高精度矩形脉冲占空比测量方法及电路与流程

本发明涉及电子测量技术领域的脉冲占空比测量技术，具体涉及一种高精度矩形脉冲占空比测量方法及电路。

背景技术：

在电信号参数测量、仪器检测等领域，经常需要对矩形脉冲信号的占空比进行测量。现有的脉冲占空比测量方法很多，最主要的测量手段是采用示波器进行测量，也可以采用基于微处理器的脉冲计数法。

现有的脉冲占空比测量方法各有不同的缺点，示波器测量法受人为读数因素的限制，测量精度较低；基于微处理器的脉冲计数法属于纯数字方法，受处理器工作频率的限制无法测量高频脉冲信号，而且脉冲计数的过程实际是对处理器机器周期进行计数，每次计数的结果都可能有不同的误差，因此测量精度也不够高。

技术实现要素：

为了克服上述技术问题的缺点，本发明提供了一种测量准确的高精度矩形脉冲占空比测量方法及电路。

高精度矩形脉冲占空比测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a.选取一个pecl比较器，选取两个同型号转换型直流继电器j1(1)、j2(2)；b.将待测矩形脉冲信号从输入端子引入，经过限幅器后，输入到pecl比较器的同相输入端，pecl比较器的反相输入端接正值的参考电压，pecl比较器的输出连接到继电器j1(1)的中间触点z1，继电器j1(1)的常闭触点b1连接到继电器j2(2)的常闭触点b2，继电器j1(1)的常开触点a1经过隔直流电容c1连接到真有效值转换电路的输入端，真有效值转换电路的输出端连接到继电器j2(2)的常开触点a2，继电器j2(2)的中间触点z2连接到a/d转换器的模拟电压输入端；c.选取一个微控制器mcu，通过继电器控制电路控制继电器j1(1)、j2(2)的触点切换，并对a/d转换器的输出数字量进行测算；d.mcu控制继电器j1(1)的中间触点z1与常闭触点b1连通、继电器j2(2)的中间触点z2与常闭触点b2连通；从输入端子输入高于比较器参考电压的直流正电压，使得所述比较器输出的pecl高电平电压送到a/d转换器的模拟电压输入端，mcu将a/d转换器输出的数字量换算成电压值，并记录此高电平电压uh；将所述输入端子接地，使得所述比较器输出的pecl低电平电压送到a/d转换器的模拟电压输入端，mcu将a/d转换器输出的数字量换算成电压值，并记录此低电平电压值ul；e.将待测矩形脉冲信号从所述输入端子引入，mcu控制继电器j1(1)的中间触点z1与常开触点a1吸合、继电器j2(2)的中间触点z2与常开触点a2吸合；mcu读取a/d转换器输出的数字量，并换算成电压值，此电压值即为所述比较器输出的pecl电平矩形脉冲电压有效值u，mcu记录此电压有效值u；mcu根据公式um＝uh-ul计算得到所述比较器输出的pecl电平矩形脉冲幅值um；mcu根据下述公式计算得到待测矩形脉冲信号的占空比d：f.mcu将测算的占空比结果输出到显示器显示。

本发明的的高精度矩形脉冲占空比测量方法，其特征在于：还包括一个高稳定度基准电压源，给a/d转换器提供基准电压。

pecl比较器的作用在于电平转换，输入的矩形脉冲幅度只要略大于比较器反相输入端的参考电压值，比较器就可以输出标准的pecl电平的矩形脉冲信号。pecl比较器可以把不同幅度的待测矩形脉冲变换为标准pecl电平幅度的矩形脉冲，而脉冲占空比保持不变。而且pecl比较器转换速度快，失调电压低，其输出脉冲信号能够不失真地反映输入矩形脉冲的占空比。限幅器起保护作用，防止输入矩形脉冲幅度过大造成pecl比较器损坏。

真有效值转换电路的作用是将pecl比较器输出的脉冲电压转换成有效值电压，隔直流电容c1的作用是消除pecl比较器输出直流电位的影响，确保真有效值转换电路输出的是脉冲电压的有效值。a/d转换器的作用是将pecl比较器输出的高电平电压、低电平电压及脉冲电压有效值转换成数字量，方便mcu直接测算。

