基于單片機(jī)控制的帶鎖相環(huán)三路智能同步采集卡設(shè)計

從圖3可知：VCO的輸出可以經(jīng)由一除法器進(jìn)行N分頻后，再送至相位比較器Ⅰ，并進(jìn)而與VI進(jìn)行相位比較，最后使f2′=f1，二者的相位差恒定，從而實現(xiàn)鎖相。由于f2′=f2/N=f1，可推得：f2=Nf1，由此表明：盡管從局部看使用除法器完成的是分頻，但就鎖相環(huán)整體而言卻是實現(xiàn)N倍頻。本文作者正是利用CD4046的這一特性并配以三片可編程計數(shù)器芯片MC14522　構(gòu)成120倍頻器(見圖4)，從而實現(xiàn)三路信號在一個周波內(nèi)完成120點同步采集。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

結(jié)合上述圖1所示的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成框圖及測試性能要求，本系統(tǒng)選用當(dāng)前較為流行的集成度較高的嵌入式8位單片機(jī)87C196NT作為主控器(并擴(kuò)展了一片EPROM-2764)，A/D轉(zhuǎn)換器采用性價比較高且內(nèi)含由三態(tài)緩沖器和鎖存器的12位AD1674集成芯片通過三片采樣/保持器新片LF398以及多路轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4051和CD4052的有機(jī)組合實現(xiàn)三路信號的同步采集以及AD1674分時轉(zhuǎn)換和量程的自動改變120倍頻器由CD4046集成鎖相環(huán)芯片和整型放大器4069及三片可編程計數(shù)器MC14522組成;另外在通訊接口的設(shè)計上選用了當(dāng)前較為流行的CAN串行通信接口。其硬件接線結(jié)構(gòu)圖見圖4。

2.2 120分頻器設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)要求(在一個周期內(nèi)完成三路共120點采集)，本系統(tǒng)選用了鎖相環(huán)芯片CD4046和三片可編程計數(shù)器芯片(MC14522)，其中三片MC14522按圖5所示接線圖連接。圖中個位所示計數(shù)器芯片的輸入端(CP端)接從第三路取樣后經(jīng)4069放大器放大、濾波、整形后的輸出信號而其輸出接4046的PHI1端。總的分頻系數(shù)N=100N1+10N2+N3，因此，只需給三片計數(shù)器置以相應(yīng)的計數(shù)值便可實現(xiàn)相應(yīng)的分頻系數(shù)。本系統(tǒng)要求N=120，根據(jù)接線圖可以分別向百位/十位/個位置計數(shù)值1、2、0(即通過單片機(jī)向其數(shù)據(jù)輸入端送二進(jìn)制0001、0010、0000)便可實現(xiàn)120倍的分頻，而對于整個鎖相環(huán)來說則實現(xiàn)了120倍頻。

2.3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件部分主要是系統(tǒng)主程序、采集子程序、通訊子程序和數(shù)字濾波子程序等設(shè)計，其中采集子程序作為中斷子程序存在;數(shù)字濾波采用遞推中值算法;所有程序采用C語言編寫。

數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為一門基礎(chǔ)性和綜合性相結(jié)合的技術(shù)，在當(dāng)今迅速發(fā)展的信息時代里起著“基礎(chǔ)性和導(dǎo)向”作用，而隨著信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)的快速發(fā)展在大力推動數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展和大范圍應(yīng)用的同時，也對實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集技術(shù)的載體——數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)提出新的和更高的要求：使其進(jìn)一步朝著微型化、智能化、柔性化方向發(fā)展。為此，結(jié)合電力系統(tǒng)參數(shù)測試的特點和要求，本文作者在設(shè)計“三路快速、高精度同步采集卡”過程中，圍繞以提高系統(tǒng)性能的目標(biāo)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和采集技術(shù)兩方面都進(jìn)行了大膽的探索和嘗試。經(jīng)過測試表明：該“智能采集卡”性能穩(wěn)定可靠，并具有較好的柔性和智能性，較好地滿足了設(shè)計指標(biāo)和測試的要求。