單片機在超聲電源頻率跟蹤電路中的應(yīng)用研究

齊曉旭，陳奇栓

（承德石油高等專科學(xué)校，河北 承德　067000）

單片機在超聲電源頻率跟蹤電路中的應(yīng)用研究

齊曉旭，陳奇栓

（承德石油高等專科學(xué)校，河北 承德067000）

目前，在各種電子設(shè)備控制中單片機成為一種重要的手段，它被廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備產(chǎn)品中，對于超聲電源頻率跟蹤電路來說，單片機起著非常重要的作用，文章主要探討的是單片機在超聲電源頻率跟蹤電路中的應(yīng)用。

單片機；超聲電源頻率跟蹤電路；應(yīng)用研究

1　單片機的基本原理

單片機是一種集成電路芯片，利用超大規(guī)模的電路技術(shù)將將CPU、ROM、RAM、I/O、中斷系統(tǒng)、定時器等集成到一塊硅片上的微型計算機系統(tǒng)，它的構(gòu)成部分包括運算器、累加器以及寄存器等，在微處理器的內(nèi)部運算中，它構(gòu)成的各個部分是相互連接的，運算器在最后接到命令進行運算，最后將運算的結(jié)果存入寄存器中。單片機的實用性非常的強，強調(diào)的是在各種電子產(chǎn)品中的開發(fā)利用，對于超聲電源頻率電路中應(yīng)用單片機的技術(shù)至關(guān)重要。

2　超聲電源頻率的基本概述

在很多的電子設(shè)備中都引用了功率超聲電源，它是電子產(chǎn)品超聲設(shè)備的換能器的關(guān)鍵器件，在電子產(chǎn)品運行的過程中，通過超聲頻率電壓波形的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生超聲波。

3　單片機在超聲電源頻率跟蹤電路中的具體應(yīng)用

（1）在換能器中的應(yīng)用。利用單片機的工作原理，在超聲諧振頻率的周圍，將換能器做為等效電路，在這個等效電路中，有靜態(tài)電容、內(nèi)介質(zhì)電損耗、動態(tài)電感、動態(tài)電容、動態(tài)電阻組成為換能器的整個電路。通過等效電路基本上就可以斷定壓電陶瓷型換能器是容性負載的，因此在整個電路中如果需要構(gòu)成諧振電路，就需要在壓電陶瓷型換能器的饋電電路中相應(yīng)的電感與壓電陶瓷進行相互的配合。

對于超聲波電源輸出的相應(yīng)信號頻率有沒有在諧振超聲波換能器運行的相應(yīng)的頻率上，這就需要對超聲波電源進行相應(yīng)的檢測，檢測換能器兩端的電壓以及電流。并且利用調(diào)節(jié)壓控振蕩器來調(diào)節(jié)相應(yīng)的電壓，對振蕩器輸出的頻率信號進行調(diào)節(jié)，以此來保證超聲電源的電路正常運轉(zhuǎn)。

（2）在硬件設(shè)計中的應(yīng)用。對于超聲電源來說一般選用振蕩器較大的，核心是脈寬調(diào)制電路芯片，然后有相應(yīng)的超聲頻方波的信號產(chǎn)生，在變壓器倒相后驅(qū)動2個VMOS管的基礎(chǔ)上形成D類的放大器，而超聲波信號的產(chǎn)生就是由D類放大器輸出的功率電信號與相匹配的電路超聲波換能器轉(zhuǎn)換而來的。

在超聲電源頻率跟蹤控制的設(shè)計中，最需要考慮的是功率信號的來源以及運算控制兩部分，整個系統(tǒng)的工作頻率是由超聲波換能器工作的相應(yīng)諧振頻率來最后決定的。在硬件設(shè)計中28kHz共振頻率的壓電陶瓷換能器，在電源頻率跟蹤電路中相對具有大的離散性，共振頻率的范圍常控制在28kHz～29kHz之間，這樣才能保證超聲電源的跟蹤電路正常的運行。在這種情況下，需要一個頻率對鋸齒波來進行相應(yīng)的控制，以此來滿足整個系統(tǒng)頻率工作的需要。對于鋸齒波的實現(xiàn)是利用分頻電路、鎖相環(huán)、超聲電源振蕩器和編程的數(shù)據(jù)，用這些基本的原理來形成相應(yīng)的鋸齒波。需要特別注意的是單片機在對電子產(chǎn)品進行控制的過程中形成可編程計數(shù)器的分頻比，然后再對振蕩器產(chǎn)生的正弦波經(jīng)過分頻，在分頻的前端形成一個基準的脈沖信號。單片機對由鎖相環(huán)電路和可改變分頻比的可編程計數(shù)器組成的電路進行相應(yīng)的控制，在控制的過程中頻率高于脈沖信號在28kHz～29kHz之間，最后形成的方波信號轉(zhuǎn)變?yōu)殇忼X波以后送入到脈寬調(diào)制電路芯片中。

