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多功能金屬探測器的研究與設(shè)計

作者: 時間:2012-08-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

(2)基準頻率電路

基準頻率電路采用有源晶振進行分頻得到,此處晶振選用頻率為32.768KHz的5V供電的TTL電平,經(jīng)過CD4060進行32分頻后得到1.024KHz的基準信號。

(3)差頻電路

感應(yīng)信號與基準信號進行差頻處理,得到差頻信號,這個功能采用如下方法實現(xiàn):兩路信號作為異或門的兩個輸入端,異或門輸出是包含著兩種頻率成分的信號,分別為感應(yīng)信號與基準信號的和頻分量與差頻分量,通過對輸出信號進行低通濾波,即得到所需要的差頻分量。

當感應(yīng)探頭附近沒有金屬物體的時候,差頻信號約為10Hz左右,為了提高信號的靈敏度,將差頻率信號進行倍頻處理。通過將差頻信號經(jīng)過PLL進行100倍頻后,輸出信號頻率在1000Hz左右變化。

(4)頻率測量電路

頻率測量是本系統(tǒng)的核心部分之一,頻率測量的方法有很多:測周期法主要針對低頻的,脈沖計數(shù)法則主要針對高頻的。因此,這兩種方法在應(yīng)用的過程中都有一定的局限性。本系統(tǒng)采用的是等精度測頻:利用AVR單片機與CPLD相結(jié)合進行頻率測量,具有測頻精度高、范圍寬的特點,并且測量的精度與待測信號無關(guān),只與基準頻率有關(guān)。

本系統(tǒng)中,AVR控制CPLD對待測信號與基準信號進行計數(shù),并讀取測量數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行處理后,通過LCD進行顯示。為了使用戶操作本系統(tǒng)時更加的方便,編寫了一個簡單的菜單程序,通過3×5鍵盤對相應(yīng)的菜單項進行操作,完成相應(yīng)的功能。

頻率測量一般都是由計數(shù)器和定時器完成,將兩個定時/計數(shù)器一個設(shè)置為定時器,另一個設(shè)置為計數(shù)器,定時時間到后產(chǎn)生中斷,在中斷服務(wù)程序中處理結(jié)果,求出頻率。這種方法雖然測量范圍較寬,但由于存在軟件延時,盡管在高頻段能達到較高的精度,而低頻段的測量精度較低。所以利用單片機測頻時,如果選擇不好的測量方法,可能會引起很大的誤差。測量頻率時,如果不是真正依靠硬件控制計數(shù)或定時,而是由軟件查詢或中斷響應(yīng)后再停止計數(shù),雖然理論上能達到很高的精度,但實際測量中由于單片機響應(yīng)有一定的時間延遲,難以做到精確測量。因此,本系統(tǒng)擬采用等精度測頻發(fā)來實現(xiàn)頻率測量。

等精度測頻工作原理:

等精度頻率測量用被測信號的多周期而不是單周期作門控信號;門控信號周期數(shù)可根據(jù)被測頻率的大小自動調(diào)節(jié),使計數(shù)值N保持不變,從而實現(xiàn)等精度測量。

預(yù)置門控信號是寬度為T的一個脈沖,Counterl和Counter2是兩個可控計數(shù)器,標準頻率信號從Counter1的時鐘輸入端CLK輸入,其頻率為Fs;經(jīng)整形后的被測信號從Counter2的時鐘輸入端CLK輸入,設(shè)其實際頻率為Fxe,測量頻率為Fx。

當預(yù)置門控信號為高電平時,經(jīng)整形后的被測信號的上沿通過D觸發(fā)器的Q端同時啟動計數(shù)器Counter1和Counter2。Counter1、Counter2分別對被測信號(頻率為Fx)和標準頻率信號(頻率為Fs)同時計數(shù)。當預(yù)置門信號為低電平時,隨后而至的被測信號的上沿將使這兩個計數(shù)器同時關(guān)閉,時序圖如圖3所示。設(shè)在一次預(yù)置門時間T中對被測信號計數(shù)值為Nx;對標準頻率信號的計數(shù)值為Ns,則下式成立:

圖3 等精度測頻時序圖

Fx/Nx=Fy/Ny Fx=(Fy/Ny)*Nx

本系統(tǒng)利用AVR單片機與CPLD相結(jié)合來實現(xiàn)等精度測頻,具有測頻精度高,范圍寬的特點,并且測量的精度與待測信號無關(guān),只與基準頻率有關(guān)。



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