CN113791260A - 一种正弦信号参数测量方法及*** - Google Patents
一种正弦信号参数测量方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于仪器仪表技术领域,具体涉及一种正弦信号的参数测量方法及***。本发明利用DDS本振源的频率精细调节,将频率范围很宽的正弦信号经过混频后变成频率单一的中频信号,借助于高分辨率A/D转换器和FIFO存储器,精确测量信号幅度;同时利用波形变换器将正弦信号变成方波信号,使得频率测量更方便,测量精度更高。
Description
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域的信号测量技术,具体涉及一种正弦信号的参数测量方法及***。
背景技术
在仪器仪表、通信等领域,为了实现特定的目的,经常需要对正弦信号的幅值、有效值、周期、频率等参数进行测量。现有的正弦信号参数测量方法很多,最常用的测量手段是采用示波器进行测量,也可以采用真有效值转换器实现对正弦信号有效值的测量,用测周法或测频法实现对正弦信号周期和频率的测量。
现有的正弦信号参数测量方法各有不同的缺点,示波器测量法受其本身电路频带宽度或人为读数因素的限制,测量精度较低;而其他的测量方法要么只能测量有效值等幅度参数,要么只能测量频率或周期等时间参数,一种方法往往不能既测量幅度参数又测量时间参数,而且可测量的正弦信号频率较低。
发明内容
为了克服上述技术问题的缺点,本发明提供了一种功能齐全、测量准确的正弦信号参数测量方法及***。
本发明的正弦信号参数测量方法,其特别之处在于,包括以下步骤:a)选取一个双刀双掷型继电器J,静态时,继电器J的静触点B1、B2分别与公共端子C1、C2接通,将被测正弦信号us从继电器的公共端子C1引入,继电器的公共端子C2连接到混频器的射频输入端RF;b)所述继电器的两个静触点B1、B2用导线短路,继电器的动触点A1连接到衰减器的输入端,衰减器的输出端连接到继电器的动触点A2;c)所述混频器的本振输入端LO连接到DDS本振源的输出端,混频器的中频输出端经匹配电阻连到带通滤波器的输入端,带通滤波器输出的中频信号uI分成两路,一路连接到波形变换器的输入端,另一路输送到差分匹配网络;d)所述混频器RF端的被测信号频率fS、LO端的本振信号频率fL和带通滤波器输出的中频信号频率fI满足公式(1):
fI=fL-fS (1);
e)所述波形变换器输出的方波信号uP接到STM32微控制器的一个可以配置为PWM输入捕获模式的GPIO引脚;f)所述中频信号uI经过差分匹配网络后,输送到A/D转换器的模拟电压输入端,A/D转换器的数据输出端连接到FIFO存储器的数据输入端,FIFO存储器的数据输出端连接到STM32微控制器的I/O口;g)所述STM32微控制器通过时钟线控制A/D转换器的模数转换过程和转换数据实时输出;h)所述STM32微控制器通过时钟线、控制线和数据线与DDS本振源相连,基于对被测信号频率fS的预估值,从键盘置入数值设定DDS本振源的输出正弦波信号频率fL,使得依据公式(1)算出的fI=455kHz;i)所述STM32微控制器将与波形变换器输出uP相连的GPIO引脚配置为PWM输入捕获模式,并测算出uP的方波信号频率fIC,fIC是公式(1)中fI的测量值;若fIC的数值偏离455kHz超过10kHz,则依据测算值,利用公式(1)重新计算,并从键盘重新置入fL的频率值,使得fIC在445kHz~465kHz之间,再测量得到最终的方波信号频率fIC;j)所述STM32微控制器根据最终置入的fL值,依据公式(2)计算得到被测正弦信号的频率fSC:
fSC=fL-fIC (2)
