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隨著信息化、數字化在各行各業的迅猛發展，武器系統中的信息化、數字化也將成為未來的發展趨勢。武器系統中，司乘人員在空間狹小的操作倉里，經常要面對功能眾多、大小不等、量程各異的儀表盤，這些儀表盤不僅占用空間，而且不夠直觀，在分秒必爭的戰場中，情況緊急時，容易造成司乘人員的誤操作或反應滯后，給操作帶來不必要的麻煩。本文提出一種進行交流電頻率、電壓測量的方法，以簡化武器系統的操作倉，節省了空間，使司乘人員更加直觀地進行系統供電頻率、電壓的監測，而不用先找位置，再進行各種儀表體積、量程的對比確認，最后才進行觀測參數的讀取，簡化了過程，節省了時間。 1 頻率、電壓監測裝置的硬件設計 1.1 ATMEL89系列單片機簡介 ATMEL89系列單片機共有AT89C51、AT89C52、89C1051、89C2051等型號，該芯片采用51內核，兼容MCS-51產品，100 000次重復編程／擦寫，具有5 V供電和低壓供電型號。下面以AT89C52為例進行說明。ATMEL89C52是美國ATMEL，公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，具有PLCC、TQFP和DIP等封裝，片內含8 kB的程序存儲器，256 B的數據存儲器，3個16 b定時／計數器，1個標準串行通訊口，8各中斷源，內部帶有振蕩器、上電復位和看門狗電路、5個I／O口、多達36根I／O線。特別是內部的8 kB閃存，為程序開發提供了很大方便。 1.2 系統設計框圖 以日常照明所用的50～60 Hz交流電為測量對象進行測量原理的摸底，測量系統的硬件電路主要包含供電、隔離變壓、電壓信號比較輸出、A／D轉換以及單片機接口控制、串口輸出部分構成，測量系統框圖如圖1所示。 系統電路的工作原理簡述如下：交流電壓經過隔離變壓器隔離降壓、限流以后，分成兩路電壓輸入信號。一路輸入用于頻率測量，輸入信號經離散器件的分壓、穩壓處理，使其滿足電壓比較芯片AD790JN輸入端的要求，通過AD790JN將輸入的正弦波信號轉換成5 V的方波信號，然后送到單片機外部中斷INT0，單片機接收外部脈沖，啟動定時／計數器對方波信號進行定時計數，計算得出頻率值；另外一路輸入用于電壓測量值，輸入信號經過分壓被送到A／D轉換部分，經過AD574A芯片的轉換，將輸入的模擬量轉換成數字量送到單片機的P0口，得到量化電壓值；同時，串口電路部分則負責將得到的頻率值、電壓值以十六進制代碼形式發送至上位機，從而，上位機對頻率值和電壓值進行直觀的顯示。 1.3 系統主要組成電路 (1)波形轉換電路 由于交流電壓信號的波形為一定幅值的正弦波，所以首先要將其轉化為數字脈沖信號，再送到單片機計數端才能對脈沖計數。波形轉換電路由AD790JN和外圍元器件構成，AD790JN的1腳和4腳分別給出了輸入波形對地的正向和負向電壓范圍，2腳為參考電壓輸入端，這里以交流地為參考，3腳為電壓信號輸入端，7腳、8腳分別為數字信號輸出端和門限電壓輸入端。電路如圖2所示。 波形由模擬量轉換成數字量輸出，被送至單片機外部中斷INT0端，啟動定時／計數器T1進行計數，頻率誤差在±1 Hz。 (2)A／D轉換電路 單片機本身只能識別和處理一種離散的數字信號，而在實際的控制系統中，需要監測和控制的是一些電壓、電流等隨時間連續變化的電物理量，所以為了實現單片機對一個應用系統的控制和檢測，A／D轉換電路是必不可少的設計環節。 該A／D設計的目的是把檢測到的電壓模擬量轉換成數字量，要求A／D轉換的精度達到±0.1 V，采用AD574A已經滿足設計要求。AD574A是12 b逐次逼近式A／D轉換器，具有高精度(12 b)變換和高快(8 b) 轉換的功能，片內含高精度的參考電壓源和時鐘，有單極性和雙極性兩種接法，對應的輸入電壓范圍分別為0～20 V和-10～+10 V，最大轉換時間為35μs，擁有鎖存的三態輸出，并與TTL兼容，可直接與MCS-51系列總線相連。設計采用單極性接法，具體電路如圖3所示。為了避免輸入電壓在進入AD574A輸入端時電壓衰減，影響測量精度，設計中采用加跟隨器OP07進行電壓保持。 (3)單片機處理控制電路 單片機是整個系統的核心，根據系統設計的要求和單片機的總體性能，如運算速度、抗干擾能力、I／O端口、中斷源、存儲容量、性價比等，我們采用性能優越的AT89C52芯片作為核心。在設計中，其外圍控制電路如圖4所示。 (4)串口通訊電路 當單片機內部處理了數據后，通過RS 422串口將所得的頻率、電壓值發送至上位機，RS 422串口具有較好的抗干擾能力，保證了數據通訊的可靠性。其電路圖如圖5所示。 (5)電路抗干擾處理 通常在單片機的工作現場中存在許多干擾源，這些干擾源會影響系統的正常工作，因此必須進行抗干擾處理。在實際中主要的干擾是電源干擾，數字模擬電路間的相互作用等，所以抗干擾處理主要也是針對這些方面。 抑制電源的干擾通常使用線路濾波器消除電源脈沖干擾的高頻分量，用隔離變壓器隔離感應干擾的傳輸。在該設計中，對交流電采用隔離變壓器隔離降壓，再經過穩壓管、電容去耦、濾波處理，電壓波形穩定，無毛刺。對。DC-DC的輸入直流電壓，設計中在DC-DC前端利用電源濾波器結合電容進行濾波處理，避免了電源模塊干擾。另一方面，在PCB設計時，進行模塊化設計，使模擬電路部分和數字電路部分在PCB上分割清晰，還進行了地線加粗處理，使地線盡可能連成網狀，并對數字部分敷銅接地處理，提高了抗干擾能力。由于設計以原理摸底為目的，所以使用元器件時，兼顧成本考慮，例如在AD790芯片類型選擇時，選用了JN型，而沒有選AQ型，因為前者為工業級，后者為軍品級，在價格上相差甚遠。 2 系統控制軟件設計 2.1 軟件設計的特點 該設計的軟件主要是根據設計的功能在KeilC51下編寫的，軟件能可靠地實現系統功能。該設計軟件具有以下特點： (1)軟件結構清晰、簡潔、合理； (2)各功能程序實現模塊化、子程序化，這樣既便于調試、連接，又便于移植修改； (3)調試過的程序進行規范化，除去修改“痕跡”，規范化的程序可為以后的軟件模塊化、標準化打下基礎。 2.2 控制信號組合表 AD574A的工作狀態由CE，CS，R／C，12／8，A0這5個控制信號決定。這些控制信號的組合功能如表1所示： 3 結 語 該設計在實驗室進行了軟硬件的調試。系統上電后，對輸入電壓進行了適當調整，輸出端數據發生了相應的變化。通過對輸出量化數據的轉化，求得電壓值，與前端實際輸入電壓值進行比較，誤差在±0.1 V內，串口送出的頻率值誤差在±1 Hz。通過一段時間的運行，系統運行狀況良好，能夠穩定、可靠地進行電壓、頻率測量。 |
