基于单片机的微弱信号频率和相位自动检测系统及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信息检测控制技术，具体涉及一种基于单片机的微弱信号频率和相位自动检测系统及其检测方法。
【背景技术】
[0002]在电子技术中，频率是最基本的参数之一，因此频率的测量就显得尤为重要，而频率计则是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器，
[0003]在电子技术中，频率和相位是最重要和最基本的参数，并且与许多电参量的测量方案、测量结果有十分密切的关系，因此信号的频率和相位测量系统和方法在计算机、通讯、科研等各个领域显得非常重要。
[0004]目前，常见的频率计大多由信号输入电路、信号处理电路和计数显示电路组成，这类频率计响应速度快、成本低。2010年，钱伟提出的发明专利(申请号:201010574470.0)，利用单片机结合放大电路获得了简易的频率计；2013年，王火明提出的发明专利(申请号:201310411422.3)，利用逻辑电路和定时器相结合的方法测量了信号的频率；2014年，胡天吉提出的发明专利(申请号:201410164401.0)，利用DSP芯片结合整形电路，设计了数字频率计；2015年2月王雪提出的发明专利(申请号:201510082488.1)，利用CPLD芯片做出了调制域频率计数器及其连续测频方法。
[0005]以上现有技术具有一定的使用价值，但是，这些系统的频带较窄，性能不稳定，且无法测量复杂多变信号的频率，而且在测量过程中多采用技术的方法不能准确的测量信号的波形，信号的整形不理想，不能同时测量信号的相位，因此，这些系统和方法的应用面较窄，限制其在电子测量中的应用。
【发明内容】
[0006]发明目的:本发明的目的在于解决现有技术存在的缺陷，提供过一种基于单片机的微弱信号频率和相位自动检测系统及其检测方法。
[0007]技术方案:本发明的一种基于单片机的微弱信号频率和相位自动检测系统，包括耦合器和电源模块；所述耦合器上依次连接有第一级放大电路、第二级放大电路、整形电路、分频电路和单片机系统，单片机系统的另一端分别连接有显示模块和存储模块；所述第一级放大电路上还串联有与第二级放大电路相并联的幅值检测电路，幅值检测电路的另一端连接于单片机系统；所述耦合器上还连接有相位检测电路，相位检测电路的另一端连接于单片机系统；所述电源模块为整个系统供电。
[0008]进一步的，所述单片机系统为DSP控制器、ARM控制器和普通单片机控制器中的任意一种；所述显示模块为液晶显示和LED显示中的任意一种。
[0009]进一步的，所述存储模块为动态随机存储器、静态存储器和同步动态随机存储器中的任意一种。
[0010]进一步的，所述电源模块为线性稳压电源。
[0011]进一步的，所述第一级放大电路包括第一放大器芯片、电源和若干电阻、电容；所述电阻Rl的一端连接地线，另一端连接信号的输入端和第一放大器芯片的第一引脚；电阻R2的一端连接地线，另一端连接第一放大器芯片的第八引脚；第一放大器芯片的第三引脚通过电阻R4分别连接电阻R3和电阻R5，其中电阻R4的另一端连接单片机系统，电阻R5的另一端连接电源；第一放大器芯片的第五引脚连接电阻R6，电阻R6的另一端作为信号的输出端；第一放大器芯片的第六引脚连接电容C2，电容C2的另一端连接地线；第一放大器芯片的第七引脚连接电容Cl，电容Cl的另一端连接地线，同时，第一放大器芯片的第六、七引脚分别连接电源模块。
[0012]进一步的，所述幅值检测电路包括均方根直流转换芯片、电源和若干电阻、电容；所述电阻R7—端连接均方根直流转换芯片的第四引脚，电阻R7的另两端连接电源模块；均方根直流转换芯片的第六引脚连接电阻R8的一端，电阻R8另一端连接均方根直流转换芯片的第11引脚；均方根直流转换芯片的第12引脚和第13引脚分别通过电容C4和电容C3和地线连接，同时，均方根直流转换芯片的第12引脚和第13引脚分别连接电源模块；均方根直流转换芯片的第15引脚连接第一级放大电路的输出端，均方根直流转换芯片的第11引脚连接单片机系统。