fSC的倒数就是被测正弦信号的周期TSC;k)所述STM32微控制器与FIFO存储器数据输出端相连的I/O口配置成数据输入方式,依据带通滤波器输出的中频信号周期读取FIFO的输出数据,判断并计算出所述A/D转换器输入正弦波的最大值Umc,利用公式得到有效值Uc;l)选取已知频率为1MHz、最大值是1V的标准正弦波作为被测正弦信号us,从键盘设定DDS本振源的信号频率fL为0.545MHz,按照所述步骤a~k的方法,先分别测得该标准正弦波的周期、频率、最大值、有效值的初次测量值TSB、fSB、UmB、UB,再利用下述公式(3)~(6)分别得到各个参数的误差值ΔT、Δf、ΔUm、ΔU:
ΔT=TSB-1×10-6(s) (3)
Δf=fSB-1×106(Hz) (4)
ΔUm=UmB-1(V) (5)
ΔU=UB-0.7(0)7 (6)
m)根据步骤l得到的各个参数的误差值,所述STM32微控制器依据下述公式(7)~(10)对步骤j、k测得的各个参数进行修正:
TS=TSC-ΔT(s) (7)
fS=fSC-Δf(Hz) (8)
Um=Umc-ΔUm(V) (9)
U=Uc-ΔU(V) (10)
得到准确的被测正弦信号周期TS、频率fS、最大值Um和有效值U,如果测得的正弦信号最大值Um不超过1V,则依据公式(9)、(10)所得的Um、U分别是被测正弦信号的最终电压最大值和有效值,STM32微控制器直接将测量结果送去显示器显示;n)如果步骤m中测得的正弦信号最大值Um超过1V,则所述STM32微控制器控制双刀双掷型继电器J动作,使继电器的动触点A1、A2分别与公共端子C1、C2接通,将衰减器串联进被测信号通路,再按步骤a~m的方法测得被测正弦波的最大值Um、有效值U,并按下述公式(11)、(12)重新计算:
公式(11)中的dB为衰减器的分贝数绝对值,公式(11)、(12)中的UmN、UN分别是被测正弦信号电压最大值和有效值的最终测量结果,STM32微控制器将UmN、UN的结果输出到显示器显示。
本发明的正弦信号参数测量方法,其特征还在于:所述步骤k的详细过程是,STM32微控制器通过时钟线、控制线与FIFO存储器相连,STM32微控制器与FIFO存储器数据输出端相连的I/O口配置成数据输入方式,在PWM输入捕获通道检测到uP脉冲第一个上升沿时,STM32微控制器将FIFO的读有效端置成低电平,开始读取FIFO的输出数据;待STM32微控制器的PWM输入捕获通道检测到uP脉冲第二个上升沿时,将读有效端置成高电平,停止读取FIFO的输出数据,至此完成一个周期的A/D转换器输入正弦波幅度数据采集;从这些数据中找出最大数值即为该正弦波的最大值Umc,有效值Uc为为保证测量精度,STM32微控制器读取对应n个周期A/D转换器输入正弦波的FIFO输出数据,所述n取大于2的正整数,每个周期找出一个最大值,得到n个最大值,取该n个最大值的平均值作为最终的A/D转换器输入正弦波最大值Umc。uP脉冲两个相邻上升沿之间的时间间隔对应着A/D转换器输入正弦波的一个周期。
波形变换器的作用是将正弦波转换成同频方波,方便STM32微控制器直接测量频率和周期。
相应地,为了克服上述技术问题的缺点,本发明提供了一种实施方便、测量准确的正弦信号参数测量***。
正弦信号参数测量***,包括:双刀双掷型继电器J,衰减器,混频器,DDS本振源,波形变换器,带通滤波器,差分匹配网络,A/D转换器,FIFO存储器,STM32微控制器,显示器,键盘;其特征在于:衰减器串接在继电器J的两个动触点A1、A2之间;被测正弦信号us从继电器J的公共端子C1引入,从继电器J的公共端子C2连接到混频器的射频输入端RF;继电器J的两个静触点B1、B2用导线短路,混频器的本振输入端LO连接到DDS本振源的输出端;继电器J静态时,被测正弦信号不经过衰减器,直接到达混频器的RF端,混频器的中频输出端经匹配电阻连到带通滤波器的输入端,带通滤波器输出的中频信号uI分成两路,一路连接到波形变换器的输入端,另一路输送到差分匹配网络;波形变换器的输出端uP连接到STM32微控制器的一个可以配置为PWM输入捕获模式的GPIO