谐振频率跟踪系统

1、精选优质文档-倾情为你奉上题目名称：谐振频率跟踪系统摘要本谐振频率跟踪系统的主控制器为16位低功耗MSP430MCU，通过对五个电子开关的控制，实现对LC并联谐振回路的频率的调整，使之更加接近输入信号的频率，最终实现输出信号的频率在谐振频率的附近小范围内动态稳定；最后将输入信号的频率和输出信号的频率均用LCD12864液晶显示出来。本次设计的谐振频率跟踪范围为2430Hz-3460Hz，系统设计简单，稳定性强，功耗低，同时很方便根据实际需要改变跟踪范围，是理想的谐振频率跟踪系统的设计方案。关键词 谐振频率跟踪 MSP430MCU 电子开关 LC并联振荡Abstract:Keyword:1 方案

2、论证与比较.21.1 振荡电路方案论证.21.2 主控制器的选择方案论证.22 系统设计.3 2.1总体设计.3 2.2单元电路设计.4 2.2.1 LC并联振荡电路的设计.4 2.2.2 单片机控制五路电子开关的设计.4 2.2.3 过压保护电路.43 软件设计.54 系统调试.6 4.1 系统测试方法与数据采集.65 结论.6 参考文献.6 附录：.6 附1：元器件明细表.6 附2：仪器设备清单.6 附3：程序清单.71 方案论证与比较1.1 振荡电路方案论证 方案一，通过MCU控制电子开关，进行调节LC并联振荡电路中接入电容的大小，从而改变振荡频率使之与输入信号达到谐振，同时把检测到的输

3、入信号频率和LC并联振荡电路的频率用LCD12864显示出来； 方案二，通过MCU控制RC并联振荡电路，调整接入电路的电阻大小来控制RC振荡电路的频率，使之与输入信号达到谐振，同时把检测到的谐振频率用LCD12864示出来；但由于RC振荡电路适用于低频振荡，不适于单片机的检测。 故最终采用方案一 。1.2 主控制器的选择方案论证 方案一，用msp430单片机分别捕获输入信号和振荡信号的下降沿，并通过比较二者计数上的差值来控制场效应管开关电源的打开与闭合，若信号源下降沿先捕获，说明LC并联振荡电路的频率大了，故应闭合开关，使电容增大，频率减小；反之，则将开关断开，使频率增大，进而使LC并联振荡电

4、路的与信号源的频率更加接近 。 方案二，用AT89C52单片机做主控制器来控制。 最终方案：由于AT89C52单片机只能采集下降沿，但不能判断前者和后者的下降沿那个在前哪个在后，即无法确定电路中电容的加减，造成LC并联振荡电路的频率虽然在改变，但是波动很大。故最终的处理器为msp430单片机。2 系统设计 2.1总体设计 LC并联振荡电路的幅频（左）和相频（右）特性图 由LC并联振荡电路的幅频和相频特性可知，当电路中的频率比谐振频率大时，其相位将在谐振时相位的右边，反之，则在谐振时相位的左边；当这种差异输入到单片机时，单片机即可通过控制场效应管电子开关的打开与闭合来控制接入电容的大小，从而实现

5、频率的调整。 总体设计框架图单片机采集两路信号LCD12864 MCU输入信号 LC震荡电路 用五路流水灯反应开关的打开与关闭结型场效应管电子开关MCU输出控制开关 当输入信号经过一个电阻和LC并联振荡电路后，得到一个LC并联振荡电路的信号，将输入信号和LC并联振荡电路的信号分别通过用TL084组成的同相过零比较器，使他们变成方波信号；再用msp430单片机分别捕获输入信号的下降沿和LC并联振荡电路的下降沿，单片机通过判断这两个捕获时间的先后顺序来控制结型场效应管的断开与闭合进而改变电容C的大小，从而实现频率的调整；并根据二者的差值继续控制开关电源来调整LC并联振荡电路的振荡频率，直到两者的相

6、位差为零，从而整个电路达到谐振。 输入信号和经过LC振荡器的信号的频率经由单片机后，由单片机控制12864液晶，在12864液晶上显示出来。 2.2单元电路设计 2.2.1 LC并联振荡电路的设计 由于结型场效应管的正常工作电压在0.1V到0.4V之间，若低于0.1V则场效应管漏极D和源极S之间的沟道无法正常导通；若高于0.4V，则场效应管漏极D和源极S之间的PN节将被夹断。故取中间值0.2V,此时可将R用电位器来代替，调节电路时使之总保持在0.2V。 2.2.2 由单片机控制五路场效应管电子开关的设计 反相比较放大器的特点是：当反相端的电压高于同相端的电压时，输出为-10V,当反相端的电压低

