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基于單片機(jī)的選頻表自動(dòng)變步長(zhǎng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
唐如松（合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院）摘要：關(guān)鍵詞：
在小規(guī)模話路、基群、超群載波通訊中廣泛使用電頻振蕩器和選頻表來(lái)測(cè)量載波通訊設(shè)備與線路的電平、增益、衰減、防衛(wèi)度等特性。現(xiàn)在振蕩器和選頻表已經(jīng)基本上利用數(shù)字化器件產(chǎn)生頻率,得到高精度的正弦波信號(hào),再對(duì)其進(jìn)行必要的處理送給輸出或乘法器。但由于傳統(tǒng)的儀器采取的是模擬器件產(chǎn)生頻率,并采取轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪來(lái)改變頻率達(dá)到使用目的,為了滿足傳統(tǒng)用戶的使用習(xí)慣和要求,故必須在新的數(shù)字化設(shè)備上實(shí)現(xiàn)此功能�，F(xiàn)在有的數(shù)字化設(shè)備上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)此功能,但轉(zhuǎn)輪必須配合步長(zhǎng)鍵來(lái)使用,即用戶只能先設(shè)置合適的步長(zhǎng),然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪才能達(dá)到合適的變化量,在大頻率的調(diào)節(jié)當(dāng)中用戶覺(jué)得很不方便,我們?cè)谠O(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪時(shí)能夠根據(jù)轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度自動(dòng)調(diào)節(jié)步長(zhǎng)功能：速度越快,頻率變化的步長(zhǎng)越大；速度越慢,則頻率變化的步長(zhǎng)越小。這樣在調(diào)節(jié)頻率時(shí),須大范圍變化時(shí)可快速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪,而細(xì)調(diào)時(shí)則慢慢的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪,達(dá)到微調(diào)效果。在實(shí)際的使用中證明:此種調(diào)節(jié)方法比較符合操作人員的習(xí)慣,因此具有較好的使用價(jià)值。
此方法采取發(fā)射接收對(duì)管加轉(zhuǎn)輪實(shí)現(xiàn)變步長(zhǎng),如圖1所示,電路的采樣部分由一個(gè)圓形的扇葉和兩組紅外發(fā)射接收對(duì)管組成(扇葉按圖2所示做成,空隙和葉片的寬度為1:1)。由于一組紅外發(fā)射接收對(duì)管檢測(cè)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),只能檢測(cè)出輪輪是否在轉(zhuǎn)動(dòng),而無(wú)法判斷出它的轉(zhuǎn)向,所以必須采用兩組紅外發(fā)射接收對(duì)管。令兩組紅外發(fā)射接收對(duì)管分別為A和B（A和B兩點(diǎn)間的距離要保證小于葉片或空隙的寬度）,當(dāng)紅外發(fā)射接受對(duì)管工作時(shí),若對(duì)管之間是空隙（無(wú)葉片）,則接收管的輸出為”0”,若對(duì)管之間是葉片,則接收管的輸出為“1”。
現(xiàn)在分析如何判斷出轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)向。如圖2所示,在任意時(shí)刻，A和B的輸出只存在四種狀態(tài):00,01,10,11。以A和B處于11狀態(tài)為例,如果轉(zhuǎn)輪正轉(zhuǎn)時(shí),即扇葉順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),A和B的下一個(gè)狀態(tài)必然為10；如果轉(zhuǎn)輪倒轉(zhuǎn)時(shí),扇葉逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),A和B的下一個(gè)狀態(tài)必然為01。由此我們可判斷出轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)向。在正常工作時(shí),先檢測(cè)A和B的狀態(tài),并將該狀態(tài)保存下來(lái),然后一直檢測(cè)A和B的狀態(tài),一旦狀態(tài)發(fā)生變化即轉(zhuǎn)輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),讀出A和B的狀態(tài),按表中所示的變化規(guī)律,得出轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)向,從而進(jìn)行相應(yīng)的處理,然后返回，刷新?tīng)顟B(tài)保存，并繼續(xù)檢測(cè)，即在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不斷檢測(cè)出A和B的狀態(tài),更新?tīng)顟B(tài)保存,并根據(jù)下一個(gè)狀態(tài)不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)向判斷。由于通常單片機(jī)的指令執(zhí)行時(shí)間只有us數(shù)量級(jí),所以A和B的狀態(tài)一旦發(fā)生變化時(shí),立刻就會(huì)被檢測(cè)出來(lái),因此狀態(tài)變化情況都被包括在表1中,而不會(huì)出現(xiàn)從11變化到00之類情況。實(shí)踐當(dāng)中,我們采用AMD公司的PIC16C74A單片機(jī),使用4.000MHZ的晶振,指令的執(zhí)行時(shí)間為1us,檢測(cè)的狀態(tài)變化情況都如表1所示,沒(méi)有出現(xiàn)異�，F(xiàn)象。