引脚;中频信号uI经过差分匹配网络后,输送到A/D转换器的模拟电压输入端,A/D转换器的数据输出端连接到FIFO存储器的数据输入端,FIFO存储器的数据输出端连接到STM32微控制器的I/O口;STM32微控制器通过时钟线、控制线和数据线与DDS本振源相连,从键盘置入数值设定DDS本振源的输出正弦波信号频率;STM32微控制器通过时钟线控制A/D转换器的模数转换过程和转换数据实时输出;STM32微控制器将与波形变换器输出端uP相连的GPIO引脚配置为PWM输入捕获模式,并测算出uP送来的方波信号频率,再计算得到被测正弦信号的频率和周期;STM32微控制器与FIFO存储器数据输出端相连的I/O口配置成数据输入方式,依据带通滤波器输出中频信号周期读取FIFO的输出数据,判断并计算出A/D转换器输入正弦波的最大值、有效值;然后对已知频率为1MHz、最大值是1V的标准正弦波进行测量,得到正弦波频率、周期、电压最大值、电压有效值等参数的测量误差值,由STM32微控制器根据各个参数的测量误差值进行误差修正,得到被测正弦信号的频率、周期、电压最大值、电压有效值等准确参数,并将测算的结果输出到显示器显示;若继电器J静态时测得的正弦波电压最大值超过1V,则STM32微控制器控制继电器J动作,将衰减器串联入信号通路,重新测量、计算得到被测正弦信号的电压最大值和有效值。
经过混频,将频率范围很宽的被测正弦信号变成频率单一的中频信号,并且中频选为455kHz,频率较低,使得后续频率测量和幅度测量电路简单、可靠,而且测量精度高,尤其可以使用低速的A/D转换器来进行幅度处理,价格低廉,成本大大降低。
带通滤波器的输出经过差分匹配网络后,将单端信号变成双端差分信号,这样有助于减小共模干扰,使得输入到A/D转换器的模拟电压非常纯净,从而使转换精度大大提高。
混频器增益、带通滤波器的***损耗以及差分匹配网络的损耗,这三者对正弦波幅度测量的影响,都已经折合到了公式(5)、(6)中的电压最大值误差ΔUm和有效值误差ΔU之中。
本发明的有益效果是:提出一种新型的正弦信号参数测量方法,利用DDS本振源的频率精细调节,将频率范围很宽的正弦信号经过混频后变成频率单一的中频信号,借助于高分辨率A/D转换器和FIFO存储器,使得对正弦波信号幅度测量更加精确、方便;同时利用波形变换器将正弦信号变成方波信号,使得频率测量更方便,测量精度更高。
附图说明
图1为本发明的***原理框图;图2为本发明的混频器与带通滤波器;图3为本发明的DDS本振源电路;图4是本发明的差分匹配网络、A/D转换器与FIFO存储器电路;图5为本发明的波形变换器电路;图6是本发明的继电器控制电路。
图4中:1差分匹配网络,2FIFO存储器。
具体实施方式
结合附图,本发明的正弦信号参数测量方法,按照以下步骤进行:
a)选取一个型号为NA5W-K的双刀双掷型继电器J,静态时,J的静触点B1、B2分别与其公共端子C1、C2接通;将被测正弦信号us从J的公共端子C1引入,J的公共端子C2连接到混频器AD831的射频输入端RF,将被测正弦信号从AD831的RF端引入混频器。
b)将J的两个静触点B1、B2用导线短路,J的动触点A1连接到衰减器的输入端,衰减器的输出端连接到J的动触点A2。
c)混频器AD831的本振输入端LO连接到DDS本振源的输出端,使本振信号uL输入到混频器的LO端;混频器的中频输出端经匹配电阻连到带通滤波器的输入端,带通滤波器输出的中频信号uI分成两路,一路连接到波形变换器的输入端,另一路输送到差分匹配网络(1)。
d)本发明选择混频方案,混频器RF端的被测信号频率fS、LO端的本振信号频率fL和带通滤波器输出的中频信号fI满足前述公式(1)。
e)选择微控制器STM32F103ZET6(以下都简称STM32),将波形变换器的输出端uP接到STM32的GPIO引脚PA1,并将PA1引脚配置为PWM输入捕获模式。
