数字I/F转换器关键技术的研究

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I/F转换器是一种将电流信号转换为频率信号的器件,被广泛应用到各个领域。针对目前I/F转换器存在的转换精度较低、抗干扰力较差问题,本文设计出了一种基于单片机ADuC847和数字信号控制器MC56F8037的转换精度低于5 × 10-5的高性能的数字I/F转换器。该I/F转换器的设计主要从前端信号调理电路、A/D采样值的数字滤波、变增益非线性补偿、数字频率合成算法、抗干扰措施五方面进行介绍。采用无放大器的前端信号调理电路结构,这是一种差分信号传输结构,提高对外部电磁抗干扰能力,利于识别小信号,确保了双极性信号的保真度和稳定度。改进了原有的滑动平均滤波算法,设计出了基于该算法的巴特沃斯数字低通滤波器,在继承了原来算法的卓越性能外,还提高了灵敏度和抑制脉冲性干扰的能力。由于小信号输入单片机ADuC847时,存在很严重的非线性,利用变增益非线性补偿原理进行补偿,即不同范围的输入电流,采用不同的增益方式,实验测试证明,非线性得到改善。本文的频率合成技术采用基于MC56F8037片内PWM或定时器的数字频率合成算法,不但其输出的频率信号的稳定度和分辨率非常高,而且大大地降低了成本。最后,本文从软硬件两方面来提高I/F转换器的抗干扰能力,硬件设计包括对电源、接地、前端信号调理、频率输出隔离等模块电路的抗干扰设计;软件设计包括对电源监视、软件陷阱、指令冗余、看门狗技术以及数字滤波的抗干扰设计。调理信号电路将输入的双极性信号电流转换为可以被识别的电压信号输入到单片机ADuC847中,A/D转换器采样该电压信号转换成数字量,通过滤波器滤波去除干扰信号,计算出输出频率值,再根据频率合成算法,通过MC56F8037输出频率信号。对本文设计的I/F转换器进行试验测试,通过对测试数据的分析,其性能指标完全符合设计要求。
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