鎖相環(huán)的前端頻率產(chǎn)生的主要是利用晶體的振蕩器以及兩片12位串行計數(shù)器或者分頻器和振蕩器集成電路CD4040，對兩片的CD4040進行串聯(lián)，對晶體振蕩器進行相應(yīng)的分頻，最后得到相應(yīng)的頻率。鎖相環(huán)與可編程計數(shù)器組成的升頻電路，升頻的倍數(shù)一般在8400～8700之間。鎖相環(huán)前端的頻率經(jīng)過鎖相環(huán)和可編程的計數(shù)器，使相應(yīng)的頻率升頻，最后可得鎖相環(huán)后端的頻率范圍在4200kHz～4350kHz之間。這個頻率經(jīng)過160分頻后，得到相應(yīng)的頻率正好是超聲波換能器運行的諧振頻率的中點，在可編程計數(shù)器的分頻系數(shù)每加大或者減小1，相應(yīng)的輸出的頻率就會變?yōu)?Hz，這時候就能滿足超聲電源頻率跟蹤的需要。

在鎖相環(huán)的設(shè)計中，需要一個比較輸入端與基準頻率進行連接，輸出的相應(yīng)誤差波脈沖的信號經(jīng)過頻率分頻后，連接到它的另一個比較輸入端，最后得到一個穩(wěn)定的方波輸出。

在運算控制電路中，最主要的工作是對換能器兩端的電壓以及電流之間的相位，把檢測到的結(jié)果傳送到單片機中，單片機根據(jù)這個檢測到的結(jié)果對整個超聲波電源的頻率進行控制和調(diào)節(jié)，最后得到換能器兩端的電壓和電流，并且這兩個的波形都成正弦波，再將這兩個正弦波調(diào)到合適的電壓。

（3）在軟件設(shè)計中的應(yīng)用。單片機在超聲電源頻率中軟件的設(shè)計是根據(jù)單片機對AD571出的數(shù)字量進行不斷的保存檢測，當(dāng)系統(tǒng)檢測出AD571輸出的數(shù)字量不是0時，這時候就說明超聲頻率換能器的電壓與超聲頻率換能器的前后兩端的電壓有相位差，在這種情況下，整個電源的系統(tǒng)沒有諧振。針對這種情況，首先單片機需要增加可編程計數(shù)器的分頻比，提高整個工作系統(tǒng)的頻率，把運行的頻率提高到3Hz，這時候，單片機對AD571輸出的數(shù)字量在一剎那進行保存與檢測，與上一次的數(shù)值進行相應(yīng)的比較，最后相比的結(jié)果大于上一次的數(shù)值，這時系統(tǒng)工作的頻率就應(yīng)該減小一個步距，單片機需要減小可編程控制器的分頻比，使超聲電源的整個工作系統(tǒng)減小一個步距；結(jié)果顯示，數(shù)值小于上次檢測的結(jié)果，工作系統(tǒng)需要增加相應(yīng)的步距數(shù)，單片機不停的重復(fù)以上的動作，一直到相位差為0時。

單片機在超聲電源的運行中需要不斷的對可編程計數(shù)器的分頻進行調(diào)整和改變，不斷對換能器的共振點進行掃描，如果在掃描都共振點時就鎖定，就說明換能器處在一個最佳的運行狀態(tài)中，如果一旦換能器在運行的過程中出現(xiàn)問題，單片機就會重新對超聲電源的頻率進行掃描，在掃描的過程找出相應(yīng)的共振電，然后鎖定，使換能器恢復(fù)工作，單片機在超聲電源頻率中需要不斷地重復(fù)工作，保證換能器處于最佳工作的狀態(tài)。

Application of Single Chip Microcomputer in Ultrasonic Power Frequency Tracking Circuit

JI Xiao-xu，CHEN Qi-shuan
（Chengde Petroleum College，Chengde，Hebei 067000，China）

At present，in various kinds of electronic equipment controller，the SCM has become an important means，it is widely used in various electronic equipment products.For the ultrasonic power frequency track circuit，SCM plays a very important role，this paper mainly discusses the application of SCM in ultrasonic power frequency track circuit.

Single Chip Microcomputer；Ultrasonic power frequency tracking circuit；application research

TP368.12

A

2095-980X（2016）04-0036-02

2016-04-06

齊曉旭（1983-），山東人，講師，主要研究方向：自動化。