f)带通滤波器输出的中频信号uI经过差分匹配网络(1)后,送到A/D转换器AD9649的模拟电压输入端,AD9649的14位数据输出端连接到FIFO存储器(2)74V245的低14位数据输入端,74V245的数据输出端低14位连接到STM32的14根I/O口线。74V245的高4位数据输入端直接接地。
g)STM32通过PA8输出时钟,控制AD9649的模数转换过程和转换数据实时输出。
h)以AD9102为主构成DDS本振源,STM32通过时钟线、控制线和数据线与AD9102的串口相连,基于对被测信号频率fS的预估值,从键盘置入数值设定DDS本振源的输出正弦波信号频率fL,使得依据公式(1)算出的fI=455kHz。
i)STM32将PA1引脚配置为PWM输入捕获模式,从而测算出uP送来的方波信号频率fIC,fIC即是公式(1)中fI的测量值;若fIC的数值偏离455kHz超过10kHz,则依据测算值,利用公式(1)重新计算,并从键盘重新置入fL的频率值,使得fIC在445kHz~465kHz之间,再测量得到最终的方波信号频率fIC。
j)STM32根据最终置入的fL值,依据公式(2)计算得到被测正弦信号的频率fSC;fSC的倒数就是被测正弦信号的周期TSC。
k)STM32与FIFO存储器(2)74V245数据输出端相连的14根I/O口线配置成数据输入方式,依据带通滤波器输出中频信号周期读取74V245的输出数据,判断并计算出AD9649输入正弦波的最大值Umc,利用公式得到有效值Uc。
在步骤k中,STM32读取74V245输出数据的过程是,在PA1引脚检测到uP脉冲第一个上升沿时,STM32将74V245的读有效端置成低电平,开始读取74V245的输出数据;待PA1引脚检测到uP脉冲第二个上升沿时,STM32将74V245的端置成高电平,停止读取数据,至此完成一个周期的AD9649输入正弦波幅度数据采集;从这些数据中找出最大数值即为该正弦波的最大值Umc,有效值Uc为
为保证测量精度,对应于AD9649的输入正弦波,STM32读取n个周期的74V245输出数据,n取大于2的正整数。每个周期找出一个最大值,得到n个最大值,取该n个最大值的平均值作为最终的AD9649输入正弦波最大值Umc。
l)选取已知频率为1MHz、最大值是1V的标准正弦波作为被测正弦信号us,从键盘设定DDS本振源的信号频率fL为0.545MHz,按照前述步骤a~k的方法,先分别测得该标准正弦波的周期、频率、最大值、有效值的初次测量值TSB、fSB、UmB、UB,再利用公式(3)~(6)分别得到各个参数的误差值ΔT、Δf、ΔUm、ΔU。
m)根据步骤l得到的各个参数的误差值,由STM32依据公式(7)~(10)对步骤j、k测得的各个参数进行修正,得到准确的被测正弦信号周期TS、频率fS、最大值Um和有效值U。如果测得的正弦信号最大值Um不超过1V,则STM32直接将测量结果送去显示器显示。
n)如果步骤m中测得的正弦信号最大值Um超过1V,为防止AD831和AD9649过载,STM32需要控制继电器J动作,使J的动触点A1、A2分别与公共端子C1、C2接通,将衰减器串联进被测信号通路,以减小输入到混频器AD831的RF信号幅度。再按步骤a~m的方法测得被测正弦波的最大值Um、有效值U,并按公式(11)、(12)重新计算,得到被测正弦信号电压最大值和有效值的最终测量结果,STM32将UmN、UN的结果输出到显示器显示。
如附图所示,给出了本发明的正弦信号参数测量***,其包括:双刀双掷型继电器J,衰减器,混频器,DDS本振源,波形变换器,带通滤波器,差分匹配网络(1),A/D转换器,FIFO存储器(2),STM32微控制器,显示器,键盘以及必要的电源。
