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準(zhǔn)周期信號(hào)基2同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要：介紹了一款基于單片機(jī)的倍頻電路。該電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)準(zhǔn)周期信號(hào)的整周期同步采樣，具有倍頻精度高、跟蹤速度快、能對(duì)準(zhǔn)周期信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)；同時(shí)介紹了一種周期預(yù)測(cè)的方法和原理以及基于PC總線實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)周期信號(hào)的同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：準(zhǔn)周期信號(hào) 整周期采樣 單片機(jī) 預(yù)測(cè)
數(shù)據(jù)采集及其傅立葉分析是信號(hào)處理的重要環(huán)節(jié)和基本手段。眾所周知，利用FFT技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析時(shí)，其精度受譜泄漏和柵欄效應(yīng)等因素的制約。理論研究和實(shí)驗(yàn)均表明：對(duì)周期或準(zhǔn)周期信號(hào)實(shí)行按基頻整周期同步采集2n個(gè)數(shù)據(jù)，即整周期基2同步采樣，可以減小傅立葉分析中的固有誤差——譜泄漏和柵欄效應(yīng)[1]。
對(duì)周期信號(hào)，通�？刹捎糜涉i相環(huán)和分頻器組成的鎖相倍頻電路[2]，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的整周期基2同步采樣。但對(duì)周期緩慢變化的準(zhǔn)周期信號(hào)，要實(shí)現(xiàn)整周期基2同步采樣，則非易事。一文提出一款基于單片機(jī)周期預(yù)測(cè)和補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)周期信號(hào)整周期基2號(hào)同步采樣的倍頻電路。該電路倍頻精度高、跟蹤速度快，能對(duì)準(zhǔn)周期信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償，在信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。最后給出了基于PC總線實(shí)現(xiàn)同步要樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
1 準(zhǔn)周期信號(hào)基2倍頻電路的實(shí)現(xiàn)
1.1 準(zhǔn)周期信號(hào)基2倍頻原理
設(shè)待采集的準(zhǔn)周期信號(hào)的頻率為fx，周期Tx。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的整周期同步采樣，要求對(duì)輸入信號(hào)N倍頻，即產(chǎn)生一個(gè)頻率為Nfx的A/D采樣脈沖。又設(shè)某基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率為fo(fo>>fx),周期為To,對(duì)fo進(jìn)行M分頻后，使其恰好等于輸入待采集周期信號(hào)頻率fx的N倍，即：
Nfx=(f0)/M (1)
或
Tx=M·NT0=N·MT0 （2）
為了實(shí)現(xiàn)基2同步采樣，通常取：
N=2 n (3)
式(3)中n=4,5,...8。顯然，當(dāng)n的位數(shù)確定后，改變M，使M隨Tx的變化而變化，就能保證整周期基2同步采樣。
1.2 準(zhǔn)周期信號(hào)基2倍頻電路的硬件實(shí)現(xiàn)
為了保證對(duì)準(zhǔn)周期信號(hào)基2整周期同步采樣有較高的精度，筆者提出一款基于雙單片機(jī)的基2倍頻電路如圖1所示。它由過零比較器、二分頻器、單片機(jī)和或門組成，其中單片機(jī)選用AT89C2051，外部晶振頻率為12MHz，內(nèi)部計(jì)數(shù)頻率fo為1MHz，輸入信號(hào)fx經(jīng)整形和二分頻后直接與兩單片機(jī)的外中斷INT0和INT1相連。圖1中A、B、C、D、E、F、G各點(diǎn)波形如圖2所示。
其工作原理是：在信號(hào)的奇周期Tx1期間，單片機(jī)(1)定時(shí)器To由輸入信號(hào)Tx1的上升沿啟動(dòng)，并對(duì)Tx1填脈沖計(jì)數(shù)，Tx1的下降沿關(guān)閉定時(shí)器To;借助單片機(jī)的運(yùn)算功能，確定M值，并利用定時(shí)器T1產(chǎn)生頻率為Nfx的輸出脈沖信號(hào)。定時(shí)器To設(shè)為內(nèi)部計(jì)數(shù)形式，工作方式1
[1] [2] [3]
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