常見電路設計（二）

摘 要：文章主要闡述了包絡線信號、紋波信號和開關抖動信號硬件方面的處理和調制；通過硬件對這些信號進行處理后的波形接近標準波形。因此，對于工控機里的板卡采集和處理波形的占空比、頻率、幅值、功率等相關參數帶來了方便，提高了精度。

關鍵詞：包絡線信號；紋波信號；波形抖動信號；硬件處理

1 信號采集原理

在電路設計中，有許多信號不能直接通過工控機的板卡直接采集，需要對一些信號通過硬件處理后采集。例如設備對產品測試時經常會出現聲音，而聲音的音量、長短以及間隔時間等都是判斷產品的好壞。因此，需要對整個音頻信號（如圖1）的參數（包括信號連續工作時的頻率、信號間隔時間、信號周期、信號頻率及占空比）進行測試。在測試延時繼電器的延時時間時，并受到別的信號干擾時會出現如圖3左邊的波形，波紋較亂，不易采集。同時在繼電器吸合和斷開時會出現抖動，如圖5上的波形。工控機里的板卡直接采集以上參數較困難，于是需要對信號進行硬件處理后采集。

1.1 包絡線（音頻）信號采集

采用硬件CC4098型芯片搭建包絡線檢出電路，如圖2。調節Rx和Cx使單穩態觸發器輸出脈寬略大于輸入信號周期，若Rx×Cx的值小于信號周期包絡線將不能檢出；若Rx×Cx的值要是比信號周期大的多的話，檢出的包絡線的周期將超出信號周期較多，給測試帶來很大的誤差，故要調節Rx×Cx的值稍微大于信號周期減少誤差（誤差=Rx×Cx-T信號周期）。通過包絡線檢出電路后產生的波形信號如圖1下。處理后的波形的正脈寬會比實際的脈寬稍微便大，那就需要用示波器監控實際波形，得到的參數與板卡采集的參數進行比較，然后通過軟件進行修正，軟件修正后測得的參數應于示波器監控的數據一致。

1.2 受到干擾的信號采集

波形紋波較亂，既有上升也有下降的。板卡采集信號是通過判斷波形上升沿開始計時，下降沿停止計時，計算正脈寬的時間。而現在板卡不能夠識別是波形上升沿還是波紋的上升沿，產生誤判，所以采集到的頻率和占空比不正確。為了解決波紋問題，采用了施密特觸發器CC4093芯片，經過該芯片的波形如圖3右。去除波紋的電路圖如圖4。處理后的波形接近標準方波，采集時不會出現誤判。

1.3 波形抖動信號采集

繼電器吸合和斷開都屬于機械觸點開關，而機械觸點開關產生單脈沖波形時，由于機械觸頭的抖動，將會使單脈沖波形產生毛刺甚至不穩定，使用CC4043芯片消除抖動波形如圖5。板卡直接對該信號采集是會出現誤判，把抖動的波形認為是實際波形，采集錯誤。為了避免板卡誤判需要對機械開關產生的單脈沖波形進行硬件處理。通過硬件處理后可以輸出理想的單脈沖信號波形如圖5下。這樣的波形板卡一般不會出現誤判情況。

2 結束語

電路設計中，往往需要把一些復雜、不容易采集的信號通過多種方法處理變成標準信號進行采集。處理以上波形的芯片可以很容易購買到，并且在PCB板制作也很方便，在日后的工作中大家可以嘗試一下。

參考文獻

[1]趙保經.中國集成電路大全—CMOS集成電路[M].國防工業出版社，1985.