单片机智能频率信号装置

0 概 述

    在电力系统发电机组的调试试验工作及其它工程实践中，特别是旋转机械的调试工作中，广泛使用低频信号发生源。在以往的实践中，大量使用的为由晶体管组成的低频信号发生器或由电子管组成的工频信号源；这些仪器体大笨重，携带困难；同时模拟器件随时间和温度的漂移使输出信号不稳定，给调试工作带来了极大的不便。此外，在旋转机械的起动、停止和试运转过程中，还需要测量其转速（频率）及记录其变化过程。本文介绍一种由单片机组成的同时兼具信号发生和频率测量的智能信号装置，它充分发挥单片机智能控制的特长，具有体积小、重量轻、能发生超低频信号、可编程模拟旋转机械的动态过程等一系列优点。

1 系统组成

    智能信号装置以8031为主芯片构成，其系统组成如图1所示。其中2764用于存放工作程序，6116用于存放编程参数、控制参数、信号设定值及测量结果，8279用于键盘扫描和显示参数信息，DAC1210用于模拟输出，8254用来产生高精度的方波信号和扩展频率测量的分辨率和精度。

2 频率测量

    频率测量原理见图1，被测信号经滤波、整形、二分频后送至8254的GATE0口，由方波的正半周启动16位计数器。计数器的溢出次数由8031的 INT0计数，方波的下降沿申请INT1中断读取8254计数器0的计数值和溢出次数。显然，由于二分频的作用，所测之值即为被测信号的周期。即：T＝ C／f0（式中：f0———8254的时钟频率；C———计数值）
                
                   
3 信号发生

    设置有方波和正弦波两路信号输出。正弦由模拟输出通道输出；方波由可编程计数器8254的计数器1、计数器2串级分频后经功率放大输出。8254的计数器1和计数器2均按方式3运行。当计数器的编程值为N时，则输出一个周期为N／f0占空接近[page]
                   
4 模拟输出

    模拟输出由DAC1210构成。主要是将被测信号的频率转换成相对应的电压输出，供录波和其它装置采样使用。此外，在需要正弦波信号的应用场合，也可以将其编程为正弦波输出，构成第二路信号发生器。此时，DAC1210的输出由定时器1按1／n个信号周期定时启动，其值则由存储于EPROM正弦波序列查表确定。已知单片机的定时时间为：
                       
    波的波形失真度较小，取n＝12，则fmin＝1．27Hz，fmax＝83333． 3Hz。为保证发生超低频率，则n值也应能根据信号要求自动调整。此外，若以n个周期等距地划分正弦波,则正弦波周期的分辨率为nμs(12M晶振)，工频时（50Hz）其周期值为20000μs，频率分辨率为0．03Hz（n＝12），不能满足某些特定工程的需要，所以，应根据信号频率自动调整n个定时时间内的定时值，以保证输出正弦波的分辨率最高。

5 编程控制

    由于采用单片机构成信号装置，可以充分发挥单片机的控制和数据存储功能，构成智能型仪表。除信号发生值可以任意设置（数字给定）外，还可设置模拟端口的功能及调整模拟输出与被测信号的对应关系；或将发出的信号编程为阶跃变化、斜坡变化、等幅周期性变化、衰减周期性变化、按时间过程连续性曲线变化等，其变化幅值、斜率、变化周期、衰减率等均可根据实际情况进行编程，以满足各种特定的工程需要。

6 结束语

    以本文原理构成的仪器已形成产品，并在水轮发电机组的测试试验中得到了应用。由于其具有测量范围宽、测量精度高、实时性好、智能化程度高、体积小、重量轻、携带方便及一机多用等特点，取得了令人满意的效果，具有较高的推广价值。

参考文献
1　程远楚．80C51FA在智能信号装置中的应用．电子技术应用，1997年第6期
2　何立民．单片机应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1990年
3　余水宝．单片机在高精度测频中的应用．电子测量技术，1995年