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低频信号分析仪低频信号分析仪
低频信号分析仪
摘要 本文介绍了一种基于单片机的低频信号分析仪的设计。该设计主要由四个模块组成:飞思卡尔单片机控制芯片,TFT彩频显示及触摸输入,信号放大比较以及电源模块。信号经由OP37过零比较器中断部分,MC9S12XS128内部A/D转换把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片AT89C51来完成,其负责把ADC0808传送来的数字量经过一定的数据处理,产生相应的显示码送到显示模块进行显示。
该系统的低频信号分析仪电路简单,所用的元件较少,成本低,且测量精度和可靠性较高。此低频信号分析仪可以测量分析电压峰峰值Vpp为10mV-10V,频率为10HZ-400KHZ的交流信号,并可分辨显示正弦波,三角波,方波的频率和幅值,频率误差小于1%,峰值误差小于1%。
关键词 飞思卡尔单片机;过零比较器;TFT显示(触摸屏)
引言
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中
显示部分采用TFT彩频显示,以触屏代替按键,简单方便,与时俱进。
1设计总体方案
1.1设计要求
在输入交流信号电压峰峰值Vpp为500m V~5V,频率范围为50Hz~50kHz条件下,完成以下参数测试;
正弦波,三角波和方波频率测试,测量误差小于1%;
正弦波,三角波和方波幅度测试,测量误差小于3%;
具有数字显示功能(如信号频率、峰值等)。
1.2 设计思路
⑴根据设计要求,选择飞思卡尔MC9S12X128单片机为核心控制器件。
⑵信号的放大整形用OP37进行过零比较
⑶显示采用触摸式的TFT彩频显示。
1.3 设计方案
硬件电路设计由4个部分组成; 放大比较电路,MS12X128单片机系统,TFT显示系统、电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。
图1 数字电压表系统硬件设计框图
单片机控制的数显频率计电路
从图中可以看出,单片机控制的有低频信号分析仪的主要功能模块分为4类:
液晶显示:是指在单片机的控制下,液晶模块显示被测信号的频率与有效值。
电源模块:为单片机和液晶显示器提供工作电源。
放大比较:对信号进行整波并将微小交流电压量放大。
放大模块:。
单片机电路主要是通过编写程序来控制硬件电路。因此,可以通过改变程序,提高测量精度。
二、硬件电路设计
2.1 单片机系统
2.1.1 MC9S12X128单片机
采用飞思卡尔单片机嵌入式开发系统。MC9S12XS128具有59个I/O口,能满足各部分对I/O口的需求
MC9S12X128功能性能:总线宽度:16位指令集结构:HCS12系列:S12XS可编程输入输出端口:91程序存储类型:Flash程序存储量:128KBEEPROM:其它数据RAM大小:8KB时钟频率max:40MHz接口类型:CAN/SCI/SPI计时器数:12片内ADC:8x12位片内DAC:其它电压:其它工作温度:-40℃~125℃封装:PQFP-80
图5 MC9S12X128的引脚图
2.2 TFT显示系统设计
2.2.1 TFT基本结构
TFT屏幕:TFT(Thin Film Transistor薄膜晶体管)是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种, TFT在液晶的背部设置特殊光管,可以“主动”对屏幕上的各个独立的像素进行控制,这也就是所谓 的主动矩阵TFT(active matrix TFT)的来历,这样可以大大提高反应时间,一般TFT的反应时间比 较快,约80ms,而STN则为200ms。如果要提高就会有闪烁现象发生。而且由于TFT是主动式矩阵LCD可 让液晶的排列方式具有记忆性,不会在电流消失后马上恢复原状。TFT还改善了STN 会闪烁(水波纹) 模糊的现象,有效地提高了播放动态画面的能力。与STN相比TFT有出色的色彩饱和度、还原能力和更 高的对比度,但是缺点就是比较耗电,而且成本也比较高。
Op07芯片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压(对于OP07A最大为25μV),所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低(OP07A为±2nA)和开环增益高(对于OP07A为300V/mV)的特点,这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用
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