常見(jiàn)電路設(shè)計(jì)（二）

摘 要：文章主要闡述了包絡(luò)線信號(hào)、紋波信號(hào)和開(kāi)關(guān)抖動(dòng)信號(hào)硬件方面的處理和調(diào)制；通過(guò)硬件對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理后的波形接近標(biāo)準(zhǔn)波形。因此，對(duì)于工控機(jī)里的板卡采集和處理波形的占空比、頻率、幅值、功率等相關(guān)參數(shù)帶來(lái)了方便，提高了精度。

關(guān)鍵詞：包絡(luò)線信號(hào)；紋波信號(hào)；波形抖動(dòng)信號(hào)；硬件處理

1 信號(hào)采集原理

在電路設(shè)計(jì)中，有許多信號(hào)不能直接通過(guò)工控機(jī)的板卡直接采集，需要對(duì)一些信號(hào)通過(guò)硬件處理后采集。例如設(shè)備對(duì)產(chǎn)品測(cè)試時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)聲音，而聲音的音量、長(zhǎng)短以及間隔時(shí)間等都是判斷產(chǎn)品的好壞。因此，需要對(duì)整個(gè)音頻信號(hào)（如圖1）的參數(shù)（包括信號(hào)連續(xù)工作時(shí)的頻率、信號(hào)間隔時(shí)間、信號(hào)周期、信號(hào)頻率及占空比）進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間時(shí)，并受到別的信號(hào)干擾時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖3左邊的波形，波紋較亂，不易采集。同時(shí)在繼電器吸合和斷開(kāi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，如圖5上的波形。工控機(jī)里的板卡直接采集以上參數(shù)較困難，于是需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行硬件處理后采集。

1.1 包絡(luò)線（音頻）信號(hào)采集

采用硬件CC4098型芯片搭建包絡(luò)線檢出電路，如圖2。調(diào)節(jié)Rx和Cx使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈寬略大于輸入信號(hào)周期，若Rx×Cx的值小于信號(hào)周期包絡(luò)線將不能檢出；若Rx×Cx的值要是比信號(hào)周期大的多的話，檢出的包絡(luò)線的周期將超出信號(hào)周期較多，給測(cè)試帶來(lái)很大的誤差，故要調(diào)節(jié)Rx×Cx的值稍微大于信號(hào)周期減少誤差（誤差=Rx×Cx-T信號(hào)周期）。通過(guò)包絡(luò)線檢出電路后產(chǎn)生的波形信號(hào)如圖1下。處理后的波形的正脈寬會(huì)比實(shí)際的脈寬稍微便大，那就需要用示波器監(jiān)控實(shí)際波形，得到的參數(shù)與板卡采集的參數(shù)進(jìn)行比較，然后通過(guò)軟件進(jìn)行修正，軟件修正后測(cè)得的參數(shù)應(yīng)于示波器監(jiān)控的數(shù)據(jù)一致。

1.2 受到干擾的信號(hào)采集

波形紋波較亂，既有上升也有下降的。板卡采集信號(hào)是通過(guò)判斷波形上升沿開(kāi)始計(jì)時(shí)，下降沿停止計(jì)時(shí)，計(jì)算正脈寬的時(shí)間。而現(xiàn)在板卡不能夠識(shí)別是波形上升沿還是波紋的上升沿，產(chǎn)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(wèn)題，采用了施密特觸發(fā)器CC4093芯片，經(jīng)過(guò)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(biāo)準(zhǔn)方波，采集時(shí)不會(huì)出現(xiàn)誤判。

1.3 波形抖動(dòng)信號(hào)采集

繼電器吸合和斷開(kāi)都屬于機(jī)械觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，而機(jī)械觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生單脈沖波形時(shí)，由于機(jī)械觸頭的抖動(dòng)，將會(huì)使單脈沖波形產(chǎn)生毛刺甚至不穩(wěn)定，使用CC4043芯片消除抖動(dòng)波形如圖5。板卡直接對(duì)該信號(hào)采集是會(huì)出現(xiàn)誤判，把抖動(dòng)的波形認(rèn)為是實(shí)際波形，采集錯(cuò)誤。為了避免板卡誤判需要對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的單脈沖波形進(jìn)行硬件處理。通過(guò)硬件處理后可以輸出理想的單脈沖信號(hào)波形如圖5下。這樣的波形板卡一般不會(huì)出現(xiàn)誤判情況。

2 結(jié)束語(yǔ)

電路設(shè)計(jì)中，往往需要把一些復(fù)雜、不容易采集的信號(hào)通過(guò)多種方法處理變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行采集。處理以上波形的芯片可以很容易購(gòu)買(mǎi)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(xiàn)

[1]趙保經(jīng).中國(guó)集成電路大全—CMOS集成電路[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1985.