基于單片機(jī)的多參數(shù)測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

本文給出了一種由單片機(jī)MSP430F149和部分外圍電路來(lái)構(gòu)成多參數(shù)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)介紹了測(cè)量RLC、頻率及相位差的具體方法，同時(shí)給出了硬件電路和軟件程序框圖。

　　引言

　　現(xiàn)在常用的儀表一般還是傳統(tǒng)的模擬式儀表，漂移大，程控性能不好，而有些儀表功能過于單一，不能滿足實(shí)際需求。為此，本文考慮到實(shí)際的科研實(shí)驗(yàn)需要，給出了一種可同時(shí)測(cè)量RLC、頻率及相位差的測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)方法。

　　1 系統(tǒng)組成與硬件電路設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)組成

　　該儀器包括信號(hào)產(chǎn)生與接收模塊、信號(hào)的放大整形濾波處理模塊、單片機(jī)中央處理器、顯示模塊LCD12864和外部按鍵控制模塊等幾個(gè)部分，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　本系統(tǒng)以單片機(jī)MSP430F149為處理器，主要用于整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)采集、輸入輸出控制和數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)中的信號(hào)來(lái)源有兩個(gè)：一是內(nèi)部信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)，二是由外部接口輸入信號(hào)。這些信號(hào)先經(jīng)放大整形電路進(jìn)行處理，并由濾波電路濾波，之后送人到單片機(jī)，最后經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理，并輸出顯示。

　　1.2 MSP430F149芯片簡(jiǎn)介

　　依據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路，該裝置選用MSP430F149作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，它具有16位RISC結(jié)構(gòu)和豐富的尋址方式，同時(shí)集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。本系統(tǒng)就是利用其內(nèi)部自帶的12位ADC來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的采集，其最高轉(zhuǎn)換速率可達(dá)382ksps，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用要求;并且其內(nèi)部具有16位的定時(shí)器，可利用其定時(shí)器A、B的捕獲功能來(lái)捕獲一定頻率的方波信號(hào)，而且具有相當(dāng)高的精度。同時(shí)，利用此功能還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的頻率和周期的計(jì)算。

　　1.3 系統(tǒng)工作原理

　　對(duì)電容、電阻進(jìn)行測(cè)量的基本原理是利用RC振蕩，具體做法是用電容三點(diǎn)式振蕩電路與555電路構(gòu)成多諧振蕩電路，并產(chǎn)生一定的頻率，然后通過測(cè)量頻率信號(hào)得出電容和電阻的信息。圖2所示是其555振蕩電路。

　　555的內(nèi)部時(shí)基電路與電容C1及外接的電阻R1、R2構(gòu)成的無(wú)穩(wěn)態(tài)振蕩電路的振蕩頻率范圍可達(dá)0.001Hz～500kHz。當(dāng)C1的電容量或電阻值R1、R2相應(yīng)變化時(shí)，555電路輸出的測(cè)量脈沖的寬度和頻率也會(huì)發(fā)生變化。其中測(cè)量電阻時(shí)，可將R2替換為被測(cè)電阻，即R2=Rx，以使C1與R1處于一個(gè)一定的已知量值上，此時(shí)的輸出頻率計(jì)算公式為：

　　測(cè)量電容時(shí)，可將C1替換為被測(cè)電容，即C1=Cx，R1與R2設(shè)定為固定量值且相等，此時(shí)輸出頻率的計(jì)算公式為：

　　由于輸出的頻率變化與外部接入的量值成比。因此，在電路中只要正確地選擇電阻的阻值與電容的容值，就可以得到適合測(cè)量所需要的脈沖寬度與脈沖頻率。