調(diào)制器脈沖電壓電流測(cè)量電路設(shè)計(jì)_圖文

1、調(diào)制器脈沖電壓電流測(cè)量電路設(shè)計(jì)韓棟史曉鋒蔡志權(quán)北京航空航天大學(xué)摘要文中提出脈沖信號(hào)的測(cè)量方法，對(duì)其中高速巾，高速緩存，單片機(jī)控制以及數(shù)據(jù)通訊接口等內(nèi)容進(jìn)行了討論，該設(shè)計(jì)方案電路簡(jiǎn)單，可進(jìn)行多通道采集系統(tǒng)擴(kuò)展，具有一定的通用性。關(guān)鍵詞單片機(jī)高速巾更異步串行通訊脈沖電壓脈沖電流嬲。，】哪酗礎(chǔ)巾。調(diào)制器脈沖電壓電流是一種窄脈沖信號(hào)，通常情況下，它的頂寬是，周期是。不論是脈沖電壓信號(hào)還是脈沖電流信號(hào)，都是一種高速信號(hào)，或稱之為高頻信號(hào)。要實(shí)現(xiàn)對(duì)這類信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量，在芯片速度和元件的選取等方面都提出了嚴(yán)格的要求。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)，的調(diào)制器脈沖電壓電流測(cè)量電路，該電路全部采用高頻元件，電路簡(jiǎn)

2、單，可靠性好，并具有一定通用性，只需對(duì)電路稍做修改，即可應(yīng)用于其他高速信號(hào)的測(cè)量。測(cè)量電路主要包括放大器、差分放大器、高速巾、高速緩存、單片機(jī)、轉(zhuǎn)換器幾個(gè)主要的部分，結(jié)構(gòu)示意如圖。圖測(cè)量系統(tǒng)框圖測(cè)量原理輸入的電壓信號(hào)在伏以上，電流信號(hào)伏以上，而元件采用電平，所以首先要將輸入信號(hào)衰減到伏以下。反相放大器或同相放大器用來調(diào)整電壓電流的大小和起到阻抗匹配的作用。因?yàn)檫@種放大器具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特性。另外，反相放大器將負(fù)的電壓信號(hào)變?yōu)檎碾妷盒盘?hào)進(jìn)行處理。差分放大器是巾轉(zhuǎn)換器輸入電路，采用差分輸人可以抑制干擾信號(hào)，比單端輸入要好。巾轉(zhuǎn)換器將已經(jīng)經(jīng)過處理的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。起到高速緩存器的

3、作用，將得到的數(shù)字信號(hào)暫存在這里。它是先進(jìn)先出電路，先進(jìn)去的數(shù)據(jù)先出來。單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)字信號(hào)讀取并進(jìn)行相應(yīng)的處理。顯示電路用來顯示脈沖電壓和電流的測(cè)量數(shù)值。轉(zhuǎn)換器是將脈沖電壓電流的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量送給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上通過軟件顯示。測(cè)量電路的實(shí)施衰減電路衰減電路的作用是將電壓信號(hào)和電流信號(hào)衰減到以下。實(shí)現(xiàn)電路原理圖如圖所示。其中阻容用來分壓，二極管用來抑制浪涌。圖脈沖電壓電流衰減電路同向反向放大電路反相放大器或同相放大器用來調(diào)整電壓電流的大小和起到阻抗匹配的作用。因?yàn)檫@種放大器具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特性。另外，反相放大器將負(fù)的電壓信號(hào)變?yōu)檎碾妷盒盘?hào)進(jìn)行處理。其電路圖如圖、圖所示。萬

