石英晶體諧振頻率測(cè)量系統(tǒng)
AD9852的輸出是由一個(gè)電流型ADC輸出得到的,故而需要在后級(jí)增加一個(gè)低通濾波器以濾除高頻噪聲,在AD9852的數(shù)據(jù)手冊(cè)上有推薦該部分電路,不再贅述。
AD8302輸出信號(hào)VMAG、VPHS與輸入信號(hào)的VINA和VINB關(guān)系由以下公式?jīng)Q定:
其中VCP是AD8302芯片內(nèi)部產(chǎn)生的一個(gè)精密偏置電壓,用來設(shè)置輸出信號(hào)的中心工作點(diǎn),大小為900 mV。當(dāng)AD8302的外部電路如圖4所示時(shí),輸出信號(hào)的刻度分別是30 mV/dB和10 mV/Degree。通過后端ADC的讀取便可以獲得對(duì)應(yīng)頻率下測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的幅度與相位響應(yīng)。
2.3 通信模塊
由于異步串行口仍然在工業(yè)界通用,而如今越來越多的PC機(jī)上不再保留串口的9針插頭,為了保持上位機(jī)上層軟件的兼容性,仍需保留串口。該款S12單片機(jī)并不支持USB通信,故而在設(shè)計(jì)中加入了Silicon Labs公司的CP2102芯片,將S12的串口轉(zhuǎn)換為物理上的USB口。這樣在PC端識(shí)別的仍然是串口,故在S12以及PC上的編程都能保持兼容。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在100ms內(nèi)完成數(shù)據(jù)的采集以及上傳工作。工作量主要包括:
①1000個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。S12單片機(jī)的A/D采樣模塊按200 ksps的采樣速率來計(jì)算,完成1000個(gè)頻點(diǎn)的采集共需要5 ms,每個(gè)頻點(diǎn)按4次測(cè)量以減小誤差來估算,則共需要20 ms;同時(shí),由于整個(gè)單片機(jī)對(duì)AD9852的控制以及內(nèi)部ADC調(diào)度所需要的額外開銷,可以預(yù)估完成1000個(gè)點(diǎn)的采樣總時(shí)間小于50 ms。
②發(fā)送給PC端的總數(shù)據(jù)量為1000×16(12位A/D采樣+4位補(bǔ)零)=16 000位。CP2102最高能支持921 600的波特率,在這一速率下整個(gè)傳輸時(shí)間為17.4 ms,加上調(diào)用程序等額外開銷,數(shù)據(jù)發(fā)送部分的時(shí)耗在30 ms以內(nèi)。
綜上所述,整體的時(shí)耗可控制在要求的100 ms以內(nèi)。另一方面,為適應(yīng)921 600的高波特率,單片機(jī)外部選用的晶振頻率為14.745 6 MHz。在這一頻率下,對(duì)應(yīng)的SCI波特率控制寄存器的分頻值恰為整數(shù),以減小通信時(shí)鐘頻率偏差。
3 系統(tǒng)工作流程與軟件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)工作時(shí),大致的數(shù)據(jù)采集分析流程如圖5所示。
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評(píng)論