基于HT46R47單片機實現智能檢測儀器的設計

引言

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

·A/D轉換法將被測電壓信號經過阻抗匹配，變成單片機可測量的電壓范圍，后經模數轉換測得相應的電壓值。

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

·測頻法是利用單片機內部計數器計數一定門限內的頻率信號脈沖數。

·測周法是計時一定數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，防止掉電丟失數據。其中U1=4V，VCC=5V。

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

R4、4MHz晶振為芯片提供精確的系統時鐘。

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

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，當掉電時U2輸出低電平使HT46R47外部中斷，中斷程序可以對正在處理的數據進行保護。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。

·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。

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

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應連接高亮或超高亮度型號的共陰極數碼管。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。測得的數值經處理后，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據，同時接受HD7279A傳來的鍵值。

軟件設計

電壓測量的過程就是A/D轉換的過程，電壓的A/D測量是由HT46R47中的PB0口完成的，其中A/D轉換控制器中的START位為A/D轉換的控制開關。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/計數器工作在外部事件計數狀態，則必須：端口控制器將PA4/TMR口設定位輸入狀態;其定時/計數器的控制器的TM1和TM0位設定為01。以測量1000Hz頻率信號為例，由于HT46R47定時/計數器寄存器為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

實驗結果誤差分析

電壓誤差的主要原因如下：

·A/D轉換過程中產生的量化誤差。

HT46R47的A/D轉換器為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，使得結果產生微小的誤差。

產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的計數值與在同一時間內的基準頻率的計數值相比較而得出的，所以作為基準頻率的恒溫晶體的誤差將會直接影響到測試結果。

·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生相應的抖動，這也會使測試結果產生微小的誤差。