如附图5所示,波形变换器以高速比较器MAX978及***阻容元件构成,该电路结构设计巧妙、简单,比较器同相输入端和反相输入端所接阻容元件参数一致。但由于比较器同相端外接电阻、电容并联,而反相端外接电阻、电容串联,反相端输入电压取自电容和地线之间,这样经过并联的电阻、电容后进入同相端的信号相位总是超前反相端的信号相位。该电路能对微弱的正弦电压进行波形变换,即使***初测时DDS本振源频率设置偏差较大,混频器输出中频频率偏离455kHz较远,导致带通滤波器输出的中频电压uI很小,也能保证波形变换电路输出正常幅度的方波信号uP。避免了因为本振频率设置偏差较大导致没有稳定的uP脉冲供STM32进行测频的情况发生。
如附图1所示,衰减器串接在继电器J的两个动触点A1、A2之间;被测正弦信号us从继电器J的公共端子C1引入,从继电器J的公共端子C2连接到混频器的射频输入端RF;而继电器J的两个静触点B1、B2用导线短路。这样,在继电器J静态时,由于J的两个公共端子C1、C2分别与两个静触点B1、B2相连,使得被测正弦信号us不经过衰减器,直接送到混频器射频输入端,与混频器本振端LO的信号进行混频。
只有当继电器J静态,STM32测得的被测正弦波电压最大值超过1V时,STM32才控制继电器J动作,将衰减器串联入被测信号通路,使输入到混频器RF端的信号幅度减小,以保证混频器不过载,满足线性工作要求。同时使得输入到AD9649的模拟电压幅度在正常转换范围内。这种措施对于减小非线性失真引起的测量误差是非常有效的。
本实施例中,混频器选用有源混频器AD831,AD831内部带有放大器,混频增益大于1,可以部分抵消带通滤波器的***损耗。如附图2所示的混频器的增益为:
附图2所示的电阻RT为带通滤波器输入、输出阻抗匹配电阻,为满足带通滤波器的滤波特性,RT应与实际带通滤波器的输入、输出阻抗相一致。带通滤波器选用中心频率为455kHz的陶瓷滤波器,6dB带宽为20kHz。
附图4所示,FIFO存储器(2)74V225数据位数是18位,存储深度是4096,为与A/D转换器AD9649数据位数一致,选用低14位D0~D13,而高四位没有画出,实际使用时将D14~D17数据输入端全部接地。
STM32F103ZET6选用外部高稳定度的8MHz晶振,将主时钟频率配置为72MHz,并将PA8引脚配置为MOC端,作为时钟输出,MOC时钟频率设置为外部时钟源HSE的8MHz,给AD9649提供转换时钟,同时也是DDS本振源的工作时钟和FIFO存储器(2)的读写时钟。
A/D转换器AD9649内部提供电压基准,在STM32提供的MOC时钟控制下实时完成模数转换,并通过并行数据接口将转换结果送往FIFO存储器(2)74V245。
实施例中,STM32的GPIOA.1即PA1引脚配置成PWM输入捕获功能,作为定时器TIM5的第2通道,上升沿捕获,选择输入触发源为TI5FP2,将TIM5的第1通道设置为从机,从机复位。假设输入脉冲uP从低电平开始跳变,在第一个上升沿到来时,第1、2通道同时检测到上升沿。因第1通道设置为复位模式,所以将TIM5的计数值复位至0,此时不会产生中断。下一个到来的电平边沿是下降沿,此时第1通道发生捕获事件,将当前计数值存入第1通道的捕获/比较寄存器CCR1里,该计数值可用于计算脉冲宽度。在输入脉冲的第二个上升沿到来时,第2通道发生捕获事件,当前的计数值存入第2通道的捕获/比较寄存器CCR2里;同时产生中断,进入中断程序。在中断程序中,读取CCR2的计数值,为保证测量精度,用浮点数进行运算,得到uP脉冲信号的频率,并将TIM5计数值复位至0,一次完整的捕获过程完成。uP脉冲信号的频率测量值fIC如公式14所示:
然后,根据DDS置入的fL频率数值,利用公式(2)算出被测正弦信号的首测频率值fSC。再利用前述步骤(l)、(m)中测量的误差修正值,根据公式(3)、(4)、(7)、(8),算出被测正弦信号的精确频率值和周期值。
因为STM32的计数器为16位,一个周期最多计数65535个脉冲,所以STM32输入捕获通道直接可测的最小频率=主时钟频率/65535,即STM32最小可测频率为:
