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準周期信號基2同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計
摘要：介紹了一款基于單片機的倍頻電路。該電路能夠?qū)崿F(xiàn)對準周期信號的整周期同步采樣，具有倍頻精度高、跟蹤速度快、能對準周期信號進行預測和補償?shù)忍攸c；同時介紹了一種周期預測的方法和原理以及基于PC總線實現(xiàn)準周期信號的同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。關鍵詞：準周期信號 整周期采樣 單片機 預測
數(shù)據(jù)采集及其傅立葉分析是信號處理的重要環(huán)節(jié)和基本手段。眾所周知，利用FFT技術對信號進行頻譜分析時，其精度受譜泄漏和柵欄效應等因素的制約。理論研究和實驗均表明：對周期或準周期信號實行按基頻整周期同步采集2n個數(shù)據(jù)，即整周期基2同步采樣，可以減小傅立葉分析中的固有誤差——譜泄漏和柵欄效應[1]。
對周期信號，通�？刹捎糜涉i相環(huán)和分頻器組成的鎖相倍頻電路[2]，實現(xiàn)對信號的整周期基2同步采樣。但對周期緩慢變化的準周期信號，要實現(xiàn)整周期基2同步采樣，則非易事。一文提出一款基于單片機周期預測和補償，從而實現(xiàn)對準周期信號整周期基2號同步采樣的倍頻電路。該電路倍頻精度高、跟蹤速度快，能對準周期信號進行預測和補償，在信號處理和數(shù)據(jù)采集領域有較好的應用前景。最后給出了基于PC總線實現(xiàn)同步要樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
1 準周期信號基2倍頻電路的實現(xiàn)
1.1 準周期信號基2倍頻原理
設待采集的準周期信號的頻率為fx，周期Tx。為了實現(xiàn)對輸入信號的整周期同步采樣，要求對輸入信號N倍頻，即產(chǎn)生一個頻率為Nfx的A/D采樣脈沖。又設某基準時鐘脈沖信號的頻率為fo(fo>>fx),周期為To,對fo進行M分頻后，使其恰好等于輸入待采集周期信號頻率fx的N倍，即：
Nfx=(f0)/M (1)
或
Tx=M·NT0=N·MT0 （2）
為了實現(xiàn)基2同步采樣，通常取：
N=2 n (3)
式(3)中n=4,5,...8。顯然，當n的位數(shù)確定后，改變M，使M隨Tx的變化而變化，就能保證整周期基2同步采樣。
1.2 準周期信號基2倍頻電路的硬件實現(xiàn)
為了保證對準周期信號基2整周期同步采樣有較高的精度，筆者提出一款基于雙單片機的基2倍頻電路如圖1所示。它由過零比較器、二分頻器、單片機和或門組成，其中單片機選用AT89C2051，外部晶振頻率為12MHz，內(nèi)部計數(shù)頻率fo為1MHz，輸入信號fx經(jīng)整形和二分頻后直接與兩單片機的外中斷INT0和INT1相連。圖1中A、B、C、D、E、F、G各點波形如圖2所示。
其工作原理是：在信號的奇周期Tx1期間，單片機(1)定時器To由輸入信號Tx1的上升沿啟動，并對Tx1填脈沖計數(shù)，Tx1的下降沿關閉定時器To;借助單片機的運算功能，確定M值，并利用定時器T1產(chǎn)生頻率為Nfx的輸出脈沖信號。定時器To設為內(nèi)部計數(shù)形式，工作方式1
[1] [2] [3]
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