基于MSP430F149的RLC、頻率及相位差測量儀的設(shè)計(jì)

利用圖3所示電路可由文氏電橋正弦波振蕩器產(chǎn)生一定頻率的正弦波，圖3中由運(yùn)放U8A及外圍電阻和電容構(gòu)成文氏電橋，其輸出頻率的理論值為f=1／(2πRC)，在電源電壓不變的條件下，該振蕩器具有穩(wěn)定的頻率及振幅。且正弦波輸出后，經(jīng)電壓跟隨器驅(qū)動(dòng)，即可作為電感表的信號(hào)源。信號(hào)源可輸出到Rx(檔位電阻)與Lx(被測電感)的串聯(lián)電路中，此時(shí)電感產(chǎn)生的感抗為：ZL=2πfL。根據(jù)分壓原理，在已知電壓和已經(jīng)選好已知值的Rx時(shí)，如果測出了電感兩端的交流電壓，由于電感感抗與電感量成正比，因而就可得出電感量。該交流電壓經(jīng)U8C運(yùn)放與外圍電阻組成的放大電路放大后，再經(jīng)帶通濾波器濾波，最后經(jīng)線性整流器整形后即可轉(zhuǎn)換為直流電壓送入單片機(jī)。單片機(jī)經(jīng)AD采樣可得到該直流電壓，再經(jīng)計(jì)算得到電感量。
在電感測量時(shí)，根據(jù)量程的不同可分為5個(gè)檔。將被測電感Lx接入電路中后，通過輸入電壓大小的判斷，可由單片機(jī)向模擬開關(guān)發(fā)送控制信號(hào)以選擇檔位。
頻率測量可利用單片機(jī)的捕獲功能，外部輸入的信號(hào)經(jīng)過整形放大濾波分頻等處理后，可將輸出的方波信號(hào)送入單片機(jī)，圖4所示是其頻率測量電路。事實(shí)上，當(dāng)一定頻率的信號(hào)從IN端輸入電路中時(shí)，經(jīng)二極管限幅，再經(jīng)RC濾波，然后送入到由LM358運(yùn)放構(gòu)成的比較器中，即可輸出方波信號(hào)。該方波信號(hào)經(jīng)74HC14整形，再經(jīng)74HC393分頻，最后可輸入到單片機(jī)中。該測量電路中利用74HC393分頻的目的在于，如果輸入信號(hào)的頻率過高，則單片機(jī)無法準(zhǔn)確快速地捕獲到該信號(hào)，因此，可通過分頻減少高頻信號(hào)的測量誤差，同時(shí)提高測量的實(shí)際可行性。

相位差測量的基本原理是基于頻率信號(hào)的測量。它可將不同相位的信號(hào)整形為方波信號(hào)送入單片機(jī)，這樣就可將相位差的測量轉(zhuǎn)變?yōu)榍蠓讲ǖ拿}寬，圖5所示是其相位差測量電路。該電路將兩路信號(hào)輸入到電路接入端，再分別經(jīng)限幅、濾波和整形處理，然后將得到的兩路方波信號(hào)各自輸入到單片機(jī)的兩個(gè)捕獲端口。

之后，在單片機(jī)中經(jīng)過計(jì)算，即可得到脈寬以及周期，最終得到兩個(gè)周期穩(wěn)定的模擬輸入信號(hào)之間的相位差。圖6所示是其相位差波形圖。

在圖6中的兩路相位不同的方波信號(hào)中，T1為信號(hào)1的上升沿到來時(shí)的時(shí)刻，T2為信號(hào)2上升沿到來時(shí)的時(shí)刻，如果可同時(shí)得到方波信號(hào)的周期T，則它們之間的相位差的理論計(jì)算公式為

這樣，只需要得到這兩路信號(hào)的上升沿時(shí)刻及其周期，便可計(jì)算出它們的相位差。