本实施例中,因为采用混频方案,送到STM32输入捕获通道的脉冲信号频率是***中频信号频率455kHz,选用12.6dB衰减器时,实际可以测量频率范围10Hz~49.545MHz、有效值为10mV~3V的正弦波信号的频率、周期、电压有效值、最大值等参数,测量精度很高。
Claims (3)
1.一种正弦信号参数测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)选取一个双刀双掷型继电器J,静态时,继电器J的静触点B1、B2分别与公共端子C1、C2接通,将被测正弦信号us从继电器的公共端子C1引入,继电器的公共端子C2连接到混频器的射频输入端RF;
b)所述继电器的两个静触点B1、B2用导线短路,继电器的动触点A1连接到衰减器的输入端,衰减器的输出端连接到继电器的动触点A2;
c)所述混频器的本振输入端LO连接到DDS本振源的输出端,混频器的中频输出端经匹配电阻连到带通滤波器的输入端,带通滤波器输出的中频信号uI分成两路,一路连接到波形变换器的输入端,另一路输送到差分匹配网络;
d)所述混频器RF端的被测信号频率fS、LO端的本振信号频率fL和带通滤波器输出的中频信号频率fI满足公式(1):
fI=fL-fS (1);
e)所述波形变换器输出的方波信号uP接到STM32微控制器的一个可以配置为PWM输入捕获模式的GPIO引脚;
f)所述中频信号uI经过差分匹配网络后,输送到A/D转换器的模拟电压输入端,A/D转换器的数据输出端连接到FIFO存储器的数据输入端,FIFO存储器的数据输出端连接到STM32微控制器的I/O口;
g)所述STM32微控制器通过时钟线控制A/D转换器的模数转换过程和转换数据实时输出;
h)所述STM32微控制器通过时钟线、控制线和数据线与DDS本振源相连,基于对被测信号频率fS的预估值,从键盘置入数值设定DDS本振源的输出正弦波信号频率fL,使得依据公式(1)算出的fI=455kHz;
i)所述STM32微控制器将与波形变换器输出uP相连的GPIO引脚配置为PWM输入捕获模式,并测算出uP的方波信号频率fIC,fIC是公式(1)中fI的测量值;若fIC的数值偏离455kHz超过10kHz,则依据测算值,利用公式(1)重新计算,并从键盘重新置入fL的频率值,使得fIC在445kHz~465kHz之间,再测量得到最终的方波信号频率fIC;
j)所述STM32微控制器根据最终置入的fL值,依据公式(2)计算得到被测正弦信号的频率fSC,
fSC=fL-fIC (2)
fSC的倒数就是被测正弦信号的周期TSC;
k)所述STM32微控制器与FIFO存储器数据输出端相连的I/O口配置成数据输入方式,依据带通滤波器输出的中频信号周期读取FIFO的输出数据,判断并计算出所述A/D转换器输入正弦波的最大值Umc,利用公式得到有效值Uc;
l)选取已知频率为1MHz、最大值是1V的标准正弦波作为被测正弦信号us,从键盘设定DDS本振源的信号频率fL为0.545MHz,按照所述步骤a~k的方法,先分别测得该标准正弦波的周期、频率、最大值、有效值的初次测量值TSB、fSB、UmB、UB,再利用下述公式(3)~(6)分别得到各个参数的误差值ΔT、Δf、ΔUm、ΔU:
ΔT=TSB-1×10-6(s) (3)
Δf=fSB-1×106(Hz) (4)
ΔUm=UmB-1(V) (5)
ΔU=UB-0.707(V) (6)
m)根据步骤l得到的各个参数的误差值,所述STM32微控制器依据下述公式(7)~(10)对步骤j、k测得的各个参数进行修正:
TS=TSC-ΔT(s) (7)
fS=fSC-Δf(Hz) (8)
Um=Umc-ΔUm(V) (9)
U=Uc-ΔU(V) (10)
得到准确的被测正弦信号周期TS、频率fS、最大值Um和有效值U,如果测得的正弦信号最大值Um不超过1V,则依据公式(9)、(10)所得的Um、U分别是被测正弦信号的最终电压最大值和有效值,STM32微控制器直接将测量结果送去显示器显示;
