基于AT89S52的脉冲参数测试仪

摘要 设计的脉冲参数测试仪可对脉冲的脉冲宽度、周期、频率、占空比及峰值进行测量与显示，读数方便。利用AT89S52对经过LM393整形后的输入信号直接进行脉冲宽度、周期、频率以及占空比的测量，并由软件实现;通过LM398实现了峰值保持，并用LF331将该峰值转换成相应频率，以便于AT89S52完成最终测量并显示。该仪器性能良好、电路实现简单、测试结果准确。

电力生产及其他工业现场有各种脉冲信号，在对故障处理及分析时要对这些脉冲信号相关参数进行测量与分析，基于单片机的脉冲参数测试仪能够测量脉冲信号的脉冲宽度、周期、频率、占空比及峰值进行测量，具有测量范围宽、性能稳定、读数快捷方便等特点，在一定范围内能较好地满足电力生产及其他工业现场脉冲信号参数的测量与分析。

1 系统方案

1.1 系统功能

(1)可测量脉冲宽度;(2)可测量脉冲周期、频率;(3)可测量脉冲占空比;(4)可测量峰值。

1.2 系统结构框图

根据系统功能要求得出系统框图如图1所示。利用LF398进行峰值采样保持，再利用LM331进行V/F转换，单片机通过测量转换后信号的频率来测量峰值;由于采样信号幅值不确定，需先对采样信号进行整形，整形后的信号输入单片机进行周期、频率、脉冲宽度以及占空比的测量。

2 各单元电路设计

2.1 整形单元电路

用LM393芯片构成，其电路如图2所示，将输入信号与地比较，当输入>0时输出高电平，<0时输出低电平。

2.2 采样保持单元电路

以专用芯片LF398为核心，具体电路如图3所示。比较器LM393的输出端控制LF398的工作状态：当输入>0时，比较器输出高电平，LF398工作于采样(跟随)状态，即输出等于输入;当输入<0时，比较器输出低电平，控制LF398工作于保持状态，即输出原来的值。

2.3 V/F单元电路

主要用V/F转换芯片LM331组成，其电路如图4所示。其工作原理是将经过采样保持的电压峰值Vo转换为相应频率的脉冲信号，通过对信号频率的测量来实现对电压的测量，U/F输出频率与输入电压的关系为：f=Vo×R10/(2.09R7×RsxC4)=Vo×36 kΩ/(2.09×360 kΩ×10 kΩ×470 pF)，当Vo为0～10 V时，对应的输出频率约为0～100 kHz，输入电压和输出频率存在线性关系。

经过以上各单元电路的连接，在整个系统的电路中被测信号从一端经过整形后输入到单片机的INT0进行脉冲宽度、周期、频率、及占空比测量，被测信号从另一端经过采样保持以及V/F转换后输入到单片机计数器的外部输入端T0进行峰值测量。

3 软件设计

3.1 基本描述

软件采用模块化设计，利用对键盘的查询方式来改变设置变量的值，根据设置变量的值来完成各模块的测量与显示。具体是设置变量A，初值为0，此时显示为0;通过对键盘输入接口的查询来改变A的值，当A=1时，完成对脉冲宽度的测量与显示;A=2时完成对脉冲周期、频率的测量与显示;当A=3时完成对占空比测量与显示;当A=4时，完成对峰值的测量与显示，主流程图如图5所示。

3.2 子程序模块

(1)脉冲宽度测量。将INT0设置为下降沿触发，中断后高电平来临时开启内部计数器，下次中断来临停止内部计数器，此数据即是脉冲宽度。

(2)周期频率测量。将INT0设置为下降沿触发，中断后开启内部计数器，在下一次中断来临时停止计数，此数据为脉冲周期，根据f=1/T可得频率值。

(3)占空比测量。分别测出脉冲宽度与周期后根据占空比=脉冲宽度/周期得出。

(4)峰值测量。由于输入信号经过V/F转换，所以对峰值的测量实际是对转换后信号频率的测量，具体过程是开启内部定时器，定时1 s，对T0端输入信号进行计数，定时结束计数结束，根据V/F转换的线性关系可得出峰值电压。

4 结束语

该脉冲参数测试仪能够实现对脉冲宽度、周期、频率、占空比及峰值的测量，在峰值采样保持与U/F转换存在一定的误差，适当选取LF3986脚的接地电容可在一定程度上减小峰值误差，还可通过多次测试，利用软件对该误差进行补偿，在一定范围内能够在工业现场进行较好应用。