引言

對單片機為核心構(gòu)成的智能檢測儀器，測量電壓、頻率時有多種方法。一般對電壓測量采用A/D轉(zhuǎn)換法或V/F轉(zhuǎn)換法。對頻率測量則采用測頻法或測周法。具體說：

·A/D轉(zhuǎn)換法將被測電壓信號經(jīng)過阻抗匹配，變成單片機可測量的電壓范圍，后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換測得相應(yīng)的電壓值。

·V/F轉(zhuǎn)換則將被測電壓加到V/F轉(zhuǎn)換器上，然后對輸出的頻率進行測量，后經(jīng)單片機內(nèi)部程序的換算轉(zhuǎn)換為電壓值。

·測頻法是利用單片機內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)一定門限內(nèi)的頻率信號脈沖數(shù)。

·測周法是計時一定數(shù)量的被測頻率信號的脈沖的時間。總的來說，每種方法都是針對不同的信號，充分利用單片機的資源進行測量的。

本文用HT46R47單片機完成對電壓、頻率的測量，采用A/D轉(zhuǎn)換法和測頻法。

硬件電路

·檢測電路（圖1）

圖1 電壓電流頻率檢測電路

采樣的交流電流由3PIN的1引腳輸入，經(jīng)U5放大接入HT46R47的PA6引腳，來測量電流。采樣的交流電壓由3PIN的3引腳輸入，經(jīng)U1放大，U2比較得到一系列脈沖輸入到HT46R47的PA4/TMR引腳，來測量頻率。同時由PIN3引腳輸入的交流電壓經(jīng)過U1、U3、U4的放大整流，再由VT2的集電極輸入到HT46R47的PA7引腳，來測量電壓。

·HT46R47外圍電路（圖2）

圖2 HT46R47外圍電路

D1、D2、U1組成控制電路的輔助電源，防止掉電丟失數(shù)據(jù)。其中U1=4V，VCC=5V。

C3、C4、C5、R2、R3組成控制電路的復(fù)位電路，保證程序上電時能進入復(fù)位程序。

R4、4MHz晶振為芯片提供精確的系統(tǒng)時鐘。

R1、BELL、VT3和1K 的電阻組成蜂鳴器發(fā)聲系統(tǒng)，PA3/PFD為可編程脈寬調(diào)制輸出。

C1、C2、D3、D4、U2等組成掉電中斷保護電路。正常供電時PA5/INT引腳為高電平，當(dāng)?shù)綦姇rU2輸出低電平使HT46R47外部中斷，中斷程序可以對正在處理的數(shù)據(jù)進行保護。掉電時，C1、C2為U2提供短時電源。

PB1/AN1、PB2/AN2、PB3/AN3、PD0/PWM可控制主電路的電流、電壓、頻率以及主電路的電源開關(guān)。

·顯示電路（圖3）

圖3 顯示電路

C1電容可抑制HD7279A輸出大電流時對電源的影響。

1.5KΩ電阻和15PF電容為HD7279A晶振時鐘的典型配置。

與數(shù)碼管連接的8只200Ω的電阻不可省去，它們是用來限制LED數(shù)碼管的電流。

8只100K 的下拉電阻和1只10KΩ的位選電阻在無鍵盤配置的情況下均可省去。HD7279A應(yīng)連接高亮或超高亮度型號的共陰極數(shù)碼管。其字符高度不宜超過1英寸。

PA6、PB0/AN0、PA7、PA4/TMR分別作為過流檢測、電壓檢測、過壓檢測、頻率檢測。測得的數(shù)值經(jīng)處理后，輸出給HD7279A顯示電壓、頻率，可控制蜂鳴器報警。

PA0、PA1、PA2分別與HD7279A的CLK、DATA、KEY等引腳相連提供顯示數(shù)據(jù)，同時接受HD7279A傳來的鍵值。

軟件設(shè)計

電壓測量的過程就是A/D轉(zhuǎn)換的過程，電壓的A/D測量是由HT46R47中的PB0口完成的，其中A/D轉(zhuǎn)換控制器中的START位為A/D轉(zhuǎn)換的控制開關(guān)。程序流程如圖4。

圖4 電壓測量流程圖

測量頻率是由HT46R47的PA4/TMR口完成的。若使其定時/計數(shù)器工作在外部事件計數(shù)狀態(tài)，則必須：端口控制器將PA4/TMR口設(shè)定位輸入狀態(tài);其定時/計數(shù)器的控制器的TM1和TM0位設(shè)定為01。以測量1000Hz頻率信號為例，由于HT46R47定時/計數(shù)器寄存器為8位，故選閘門時間為0.1秒。程序流程如圖5。

圖5 頻率測量流程圖

實驗結(jié)果誤差分析

電壓誤差的主要原因如下：

·A/D轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的量化誤差。

HT46R47的A/D轉(zhuǎn)換器為9位，測得的值與實際值存在著最大為5/512V的誤差。

·電壓波動帶來的誤差

電壓的波動會使被測值偏離真值抖動，使得結(jié)果產(chǎn)生微小的誤差。

產(chǎn)生頻率誤差的主要原因如下：

·恒溫晶體的誤差

由于被測信號的測量頻率是通過其在閘門時間內(nèi)的計數(shù)值與在同一時間內(nèi)的基準(zhǔn)頻率的計數(shù)值相比較而得出的，所以作為基準(zhǔn)頻率的恒溫晶體的誤差將會直接影響到測試結(jié)果。

·電壓波動帶來的誤差

電壓的波動會使晶體振蕩器的輸出頻率產(chǎn)生相應(yīng)的抖動，這也會使測試結(jié)果產(chǎn)生微小的誤差。

·干擾帶來的誤差

電路內(nèi)部的干擾或周圍環(huán)境產(chǎn)生的干擾均會使被測信號在時域上發(fā)生變形，當(dāng)干擾信號的強度足以使信號在某些時間點上發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)時，誤差也就隨之產(chǎn)生了。

·極間電路阻抗不匹配所產(chǎn)生的誤差

當(dāng)級間電路阻抗不能做到完全匹配時，傳輸線上將會存在波動的反射，該反射波與被測信號的輸入相疊加時，也會使信號在時域內(nèi)發(fā)生變形，從而造成一定的誤差。

結(jié)語

由于HT46R47的指令系統(tǒng)為單周期指令，在工程應(yīng)用中，具有極強的抗干擾能力。使用HD7279A驅(qū)動LED數(shù)碼管，滿足了控制系統(tǒng)的要求，降低了開發(fā)成本，使系統(tǒng)具有靈活性，充分利用了單片機的資源。本電路在實際應(yīng)用于無機電致發(fā)光顯示器驅(qū)動電源顯示電路中，表現(xiàn)了良好的性能。

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