狀態(tài)變化表
下面簡(jiǎn)介如何自動(dòng)判斷步長(zhǎng),這主要由單片機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn):當(dāng)A和B的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),記錄下來(lái)從一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)所需的時(shí)間,設(shè)定一定的時(shí)間門(mén)限值,狀態(tài)變化時(shí)間越短,轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快,步長(zhǎng)越大；相反，狀態(tài)變化時(shí)間越長(zhǎng),轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度越慢,步長(zhǎng)越小。根據(jù)狀態(tài)變化所需的時(shí)間,判斷出屬于哪一類步長(zhǎng),調(diào)用相應(yīng)處理即可達(dá)到自動(dòng)變步長(zhǎng)的效果。在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,從開(kāi)始讀A和B的狀態(tài)并保存狀態(tài)時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)時(shí)器,一旦判斷出A和B的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),關(guān)斷計(jì)數(shù)器,讀出計(jì)數(shù)器的值,算出所需的時(shí)間,然后由此時(shí)間判斷出在哪一個(gè)門(mén)限值之間,從而設(shè)置正確的步長(zhǎng),達(dá)到自動(dòng)變步長(zhǎng)的目的。為了使單片機(jī)盡可能地把時(shí)間花在檢測(cè)轉(zhuǎn)輪的變化上,所以在內(nèi)部計(jì)數(shù)器的設(shè)置上我們采取分頻數(shù)選大一點(diǎn)的措施,即執(zhí)行128條指令時(shí)內(nèi)部計(jì)數(shù)器中斷一次。圖3給出程序的框圖。
圖3
在實(shí)際產(chǎn)品中，也有采用直流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)變步長(zhǎng)功能的方法。對(duì)于永磁式直流電機(jī)而言,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí),電動(dòng)機(jī)的線圈中會(huì)流過(guò)一定的電流,表現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)的接線端口上就有一定的電壓,當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí),電機(jī)輸出為正電壓；如果反轉(zhuǎn)時(shí),輸出為負(fù)電壓,并且轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的速度越快,輸出電壓越高。利用永磁式直流電機(jī)的這一特點(diǎn),將電機(jī)的輸出電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后檢測(cè)出轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。
以上介紹的采取發(fā)射接收對(duì)管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變步長(zhǎng)的方法相對(duì)于直流電機(jī)法具有不用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本很低的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中需考慮到操作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪的速度可能不太均勻，在軟件的實(shí)現(xiàn)上要加上一定的速度保持控制功能。這種基于單片機(jī)的自動(dòng)變步長(zhǎng)方法，在實(shí)際中已分別地運(yùn)用于新型數(shù)字化的HX-D11型選頻電平表和HX-G11型電平振蕩器中，取得了令人滿意的效果。此方法，也可應(yīng)用于數(shù)字化掃頻儀等儀器中。
參考文獻(xiàn)
《PIC系列單片機(jī)原理和程序設(shè)計(jì)》竇振中京航空航天大學(xué)出版社
TLC548/549的使用指南美國(guó)TI儀器公司
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