高精度高穩(wěn)定度電流及方波發(fā)生器的研制

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1、2005年10月ExperimentScience&Technology增刊*高精度高穩(wěn)定度電流及方波發(fā)生器的研制ManufacturingtheCurrentandSignalGeneratorwithHighPrecisionandHighStability**俞眉孫(電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院成都610054)摘要:介紹一種基于單片機(jī)的高精度電流及方波信號(hào)發(fā)生器,對(duì)其工作原理、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及性能作基本的闡述。該儀器主要用于工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輔助測(cè)試。關(guān)鍵詞:單片機(jī);傳感器;信號(hào)頻率;定時(shí)器中圖分類號(hào):TH7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

2、文章編號(hào):1672-4550(2005)03-0184-03碼顯示,每個(gè)數(shù)碼管由一個(gè)串入并出集成塊74LS164驅(qū)動(dòng),如圖2所示。1概論在科研及生產(chǎn)中特別是在自動(dòng)測(cè)控的工作現(xiàn)場,有時(shí)需要一種能產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)相同的信號(hào)的儀器,用以事先檢查測(cè)控系統(tǒng)的工作狀態(tài),以防止并機(jī)后出現(xiàn)事故。出于此目的,本文利用單片機(jī)研制了一種產(chǎn)生4~20mA傳感器信號(hào)和1~100Hz信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器,它實(shí)際上一部分是個(gè)帶顯示的圖1單片機(jī)系統(tǒng)框圖傳感器模擬器,另一部分是個(gè)帶顯示的精密信號(hào)發(fā)生器,其特點(diǎn)如下:(1)數(shù)碼管直接顯示輸出的電流和信號(hào)頻率。(2)精度高,

3、即儀器顯示出來的電流和頻率與實(shí)際信號(hào)的高度一致,例如信號(hào)頻率在100Hz以下時(shí)誤差小于百分之一Hz,這是傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器作不到的。(3)線性好、操作方便,可方便地鍵控設(shè)置或改變輸出信號(hào)。(4)穩(wěn)定度好。(5)外形小巧,攜帶方便。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖2顯示驅(qū)動(dòng)原理圖采用單片機(jī)系統(tǒng)是研制此類高標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的最這樣設(shè)計(jì)是為了盡量使用CPU現(xiàn)有的出口,佳選擇,系統(tǒng)采用MS51系列的89C52作為控制避免作系統(tǒng)擴(kuò)展,送顯部分只占用了CPU的兩個(gè)CPU,晶振用6MHz?？?一個(gè)作為數(shù)據(jù)口,一個(gè)作為打入脈沖口。不足圖1為單片機(jī)系統(tǒng)的基本框圖。系統(tǒng)硬件大致

4、之處是軟件的編寫要麻煩些,送顯也要占用CPU可分為三部分:CPU、按鍵及顯示電路和FV變換一定的時(shí)間。電路。顯示部分采用的是串入并出方式,有六位數(shù)直流電流輸出也就是一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換過程,由*[收稿日期]2005-05-31**[作者簡介]俞眉孫(1956)),男,碩士,講師,研究方向:工業(yè)測(cè)量控制智能化。)184)2005年10月實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)增刊于系統(tǒng)輸出對(duì)速度要求不高,所以本系統(tǒng)采用V/F轉(zhuǎn)換器LM331,它進(jìn)行F/V轉(zhuǎn)換,由CPU根據(jù)情況產(chǎn)生適當(dāng)頻率的脈沖信號(hào)送入LM331,再由LM331進(jìn)行F/V變換輸出適當(dāng)大小的電流。在電

5、路裝配調(diào)試時(shí)調(diào)整電路參數(shù),使其每增加5Hz的輸出頻率D/A模塊就增加輸出1mA的電流,D/A模塊也由LM331組成的F/V變換器再將這60Hz的方波變換成12mA的輸出電流。采用這種方法,外圍電路簡單、成本低廉并且也有比較好的效果。還得另在軟件中想辦法。如果用定時(shí)工作方式1,3軟件設(shè)計(jì)則在定時(shí)中斷中必須將TH1,TL1重新置初值,這系統(tǒng)軟件用匯編語言編寫,主要有以下模塊:將占用幾個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間,約8ns。這額外的時(shí)間將對(duì)輸出信號(hào)的精度有影響,所以為了保證輸出(1)初試化部分,包括開機(jī)清所有的工作寄存器,設(shè)定定時(shí)器工作方式,確定初

6、始頻率等;(2)按信號(hào)的精度,最好采用16位自動(dòng)加載工作方式。鍵掃描部分,用于掃描按鍵及作出相應(yīng)的處理,如輸出信號(hào)的頻率為:f=1/T。切換顯示,增加或減少輸出參數(shù)等;(3)計(jì)算輸出可見,輸出信號(hào)的頻率是由計(jì)數(shù)初值來決定,每進(jìn)入一次定時(shí)中斷,CPU自動(dòng)將此值放入TH1,電流所需的脈沖頻率及直接輸出方波的計(jì)算部分,包括查表程序,計(jì)算程序等;(4)顯示子程序,用TL1中作為計(jì)數(shù)初值。再進(jìn)行下一個(gè)周期的循環(huán),于將信號(hào)頻率的各位數(shù)字轉(zhuǎn)化為字型代碼,再轉(zhuǎn)化當(dāng)TH1、TL1溢出又進(jìn)入下一個(gè)中斷,每進(jìn)入中斷時(shí)軟件將輸出口狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次,就得到了對(duì)

7、應(yīng)頻率為串行脈沖打入顯示模塊。(5)定時(shí)中斷子程序,的方波。如要改變輸出信號(hào)的頻率,就相應(yīng)改變計(jì)用來產(chǎn)生輸出信號(hào)。下面著重介紹一下如何通過軟件控制定時(shí)器來數(shù)初值。例如,使用者用按鍵改變輸出信號(hào)的頻產(chǎn)生控制脈沖的輸出的。單片機(jī)內(nèi)部按晶振的頻率率,此時(shí)CPU就由顯示出來的新的頻率由上式反算出對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)初值裝入TH1、TL1。輸出口就輸工作,內(nèi)部定時(shí)器也以晶振為基礎(chǔ)來分頻工作,而晶振的頻率是嚴(yán)格而穩(wěn)定的,誤差可以忽略不計(jì)。出對(duì)應(yīng)頻率的信號(hào)。計(jì)算方法有兩種,一種方式為這就為產(chǎn)生穩(wěn)定信號(hào)打下了基礎(chǔ)。上述方式,每改變一個(gè)數(shù)就計(jì)算一次;另一種方

8、式按硬件的設(shè)計(jì),電流輸出和方波輸出對(duì)CPU為由編程者事先將各頻率的計(jì)數(shù)初值計(jì)算好(如1~400Hz)放入程序的一個(gè)表格中,頻率改變時(shí)來說實(shí)際上都是方波輸出,只不過方波是按頻率要求直接輸出,而電流輸出是按電流的大小(以mACPU就由頻率數(shù)在表中查出對(duì)