率和精度。

2 頻率測量

頻率測量原理見圖1，被測信號經濾波、整形、二分頻后送至8254的GATE0口，由方波的正半周啟動16位計數器。計數器的溢出次數由8031的 INT0計數，方波的下降沿申請INT1中斷讀取8254計數器0的計數值和溢出次數。顯然，由于二分頻的作用，所測之值即為被測信號的周期。即：T＝ C／f0（式中：f0———8254的時鐘頻率；C———計數值）

3 信號發生

設置有方波和正弦波兩路信號輸出。正弦由模擬輸出通道輸出；方波由可編程計數器8254的計數器1、計數器2串級分頻后經功率放大輸出。8254的計數器1和計數器2均按方式3運行。當計數器的編程值為N時，則輸出一個周期為N／f0占空接近

4 模擬輸出

模擬輸出由DAC1210構成。主要是將被測信號的頻率轉換成相對應的電壓輸出，供錄波和其它裝置采樣使用。此外，在需要正弦波信號的應用場合，也可以將其編程為正弦波輸出，構成第二路信號發生器。此時，DAC1210的輸出由定時器1按1／n個信號周期定時啟動，其值則由存儲于EPROM正弦波序列查表確定。已知單片機的定時時間為：

波的波形失真度較小，取n＝12，則fmin＝1．27Hz，fmax＝83333． 3Hz。為保證發生超低頻率，則n值也應能根據信號要求自動調整。此外，若以n個周期等距地劃分正弦波,則正弦波周期的分辨率為nμs(12M晶振)，工頻時（50Hz）其周期值為20000μs，頻率分辨率為0．03Hz（n＝12），不能滿足某些特定工程的需要，所以，應根據信號頻率自動調整n個定時時間內的定時值，以保證輸出正弦波的分辨率最高。

5 編程控制

由于采用單片機構成信號裝置，可以充分發揮單片機的控制和數據存儲功能，構成智能型儀表。除信號發生值可以任意設置（數字給定）外，還可設置模擬端口的功能及調整模擬輸出與被測信號的對應關系；或將發出的信號編程為階躍變化、斜坡變化、等幅周期性變化、衰減周期性變化、按時間過程連續性曲線變化等，其變化幅值、斜率、變化周期、衰減率等均可根據實際情況進行編程，以滿足各種特定的工程需要。

6 結束語

以本文原理構成的儀器已形成產品，并在水輪發電機組的測試試驗中得到了應用。由于其具有測量范圍寬、測量精度高、實時性好、智能化程度高、體積小、重量輕、攜帶方便及一機多用等特點，取得了令人滿意的效果，具有較高的推廣價值。

參考文獻
1　程遠楚．80C51FA在智能信號裝置中的應用．電子技術應用，1997年第6期
2　何立民．單片機應用系統設計．北京：北京航空航天大學出版社，1990年
3　余水寶．單片機在高精度測頻中的應用．電子測量技術，1995年