一種多路信號幅值測量系統(tǒng)的設計
2012-12-23
交、直流信號幅值的測量和顯示是有些儀器儀表的必備功能，從顯示的形式來看，常見的有兩種形式：指針式和數(shù)字式。對有固定輸入信號性質(zhì)（如：交流、直流、電壓、電流等）和范圍（信號幅值區(qū)間）的測量部件，人們熟稱為表頭。
對于有多路被測信號需測量的場合，若仍采用上述模式進行測量，可有兩個途經(jīng)：1）在A/D轉(zhuǎn)換前加切換開關；2）配備多個數(shù)字表頭。以途經(jīng)1）的方式來測量多路信號的幅值，其對多路信號的幅值的測量是依次進行的，由于表頭的"慣性"，在進行信號切換后，表頭需要有一段穩(wěn)定時間，才能準確地讀數(shù)，兩相鄰信號的幅值相差越大則需要的穩(wěn)定時間越長。人們最為熟悉的數(shù)字萬用表就這種模式。以這種模式來快速（甚至同時）測量多路信號的幅值顯然辦不到。
由于單片機有較強的數(shù)據(jù)處理能力，只要輸入給單片機的信號與被測信號之間存在一個固定的函數(shù)關系（最簡單的是正比例關系）便可實現(xiàn)測量。輸入給單片機的信號可有兩種形式：一種是采用A/D轉(zhuǎn)換芯片而獲得的編碼信號；另一種是采用V/F轉(zhuǎn)換芯片而獲得的頻率信號。一般情況下單片機采用5V電源供電，邏輯電平為TTL電平。為了簡單，系統(tǒng)內(nèi)的其它芯片應向單片機看齊。為此，A/D轉(zhuǎn)換或V/F轉(zhuǎn)換的輸入信號應為0~5V模擬電平，該模擬電平是經(jīng)信號比例（分壓器電路）設置后獲得的，它正比于輸入信號的大小。對于交流信號而言，信號的幅值指的是"有效值"， 交流信號經(jīng)AD/DC轉(zhuǎn)換后便可獲得有效值。對于直流信號，經(jīng)極性處理后就可進行A/D或V/F轉(zhuǎn)換。若被測信號為電流形式的信號，則還需進行I/V轉(zhuǎn)換，對mA級以上的信號可采用電流互感器來進行I/V轉(zhuǎn)換，mA級以下的信號則需采用運算放大器電路來進行I/V轉(zhuǎn)換。
實際應用表明在一般的信號幅值測量且有單片機支持的場合，利用LM331來進行A/D轉(zhuǎn)換具有精度高、線性度好、成本低、使用方便等優(yōu)勢。在圖4所示的設計方案中，由于89C52讀取8253的計數(shù)值非常快，相對于采樣的時間而言幾乎是同時的。比起巡回采樣的方式來，本設計方案的速度優(yōu)勢是明顯的，基本上與信號路數(shù)無關。由于單片機系統(tǒng)擴展8253非常容易，頻率信號又便于遠距離傳輸和隔離，本設計方案也適用于有更多路信號的遠距離巡回檢測系統(tǒng)。
來源 電能質(zhì)量分析儀 http://m.for815.cn/
對于有多路被測信號需測量的場合，若仍采用上述模式進行測量，可有兩個途經(jīng)：1）在A/D轉(zhuǎn)換前加切換開關；2）配備多個數(shù)字表頭。以途經(jīng)1）的方式來測量多路信號的幅值，其對多路信號的幅值的測量是依次進行的，由于表頭的"慣性"，在進行信號切換后，表頭需要有一段穩(wěn)定時間，才能準確地讀數(shù)，兩相鄰信號的幅值相差越大則需要的穩(wěn)定時間越長。人們最為熟悉的數(shù)字萬用表就這種模式。以這種模式來快速（甚至同時）測量多路信號的幅值顯然辦不到。
由于單片機有較強的數(shù)據(jù)處理能力，只要輸入給單片機的信號與被測信號之間存在一個固定的函數(shù)關系（最簡單的是正比例關系）便可實現(xiàn)測量。輸入給單片機的信號可有兩種形式：一種是采用A/D轉(zhuǎn)換芯片而獲得的編碼信號；另一種是采用V/F轉(zhuǎn)換芯片而獲得的頻率信號。一般情況下單片機采用5V電源供電，邏輯電平為TTL電平。為了簡單，系統(tǒng)內(nèi)的其它芯片應向單片機看齊。為此，A/D轉(zhuǎn)換或V/F轉(zhuǎn)換的輸入信號應為0~5V模擬電平，該模擬電平是經(jīng)信號比例（分壓器電路）設置后獲得的，它正比于輸入信號的大小。對于交流信號而言，信號的幅值指的是"有效值"， 交流信號經(jīng)AD/DC轉(zhuǎn)換后便可獲得有效值。對于直流信號，經(jīng)極性處理后就可進行A/D或V/F轉(zhuǎn)換。若被測信號為電流形式的信號，則還需進行I/V轉(zhuǎn)換，對mA級以上的信號可采用電流互感器來進行I/V轉(zhuǎn)換，mA級以下的信號則需采用運算放大器電路來進行I/V轉(zhuǎn)換。
實際應用表明在一般的信號幅值測量且有單片機支持的場合，利用LM331來進行A/D轉(zhuǎn)換具有精度高、線性度好、成本低、使用方便等優(yōu)勢。在圖4所示的設計方案中，由于89C52讀取8253的計數(shù)值非常快，相對于采樣的時間而言幾乎是同時的。比起巡回采樣的方式來，本設計方案的速度優(yōu)勢是明顯的，基本上與信號路數(shù)無關。由于單片機系統(tǒng)擴展8253非常容易，頻率信號又便于遠距離傳輸和隔離，本設計方案也適用于有更多路信號的遠距離巡回檢測系統(tǒng)。
來源 電能質(zhì)量分析儀 http://m.for815.cn/
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