一种多路信号幅值测量系统的设计

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表时间:2007-06-30 人气:1

2．应用实例

笔者在由武汉新电高技术生产的XD3310A型微电脑移相器中成功地应用V/F转换方式实现了对六路信号幅值的同时采样和集中显示。XD3310A型微电脑移相器有六路信号的幅值需要测量和显示，它们分别是A、B、C三相交流电压，幅值区间最大为0.0V∽450.0V，A、B、C三相交流电流，幅值区间最大为0.00A∽10.00A。从显示的数字区间看，若采用A/D转换方式，则A/D转换芯片的字长至少应达13位（二进制）或4位半（BCD码）。如为每路信号都配备一片这样的芯片其系统成本是昂贵的。因此，笔者选用了V/F转换方式来测量这六路信号的幅值，并获得预期效果。AC/DC转换及V/F转换电路如图3所示。

V/F转换芯片选用廉价的LM331。芯片的输出频率范围是：1Hz~10KHz，以该芯片作A/D转换之用其数字量的有效位数范围比3位半的A/D转换芯片大，比4位半的A/D转换芯片小，与13位（二进制）的A/D转换芯片相当。对每个被测信号都配备一个如图3所示的转换通道，其目的是克服V/F转换的"惯性"，为实现6路信号的同时采样作准备。

图4是单片机控制部分的电路框图，由于整个仪器系统无需配备片外RAM，为了尽可能地简化单片机电路，笔者选用了内置8K-ROM的89C52单片机。89C52的P0口作数据总线；P2口作地址总线；P1口被组织成一个4X4的键盘；移相器用的I/O口则通过扩展一片8255A而得。在单片机的数据总线上挂有两片8253计数器芯片，共扩展6个16位计数器，可同时计数6路脉冲信号，这6个计数器都被设置成工作方式0且门控计数，两芯片共6个门控端（GATE0~2）全部并在一起受89C52的P3.4(T0)控制，计数时间（P3.4高电平时间，本实例大约为1秒左右）由89C52的CTC0通过中断服务程序产生。每当一计数时间到后，便由89C52依次读出这6个计数值，经换算后就得到了6个模拟信号的幅值值。

89C52中的程序主要有4大任务：1）键值解释；2）液晶显示模块管理；3）移相器状态监视和控制；4）8253计数器控制和读出。6路信号的采样时序见图5。

3．结论

实际应用表明在一般的信号幅值测量且有单片机支持的场合，利用LM331来进行A/D转换具有精度高、线性度好、成本低、使用方便等优势。在图4所示的设计方案中，由于89C52读取8253的计数值非常快，相对于采样的时间而言几乎是同时的。比起巡回采样的方式来，本设计方案的速度优势是明显的，基本上与信号路数无关。由于单片机系统扩展8253非常容易，频率信号又便于远距离传输和隔离，本设计方案也适用于有更多路信号的远距离巡回检测系统。 (

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