n)如果步骤m中测得的正弦信号最大值Um超过1V,则所述STM32微控制器控制双刀双掷型继电器J动作,使继电器的动触点A1、A2分别与公共端子C1、C2接通,将衰减器串联进被测信号通路,再按步骤a~m的方法测得被测正弦波的最大值Um、有效值U,并按下述公式(11)、(12)重新计算:
公式(11)中的dB为衰减器的分贝数绝对值,公式(11)、(12)中的UmN、UN分别是被测正弦信号电压最大值和有效值的最终测量结果,STM32微控制器将UmN、UN的结果输出到显示器显示。
2.根据权利要求1所述的正弦信号参数测量方法,其特征在于:所述步骤k的详细过程是,STM32微控制器通过时钟线、控制线与FIFO存储器相连,STM32微控制器与FIFO存储器数据输出端相连的I/O口配置成数据输入方式,在PWM输入捕获通道检测到uP脉冲第一个上升沿时,STM32微控制器将FIFO的读有效端置成低电平,开始读取FIFO的输出数据;待STM32微控制器的PWM输入捕获通道检测到uP脉冲第二个上升沿时,将读有效端置成高电平,停止读取FIFO的输出数据,至此完成一个周期的A/D转换器输入正弦波幅度数据采集;从这些数据中找出最大数值即为该正弦波的最大值Umc,有效值Uc为为保证测量精度,STM32微控制器读取对应n个周期A/D转换器输入正弦波的FIFO输出数据,所述n取大于2的正整数,每个周期找出一个最大值,得到n个最大值,取该n个最大值的平均值作为最终的A/D转换器输入正弦波最大值Umc。
3.正弦信号参数测量***,包括:双刀双掷型继电器J,衰减器,混频器,DDS本振源,波形变换器,带通滤波器,差分匹配网络,A/D转换器,FIFO存储器,STM32微控制器,显示器,键盘;其特征在于:衰减器串接在继电器J的两个动触点A1、A2之间;被测正弦信号us从继电器J的公共端子C1引入,从继电器J的公共端子C2连接到混频器的射频输入端RF;继电器J的两个静触点B1、B2用导线短路,混频器的本振输入端LO连接到DDS本振源的输出端;继电器J静态时,被测正弦信号不经过衰减器,直接到达混频器的RF端,混频器的中频输出端经匹配电阻连到带通滤波器的输入端,带通滤波器输出的中频信号uI分成两路,一路连接到波形变换器的输入端,另一路输送到差分匹配网络;波形变换器的输出端uP连接到STM32微控制器的一个可以配置为PWM输入捕获模式的GPIO引脚;中频信号uI经过差分匹配网络后,输送到A/D转换器的模拟电压输入端,A/D转换器的数据输出端连接到FIFO存储器的数据输入端,FIFO存储器的数据输出端连接到STM32微控制器的I/O口;STM32微控制器通过时钟线、控制线和数据线与DDS本振源相连,从键盘置入数值设定DDS本振源的输出正弦波信号频率;STM32微控制器通过时钟线控制A/D转换器的模数转换过程和转换数据实时输出;STM32微控制器将与波形变换器输出端uP相连的GPIO引脚配置为PWM输入捕获模式,并测算出uP送来的方波信号频率,再计算得到被测正弦信号的频率和周期;STM32微控制器与FIFO存储器数据输出端相连的I/O口配置成数据输入方式,依据带通滤波器输出中频信号周期读取FIFO的输出数据,判断并计算出A/D转换器输入正弦波的最大值、有效值;然后对已知频率为1MHz、最大值是1V的标准正弦波进行测量,得到正弦波频率、周期、电压最大值、电压有效值等参数的测量误差值,由STM32微控制器根据各个参数的测量误差值进行误差修正,得到被测正弦信号的频率、周期、电压最大值、电压有效值等准确参数,并将测算的结果输出到显示器显示;若继电器J静态时测得的正弦波电压最大值超过1V,则STM32微控制器控制继电器J动作,将衰减器串联入信号通路,重新测量、计算得到被测正弦信号的电压最大值和有效值。
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