7、于同相端的电压时，输出为+10V;此时的同相端接2.5V，故当单片机输出为“1”时，运放输出为-10V，经过稳压管后使场效应管栅极为-9.3V，场效应管无法接通，电容未接入；当单片机输出为“0”时，运放输出为+10V，稳压管不导通，场效应管栅极为0，导通，故将电容接入。 根据公式f=1/(2)，当单片机接收到LC并联振荡电路的频率比输入信号的频率高时，则相应的输出低电平来选通开关以增加电容，使频率减小；反之，则输出高电平来断开开关以减小电容，使频率增大。每次增加和减小均以二进制自然增减的顺序，直到LC并联振荡电路的频率在谐振频率的左右小幅度动态稳定为止。 2.2.3 过压保护电路 当输入的电压

8、正向到达+10V时，图中二极管1导通，从而使运放反相端的电压保持在0.7V左右；当输入的电压负向到达-10V时，图中二极管2导通，从而使运放反相端的电压保持在-0.7V左右。这样运放的电压始终在+0.7V到-0.7V之间，从而对运放起到保护作用。 当运放的输出电压正向到达+10V时，图中二极管3导通，从而使单片机的电源电压保持在0.7V左右；当运放的输出电压负向到达-10V时，图中二极管6导通，从而使单片机的地电压保持在-0.7V左右。这样单片机的电压始终在+0.7V到-0.7V之间，从而对单片机起到保护作用。 二极管4和5的作用于二极管3和6的作用相同。3 软件设计开始中断函数退出中断P2+

9、P2-;是否TACCR1TACCR2?否是捕获是否发生溢出？静止捕获，防止捕获溢出N=0;捕获标志位清零，并打开捕获模式等待捕获完成，标志位置位是否N+;N=16?While（1）进入低功耗状态MCLK为TX2Timer时钟为MCLK并且初始化使P2引脚输出16，为32档的中间值打开总中断信号输入输出引脚初始化4 系统调试 4.1 系统测试方法与数据采集 利用单片机控制场效应管不选择电容时，调节信号源的频率，使输入信号与LC并联振荡电路达到谐振，记录此时的频率fL为3.43KHZ；再将所有的电容选中，并调节信号源的频率，使输入信号与LC并联振荡电路达到谐振，记录此时的频率fH为2.43KHZ。

10、 5 结论由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的各项指标。 存在的问题以及可能的原因 经过理论计算的LC震荡电路的通频带的范围f0-fH为8260HZ-10740HZ，而实际电路计算时的通频带的范围是2430Hz-3460Hz；可能是电路的电感的交流电阻无法忽略的原因。 参考文献 电子技术基础数字部分（第五版），康华光著，北京：高等教育出版社，2006年；电子技术基础模拟部分（第五版），康华光著，北京：高等教育出版社，2006年；电路（第五版），邱关源著，北京：高等教育出版社，2006年；单片机的C语言应用程序设计，马忠梅著，北京：北京航空航天大学出

11、版社，2007年；C程序设计（第四版），谭浩强著，北京：清华大学出版社，2010年； 附录附1：元器件明细表：1、 液晶LCD128642、 LM324N 3、 TL084CN4、 K30AGR91附2：仪器设备清单1、 信号发生器 2、 数字万用表 3、 数字示波器4、 稳压电源附2：程序清单#include msp430f149.h#define uchar unsigned char #define xinhao1_IN P1DIR&=BIT2#define xinhao1_IES P1IES|=BIT2#define xinhao1_IE P1IE|=BIT2#define xinha

12、o1_SEL P1SEL|=BIT2#define xinhao2_IN P1DIR&=BIT3#define xinhao2_DAT (P1IN&BIT3)#define xinhao2_SEL P1SEL|=BIT3#define kongzhi_OUT P2DIR=0xff#define kongzhi_DAT P2OUTunsigned char n,n3;int num1,num2;void timer_A_clack_init()/是MCLK时钟为外部晶振8M 然后用P5.4输出提供定时器A的时钟，通过P1.0输入 uchar i; BCSCTL1&=XT2OFF;/打开外部晶振X

13、T2 do IFG1&=OFIFG; for(i=0;i200;i+); while(IFG1&OFIFG)!=0);/清除标志位 BCSCTL2|=SELM_2;/使MCLK为XT2；没有分频 8M P5DIR|=BIT4; P5SEL|=BIT4;/P5.4使MCLK信号输出 P1DIR&=BIT0; P1SEL|=BIT0;/定以P1.0为第二功能，TACLK信号输入 TACTL=TASSEL_0+MC_1+TACLR;/定义为定时器A为外部时钟，增计数模式 void init() P1DIR&=BIT2;/信号源1 P1SEL|=BIT2; P1DIR&=BIT3;/信号源2 P1SE

14、L|=BIT3; TACCR0=50000;/ TACCTL0|=CCIE;void main( void ) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; timer_A_clack_init(); init(); _EINT(); n3=0; kongzhi_OUT; kongzhi_DAT=n3; while(1);#pragma vector=TIMERA0_VECTOR_interrupt void Timer_A (void) n+; if(n=16) n=0; TACCTL2&=CCIFG; TACCTL1&=CCIFG; TACCTL1|=CM_2+CCIS_0+SCS+CAP; TACCTL2|=CM_2+CCIS_0+SCS+CAP; while(!(TACCT