[0013]进一步的，所述第二级放大电路包括第二放大器芯片、电源和若干电阻、电容；所述第一级放大电路的输出端通过电阻R9连接到第二放大器芯片的第二引脚；电阻RlO—端连接地线，另一端连接第二放大器芯片的第三引脚；电容C7的一端连接地线，另一端连接第二放大器芯片的第四引脚，并与电源连接，同时，第二放大器芯片的第四引脚通过电容CS连接第二放大器芯片的第七引脚；第二放大器芯片的第六引脚通过电阻Rll作为第二级放大电路的信号输出端。
[0014]进一步的，在整形电路中，从第二级放大电路输出的信号连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接第一选择器芯片的第六引脚；第一选择器芯片的第二引脚连接地线；第一选择器芯片的第16引脚连接电源；第一选择器芯片的第七引脚作为整形后的输出端；在分频电路中，从整形电路输出的信号连接第二选择器的第6引脚和第一计数器的第14引脚；第二选择器的第I引脚连接地线，第16引脚连接电源，第15引脚连接第I引脚后与地线连接，第二选择器的第1、14引脚分别作为一路分频信号输出，控制分频信号的频率，第二选择器的第4引脚连接第二计数器的第8引脚，第二选择器的第5引脚分别连接第一计数器的第8引脚和第二计数器的第14引脚；第I计数器的第2、3、6、7和10引脚连接地线，第一计数器的第5引脚连接电源；第2计数器的第2、3、6、7和10引脚连接地线，第二计数器的第5引脚连接电源；第二计数器的第7引脚作为分频后的信号输出，并且连接单片机系统上。
[0015]进一步的，所述相位检测电路的输入端是连接起始信号，分成两路信号，其中一路信号通过电阻R16连接第三放大器芯片的第3引脚，第三放大器芯片的第二引脚通过电阻R14连接地线，同时，第2引脚通过电阻R15连接第6引脚，第4引脚连接地线，第7引脚连接电源，第6引脚连接第四放大器芯片的第3引脚，第四放大器芯片的第7引脚通过电容Cll连接地线，第四放大器芯片的第6引脚通过二极管Dl输出信号连接到触发器芯片的第3引脚；另一路信号的输入端连接到通过电阻R21连接第五放大器芯片的第3引脚，第五放大器芯片的第7引脚连接电源，第4引脚连接地线，第2引脚通过电阻R20连接其第6引脚，第五放大器芯片的第6引脚连接第六放大器芯片的第3引脚，第六放大器芯片的第2、4引脚连接地线，第7引脚连接电源，第6引脚连接通过二极管D2连接触发器第11引脚，触发器芯片的第2、4、10、12引脚连接电源，第I引脚连接其第8引脚，触发器芯片的第13引脚作为相位检测信号的输出与单片机系统连接，通过显示模块显示信号的相位。
[0016]本发明还公开了一种基于单片机的信号频率自动检测系统的检测方法，包括以下步骤:
[0017]所述输入信号被親合器分成两束信号，其中一路信号进入第一级放大电路，经放大后的信号一部分进入第二级放大电路，经第二级放大电路放大的信号进入整形电路，经整形后的信号进入分频电路进行分频，分频后的信号进入单片机处理，之后进入显示模块显示以及存储模块存储；经第一级放大电路放大后的另一路信号进入幅值检测电路，检测电路输出的直流信号进入单片机处理，根据设置的检测阈值，单片机返回信号给第一级放大电路进行增益的控制，可以保证第一级放大电路根据输入信号的强弱进行增益的自动控制；从耦合器输出的另一路信号进入相位检测电路，相位检测后的信号进入单片机处理，并且经存储模块和显示模块进行存储和显示。
[0018]有益效果:本发明结合单片机控制，利用多级放大技术，以分频器和触发器相结合的实现方法，获得高性能智能化信号自动检测；具体包括以下优点:
[0019](I)本发明能够实现自动检测信号的频率和相位，无需人工过多干预操作，大大提高测量效率；
[0020](2)本发明中的控制系统能够实现数据通信、数据处理、系统控制及中断等处理功會K。
[0021 ] 综上所述，本发明自动化程度高，速度快测量效率高，安全性能好，操作方便。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的系统连接框图；
[0023]图2为实施例中第一级放大电路示意图；
[0024]图3为实施例中幅值检测电路示意图；
[0025]图4为实施例中第二级放大电路示意图；
[0026]图5为实施例中整形和分频电路示意图；
[0027]图6为实施例中相位检测电路示意图；
[0028]图7为实施例中检测的低频波形图；
[0029]图8为实施例中检测的尚频波形图；
[0030]图9为本发明