4、方數(shù)據(jù)圖反相比例放大器圖同相比例放大器差分放大電路差分電路采用高頻差分電路芯片。差分放大電路的主要作用是抑制干擾，保證輸入仍轉(zhuǎn)換器的信號(hào)的精度。但在實(shí)際測(cè)量中，我們發(fā)現(xiàn)使用差分放大器之后，電流失真較為嚴(yán)重。如圖所示。因此，在測(cè)量電流的電路中可以采用單端輸出，保證測(cè)量精度。圖脈沖電流差分輸出高速巾轉(zhuǎn)換器仍轉(zhuǎn)換器最主要的作用是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。由于待測(cè)的脈沖電壓和電流信號(hào)屬于高頻信號(hào)，所以為了保證測(cè)量精度，必須有足夠高的采樣率。我們選用了位的作為他轉(zhuǎn)換器，它的精度是十萬分之六，而我們要求的測(cè)量精度是千分之一。完全可以符合要求。時(shí)鐘對(duì)于一個(gè)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言是十分重要的，在最高采樣頻

5、率下，為了保證測(cè)量的精度，圖時(shí)鐘電路要求時(shí)鐘波形的上升沿和下降沿小于，這樣的標(biāo)準(zhǔn)在邏輯下難以實(shí)現(xiàn)，但利用器件可以有效的解決此問題，圖為差分時(shí)鐘電路。需要說明的是：器件的驅(qū)動(dòng)能力有限，一路差分時(shí)鐘輸出一般只供一個(gè)器件使用。高速緩存高速緩存是系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，就象暫存器，將巾轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寫進(jìn)去，在單片機(jī)的指令下，它將數(shù)據(jù)按順序讀出，并送給單片機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)的需求我們選用。，是高速、低功耗存儲(chǔ)器，讀寫周期為，具有獨(dú)立的位輸入、輸出接口和讀、寫時(shí)鐘信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)同步讀寫操作。，提供五種狀態(tài)指示：、一、，分另代表當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的深度。其中和為可編程空滿狀態(tài)位，可根據(jù)系統(tǒng)的需求對(duì)存儲(chǔ)進(jìn)行設(shè)定。的狀態(tài)信息代表了

6、已采樣的點(diǎn)數(shù)，當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)達(dá)到預(yù)期的數(shù)量時(shí)，相應(yīng)的狀態(tài)位置位，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，中止測(cè)量過程，由單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。單片機(jī)單片機(jī)是整個(gè)采集系統(tǒng)的核心，本文中選用氣。單片機(jī)控制（），順序讀人數(shù)據(jù)。單片機(jī)只處理波形中間內(nèi)的數(shù)據(jù)如果仍是的轉(zhuǎn)換速度，那么內(nèi)可取個(gè)點(diǎn)，把這個(gè)點(diǎn)在單片機(jī)相加取平均值，就是脈沖電壓或電流值。串行通信軟件設(shè)計(jì)為了提高效率，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收均采用中斷方式，采用的晶振，串行通訊波特率為。接口電路該系統(tǒng)中單片機(jī)與主控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)電路選用芯片，功耗低，集成度高，片內(nèi)集成電荷泵，只需外接供電，具有兩個(gè)發(fā)送接收通道，接口電路簡(jiǎn)單，可靠性好。系統(tǒng)的擴(kuò)展本文的設(shè)計(jì)方案電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，具有一定的通用性，在此基礎(chǔ)上可以擴(kuò)展同步采樣的多通道采集系統(tǒng)。需要注意的是：對(duì)于多通道同步采樣系統(tǒng)，應(yīng)盡可能的保證各通道參數(shù)的一致性。參考文獻(xiàn)聰用戶手冊(cè)訪），邵鐘武、柴慶忠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)石油大學(xué)出版社 萬方數(shù)據(jù) 調(diào)制器脈沖電壓電流測(cè)量電路設(shè)計(jì)作者：韓棟， 史曉鋒， 蔡志權(quán)作者單位：北京航空航天大學(xué)刊名：電子測(cè)量技術(shù) 英文刊名：ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年，卷(期：2004，(3引用次數(shù)：0次參考文獻(xiàn)(3條1