一種基于單片機(jī)的交流頻率檢測系統(tǒng)

2.1 模擬電路部分的設(shè)計(jì)

圖2為模擬部分原理。下面主要闡述該電路的工作原理：

圖2 模擬部分原理圖

考慮到交流信號(hào)中可能含有一定的直流信號(hào)，而直流信號(hào)會(huì)引起交流波形的上移或下移，這可能會(huì)導(dǎo)致原有交流信號(hào)沒有零點(diǎn)，這就談不上過零檢測、周期脈沖了，因此要根據(jù)交流信號(hào)的實(shí)際情況，在交流信號(hào)的出口處用設(shè)個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙?，起到隔直的作用?P>R1和R2是限流電阻，保護(hù)后面的穩(wěn)壓管、二極管、光電耦合器在額定功耗范圍內(nèi)。由于這里的交流信號(hào)源選取的是220V市電正弦信號(hào)，所以R1和R2的阻值要比較大而且功率要比較大，該系統(tǒng)使用的是 、1W的電阻。

D1和D2是齊納穩(wěn)壓管，主要作用是限壓，保護(hù)整流橋的整流二極管使其反向電壓在范圍之內(nèi)。該系統(tǒng)選用的穩(wěn)壓管型號(hào)是1N4736其穩(wěn)壓范圍是 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整流二極管的反向耐壓。圖3為穩(wěn)壓管的端電壓（即圖1中的Vi1－Vi2）波形。

圖3 穩(wěn)壓管的端電壓波形

D3是整流橋，將交流電進(jìn)行全波整流，使電流方向恒定。圖4為整流橋兩端的電壓（即圖中的V1-V3）波形。

圖4 整流橋的端電壓波形

U2是光電耦合器，其作用有二：信號(hào)轉(zhuǎn)變功能，將整流后的交流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)；強(qiáng)弱電隔離功能，使強(qiáng)電部分和弱電部分在電氣上處于隔離狀態(tài)，在強(qiáng)電部分發(fā)生故障時(shí)不會(huì)損壞后面的弱電電路包括單片機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用的型號(hào)是4N25，有良好的開關(guān)特性，而且它的開關(guān)時(shí)間可以通過基級(jí)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，圖5為其基級(jí)電阻在給定環(huán)境下的開關(guān)特性[3]。其集電極—發(fā)射級(jí)的電壓（V5）波形，見圖6。

圖6 光電耦合器（4N25）的集電極—發(fā)射級(jí)的電壓波形

Q1為三級(jí)管，作用是將V5的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)所能識(shí)別的高低電平（0－3.3V）。因此Q1必須工作開關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和狀態(tài)和截至狀態(tài)不斷切換的過程中。系統(tǒng)中的電阻R6和R7阻值的選取主要使三級(jí)管工作在開關(guān)狀態(tài)。圖7為Q1工作在開關(guān)狀態(tài)的幾個(gè)指標(biāo)R6上的電流r6[i]=Ib，R7上的電流r7[i]=Ic，V5＝Vbe，V6＝Vce。

圖7 三級(jí)管的開關(guān)特性