一種多路信號幅值測量系統(tǒng)的設(shè)計
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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。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化顯示交、直流信號的幅值已占統(tǒng)治地位。對簡單的數(shù)字表頭而言，其核心是一片A/D轉(zhuǎn)換芯片，測量的過程一般是圖1所示的形式：
1． 設(shè)計方案比較和分析
面板屏幕（液晶、CRT）化的儀器儀表通常都有微處理器的支持，我們可以利用微處器強大的數(shù)據(jù)處理能力來實現(xiàn)對多路信號幅值的快速或同時采樣。以用51系列單片機為核心的系統(tǒng)為例，對單路信號幅值的采樣和顯示一般為圖2所示的模式。
以A/D轉(zhuǎn)換的方式進行模擬信號幅值測量，A/D轉(zhuǎn)換芯片的特性決定了轉(zhuǎn)換的精度、線性度、數(shù)字編碼的有效位數(shù)。當前A/D轉(zhuǎn)換芯片是一個大家族，從數(shù)字編碼輸出的形式上看有并行和串行兩種。從數(shù)字編碼的形式上看，既有二進制編碼，字長從8位到16位（在幅值測量方面，10位以下A/D芯片基本不用）；也有BCD編碼，字長為3位半或4位半。以V/F轉(zhuǎn)換的方式進行模擬信號幅值測量，因其輸出頻率正比于輸入電壓，系統(tǒng)需提供計數(shù)器支持，通過單片機對頻率值的換算便可獲得輸入信號的幅值。
要進行對多路信號幅值的快速甚至同時測量，必須為每路信號都配備一個轉(zhuǎn)換通道。在以單片機為核心的儀器儀表中，對多路信號幅值的快速測量除要考慮轉(zhuǎn)換的精度、線性度以及讀數(shù)的有效位數(shù)外還要考慮硬件電路的規(guī)模、軟件開銷、系統(tǒng)成本等因素。在轉(zhuǎn)換的精度、線性度、讀數(shù)的有效位數(shù)相當以及相同的轉(zhuǎn)換路數(shù)前提下，幾種方案的比較如下：
| 轉(zhuǎn)換方式 | 硬件電路規(guī)模 | 軟件開銷 | 采樣讀出 | 系統(tǒng)成本 |
| 并行A/D轉(zhuǎn)換 | 大 | 小 | 視A/D芯片特性而定 | 很高 |
| 串行A/D轉(zhuǎn)換 | 小 | 大 | 巡回采樣、讀出 | 較高 |
| V/F轉(zhuǎn)換 | 小 | 小 | 同時采樣，依次讀出 | 較低 |
2．應(yīng)用實例
筆者在由武漢新電高技術(shù)生產(chǎn)的XD3310A型微電腦移相器中成功地應(yīng)用V/F轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)了對六路信號幅值的同時采樣和集中顯示。XD3310A型微電腦移相器有六路信號的幅值需要測量和顯示，它們分別是A、B、C三相交流電壓，幅值區(qū)間最大為0.0V∽450.0V，A、B、C三相交流電流，幅值區(qū)間最大為0.00A∽10.00A。從顯示的數(shù)字區(qū)間看，若采用A/D轉(zhuǎn)換方式，則A/D轉(zhuǎn)換芯片的字長至少應(yīng)達13位（二進制）或4位半（BCD碼）。如為每路信號都配備一片這樣的芯片其系統(tǒng)成本是昂貴的。因此，筆者選用了V/F轉(zhuǎn)換方式來測量這六路信號的幅值，并獲得預(yù)期效果。AC/DC轉(zhuǎn)換及V/F轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。
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