??? 摘? 要： 介紹了用單片機實現數字相位變換器" title="變換器">變換器(又稱脈沖調相器)的一種設計方法" title="設計方法">設計方法。主要描述了數字相位變換器的工作原理" title="工作原理">工作原理,基于AT89C2051單片機的硬件電路" title="硬件電路">硬件電路的工作原理以及軟件設計的基本思想和程序設計方法。
??? 關鍵詞： 數字相位變換器? 脈沖調相? AT89C2051單片機
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數字相位變換器又稱脈沖調相器,是鑒相型位置伺服系統中的主要控制線路。它的作用是將脈沖信號轉換為相位變化信號。在傳統的系統設計中,脈沖調相器是通過純硬件線路實現的,線路復雜、設計難度大、調試難度也較大。作者在旋轉變壓器鑒相型位置檢測系統中設計脈沖調相器時,改變傳統的純硬件設計方法,采用單片機實現脈沖調相,使硬件設計工作大大簡化,易于實現,且電路調試簡便。
1 脈沖調相器的工作原理
用一個頻率為fcp的時鐘脈沖" title="時鐘脈沖">時鐘脈沖去觸發一個容量為M的計數器時,如用四位二進制計數器,其容量為16,那么在計數器的最后一級輸出端可獲得一個頻率為1/16fcp的方波信號。如果在時鐘脈沖觸發計數器的過程中,向計數器加入一個額外的脈沖,則由于計數器提前完成16個數的計數任務,而使得最后一級的輸出提前翻轉,從而使計數器的輸出產生了一個正的相移Δθ,如圖1(a)所示。同理,在時鐘脈沖觸發計數器的過程中,如果扣除一個脈沖,則由于計數器推遲完成16個數的計數任務而使最后一級的輸出延時翻轉,從而導致其輸出產生一個負的相移Δθ,如圖1(b)。Δθ與計數器容量有關,即Δθ=360°/M。如果在時鐘脈沖觸發計數器的過程中,向計數器加入或扣除的不止是一個脈沖,而是N個脈沖,則計數器輸出相移θ=NΔθ。
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在上述旋轉變壓器鑒相型位置檢測系統中,要求脈沖調相器輸出400Hz的調相信號。一個脈沖產生的相移為Δθ=1.8°,則計數器的容量應為200,觸發脈沖的頻率應為80kHz。
2 硬件電路
硬件電路如圖2所示。
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2.1 電路實現的功能
(1)產生兩個頻率為80kHz的異步時鐘脈沖信號FA和FB;
(2)在時鐘脈沖FA的反相信號
作為計數脈沖觸發容量為200的計數器過程中,控制FB的反相信號插入計數脈沖,使計數器輸出信號相位前移;或阻塞進入計數器,即扣除脈沖,使計數器輸出信號相位后移。
2.2 工作原理
頻率為160kHz的時鐘脈沖源CP160K經二分頻器U1A分頻后產生兩個頻率為80kHz的方波信號Q和
。Q和再分別與CP160K作與運算,由門U3A和U4A分別輸出，獲得兩個頻率為80kHz的異步脈沖信號和FB,波形如圖3所示。
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無調相指令時,89C2051單片機將輸出位P1.2和P1.3均置成0。此時門U5A被打開,門U3B被封鎖并輸出1,打開門U4B,計數脈沖系列通過U4B觸發容量為100的計數器U6計數,在二分頻器U1B的第9腳輸出400Hz方波信號。當單片機接收到正調相指令時,將P1.2置為0,P1.3置為1,門U5A打開,通過門U5A,此時U3B也打開,FB通過門U3B變成
,并和同時進入門U4B,形成計數脈沖系列。由于FA和FB是異步信號,因此達到了在計數脈沖系列中插入脈沖的目的,使計數器U6A多計一個數,從而使二分頻器U1B輸出信號相位前移,工作波形如圖4(a)所示。當單片機接收到負調相指令時,將P1.2置為1,P1.3置為0。此時門U5A被封鎖并輸出1,時鐘脈沖被阻塞,同時門U3B被封鎖并輸出1,時鐘脈沖FB也被阻塞,達到了在計數脈沖系列中減去脈沖的目的,使計數器U6A少計一個數,從而使U1B輸出信號相位后移,波形如圖4(b)所示。
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3 軟件設計
程序設計的主要思路是：執行正方向調相時,根據給定的脈沖數(假設脈沖數為N),控制P1.3的狀態,實現插入N個的操作,參見圖4(a);執行負方向調相時,根據給定的脈沖數N,控制P1.2的狀態,實現阻塞N個的操作,參見圖4(b)。程序框圖如圖5所示,程序清單見程序1和程序2,其中寄存器B中存放給定脈沖數N。
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程序1：正方向調相程序
????MA6：??? MOV A,B
???????????? JZ MA4
????MA7：??? JB? P1.6， ＄?
???????????? JNB P1.6， ＄?
???????????? NOP
???????????? SETB P1.3
???? ?????? JB P3.1， ＄
???????????? JNB P3.1， ＄
???????????? CLR P1.3
???????????? DJNZ B， MA7?
MA4：??? RET?
????程序2： 負方向調相程序?
????MA8：??? MOV A, B?
???????????? JZ? MA9?
????MA10： ? JB? P1.6， ＄?
???????????? JNB P1.6， ＄?
???????????? NOP?
???????????? SETB P1.2 ?
???????????? JB? P1.6， ＄?
???????????? JNB P1.6， ＄?
???????????? CLR? P1.2?
???????????? DJNZ B， MA10?
????MA9： RET?
??? 通過該系統的設計,體會到在一些復雜數字電路的設計中,如果處理速度允許,采用類似AT89C2051的低價位單片機來實現其中的部分硬件電路功能,可降低設計難度、縮短研制時間、提高設計效率。隨著微機處理速度的不斷提高,這種方法會獲得更廣泛的應用。
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參考文獻
1 王潤孝,秦現生. 機床數控原理與系統. 西安：西北工業大學出版社,1997
2 電子工程手冊編委會.中外集成電路簡明速查手冊.北京：電子工業出版社,1993
3 張友德,趙志英,涂時亮. 單片微型機原理、應用與實驗. 上海：復旦大學出版社,1992