基于单片机的多参数测量仪设计

　　利用图3所示电路可由文氏电桥正弦波振荡器产生一定频率的正弦波，图3中由运放U8A及外围电阻和电容构成文氏电桥，其输出频率的理论值为f=1/(2πRC)，在电源电压不变的条件下，该振荡器具有稳定的频率及振幅。且正弦波输出后，经电压跟随器驱动，即可作为电感表的信号源。信号源可输出到Rx(档位电阻)与Lx(被测电感)的串联电路中，此时电感产生的感抗为：ZL=2πfL。根据分压原理，在已知电压和已经选好已知值的Rx时，如果测出了电感两端的交流电压，由于电感感抗与电感量成正比，因而就可得出电感量。该交流电压经U8C运放与外围电阻组成的放大电路放大后，再经带通滤波器滤波，最后经线性整流器整形后即可转换为直流电压送入单片机。单片机经AD采样可得到该直流电压，再经计算得到电感量。

　　在电感测量时，根据量程的不同可分为5个档。将被测电感Lx接入电路中后，通过输入电压大小的判断，可由单片机向模拟开关发送控制信号以选择档位。

　　频率测量可利用单片机的捕获功能，外部输入的信号经过整形放大滤波分频等处理后，可将输出的方波信号送入单片机，图4所示是其频率测量电路。事实上，当一定频率的信号从IN端输入电路中时，经二极管限幅，再经RC滤波，然后送入到由LM358运放构成的比较器中，即可输出方波信号。该方波信号经74HC14整形，再经74HC393分频，最后可输入到单片机中。该测量电路中利用74HC393分频的目的在于，如果输入信号的频率过高，则单片机无法准确快速地捕获到该信号，因此，可通过分频减少高频信号的测量误差，同时提高测量的实际可行性。

　　相位差测量的基本原理是基于频率信号的测量。它可将不同相位的信号整形为方波信号送入单片机，这样就可将相位差的测量转变为求方波的脉宽，图5所示是其相位差测量电路。该电路将两路信号输入到电路接入端，再分别经限幅、滤波和整形处理，然后将得到的两路方波信号各自输入到单片机的两个捕获端口。

　　之后，在单片机中经过计算，即可得到脉宽以及周期，最终得到两个周期稳定的模拟输入信号之间的相位差。图6所示是其相位差波形图。

　　在图6中的两路相位不同的方波信号中，T1为信号1的上升沿到来时的时刻，T2为信号2上升沿到来时的时刻，如果可同时得到方波信号的周期T，则它们之间的相位差的理论计算公式为

　　这样，只需要得到这两路信号的上升沿时刻及其周期，便可计算出它们的相位差。