多功能金屬探測器的研究與設(shè)計

（2）基準(zhǔn)頻率電路

基準(zhǔn)頻率電路采用有源晶振進(jìn)行分頻得到，此處晶振選用頻率為32.768KHz的5V供電的TTL電平，經(jīng)過CD4060進(jìn)行32分頻后得到1.024KHz的基準(zhǔn)信號。

（3）差頻電路

感應(yīng)信號與基準(zhǔn)信號進(jìn)行差頻處理，得到差頻信號，這個功能采用如下方法實(shí)現(xiàn)：兩路信號作為異或門的兩個輸入端，異或門輸出是包含著兩種頻率成分的信號，分別為感應(yīng)信號與基準(zhǔn)信號的和頻分量與差頻分量，通過對輸出信號進(jìn)行低通濾波，即得到所需要的差頻分量。

當(dāng)感應(yīng)探頭附近沒有金屬物體的時候，差頻信號約為10Hz左右，為了提高信號的靈敏度，將差頻率信號進(jìn)行倍頻處理。通過將差頻信號經(jīng)過PLL進(jìn)行100倍頻后，輸出信號頻率在1000Hz左右變化。

（4）頻率測量電路

頻率測量是本系統(tǒng)的核心部分之一，頻率測量的方法有很多：測周期法主要針對低頻的，脈沖計數(shù)法則主要針對高頻的。因此，這兩種方法在應(yīng)用的過程中都有一定的局限性。本系統(tǒng)采用的是等精度測頻：利用AVR單片機(jī)與CPLD相結(jié)合進(jìn)行頻率測量，具有測頻精度高、范圍寬的特點(diǎn)，并且測量的精度與待測信號無關(guān)，只與基準(zhǔn)頻率有關(guān)。

本系統(tǒng)中，AVR控制CPLD對待測信號與基準(zhǔn)信號進(jìn)行計數(shù)，并讀取測量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過LCD進(jìn)行顯示。為了使用戶操作本系統(tǒng)時更加的方便，編寫了一個簡單的菜單程序，通過3×5鍵盤對相應(yīng)的菜單項(xiàng)進(jìn)行操作，完成相應(yīng)的功能。

頻率測量一般都是由計數(shù)器和定時器完成，將兩個定時／計數(shù)器一個設(shè)置為定時器，另一個設(shè)置為計數(shù)器，定時時間到后產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中處理結(jié)果，求出頻率。這種方法雖然測量范圍較寬，但由于存在軟件延時，盡管在高頻段能達(dá)到較高的精度，而低頻段的測量精度較低。所以利用單片機(jī)測頻時，如果選擇不好的測量方法，可能會引起很大的誤差。測量頻率時，如果不是真正依靠硬件控制計數(shù)或定時，而是由軟件查詢或中斷響應(yīng)后再停止計數(shù)，雖然理論上能達(dá)到很高的精度，但實(shí)際測量中由于單片機(jī)響應(yīng)有一定的時間延遲，難以做到精確測量。因此，本系統(tǒng)擬采用等精度測頻發(fā)來實(shí)現(xiàn)頻率測量。

等精度測頻工作原理：

等精度頻率測量用被測信號的多周期而不是單周期作門控信號；門控信號周期數(shù)可根據(jù)被測頻率的大小自動調(diào)節(jié)，使計數(shù)值N保持不變，從而實(shí)現(xiàn)等精度測量。

預(yù)置門控信號是寬度為T的一個脈沖，Counterl和Counter2是兩個可控計數(shù)器，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號從Counter1的時鐘輸入端CLK輸入，其頻率為Fs；經(jīng)整形后的被測信號從Counter2的時鐘輸入端CLK輸入，設(shè)其實(shí)際頻率為Fxe，測量頻率為Fx。

當(dāng)預(yù)置門控信號為高電平時，經(jīng)整形后的被測信號的上沿通過D觸發(fā)器的Q端同時啟動計數(shù)器Counter1和Counter2。Counter1、Counter2分別對被測信號(頻率為Fx)和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(頻率為Fs)同時計數(shù)。當(dāng)預(yù)置門信號為低電平時，隨后而至的被測信號的上沿將使這兩個計數(shù)器同時關(guān)閉，時序圖如圖3所示。設(shè)在一次預(yù)置門時間T中對被測信號計數(shù)值為Nx；對標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的計數(shù)值為Ns，則下式成立：

Fx/Nx=Fy/Ny Fx=(Fy/Ny)*Nx

本系統(tǒng)利用AVR單片機(jī)與CPLD相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)等精度測頻，具有測頻精度高，范圍寬的特點(diǎn)，并且測量的精度與待測信號無關(guān)，只與基準(zhǔn)頻率有關(guān)。