相应地，为了克服上述技术问题的缺点，本发明提供了一种测量准确的矩形脉冲占空比测量电路。

本发明的高精度矩形脉冲占空比测量电路，包括：输入端子、限幅器、pecl比较器、真有效值转换电路、a/d转换器、基准电压源、微控制器mcu、显示器、继电器控制电路以及两个同型号转换型直流继电器j1(1)、j2(2)；其特征在于：待测矩形脉冲信号从输入端子引入，经过限幅器，输入到pecl比较器的同相输入端，pecl比较器的反相输入端接正值的参考电压，pecl比较器的输出连接到继电器j1(1)的中间触点z1，继电器j1(1)的常闭触点b1连接到继电器j2(2)的常闭触点b2，继电器j1(1)的常开触点a1经过隔直流电容c1连接到真有效值转换电路的输入端，真有效值转换电路的输出端连接到继电器j2(2)的常开触点a2，继电器j2(2)的中间触点z2连接到a/d转换器的模拟电压输入端；微控制器mcu通过继电器控制电路控制继电器j1(1)、j2(2)的触点切换，并对a/d转换器的输出数字量进行测算，将测算的占空比结果送到显示器显示。

本发明的高精度矩形脉冲占空比测量电路，其特征在于：还包括一个高稳定度基准电压源，给a/d转换器提供基准电压。

本发明的有益效果是：提出一种新的矩形脉冲占空比测量方法，将传统的脉冲信号占空比测量转换为电压幅度测量，利用pecl比较器将输入幅度动态范围很大的矩形脉冲信号转换成标准pecl电平的矩形脉冲信号，借助于真有效值转换电路和a/d转换器的作用，通过测量pecl脉冲幅值和有效值，换算得到占空比，测量精度高，可测信号频率较高、动态范围很大。

附图说明

图1为本发明的原理框图；图2为本发明的部分电路图，含限幅器、pecl比较器；图3为本发明的真有效值转换电路；图4为本发明的a/d转换器及基准电压源；图5为本发明的继电器控制电路。

图1中：1继电器j1，2继电器j2。

图2中：3限幅器，4pecl比较器及其外围电路。

图4中：5a/d转换器，6基准电压源。

具体实施方式

结合附图，本发明的矩形脉冲占空比测量方法，按照以下步骤进行：

a.选取一个pecl比较器adcmp553，选取两个srd-05vdc-sl-c型直流继电器j1(1)、j2(2)。

b.将待测矩形脉冲信号从输入端子引入，经过限幅器(3)后，输入到pecl比较器adcmp553的同相输入端，+5v的直流电源经过r1和50ω电阻分压后得到+0.05v的参考电压接到adcmp553的反相输入端。adcmp553的输出端6脚连接到继电器j1(1)的中间触点z1，继电器j1(1)的常闭触点b1连接到继电器j2(2)的常闭触点b2，继电器j1(1)的常开触点a1经过隔直流电容c1连接到真有效值转换电路的输入端，真有效值转换电路的输出端连接到继电器j2(2)的常开触点a2，继电器j2(2)的中间触点z2连接到a/d转换器(5)的模拟电压输入端。基准电压源(6)采用max6107构成，给a/d转换器(5)提供+4.5v的高稳定度基准电压。

c.选取一个微控制器mcu，通过继电器控制电路控制继电器j1(1)、j2(2)的触点切换，并对a/d转换器(5)的输出数字量进行测算。

d.mcu控制继电器j1(1)的中间触点z1与常闭触点b1连通、继电器j2(2)的中间触点z2与常闭触点b2连通。从输入端子输入高于+0.05v的直流电压，使得pecl比较器输出的pecl高电平电压送到a/d转换器(5)的模拟电压输入端，mcu将a/d转换器(5)输出的数字量换算成电压值，并记录此高电平电压uh。然后，将输入端子接地，使得pecl比较器输出的pecl低电平电压送到a/d转换器(5)的模拟电压输入端，mcu将a/d转换器(5)输出的数字量换算成电压值，并记录下这个低电平电压值ul。

e.将待测矩形脉冲信号从输入端子引入，mcu控制继电器j1(1)的中间触点z1与常开触点a1吸合、继电器j2(2)的中间触点z2与常开触点a2吸合；mcu读取a/d转换器(5)输出的数字量，并换算成电压值，这个电压值就是比较器输出的pecl电平矩形脉冲电压有效值u，mcu记录下该电压有效值u。然后，mcu根据公式(1)计算得到比较器输出的pecl电平矩形脉冲幅值um。

um＝uh-ul(1)

mcu再根据公式(2)计算得到比较器输出的矩形脉冲信号的占空比d。

公式(2)中的d与待测矩形脉冲信号的占空比相等。

f.mcu将测算的占空比结果输出到显示器显示。

本实施例中，电容c1的引入是为了隔开pecl比较器输出直流电位的影响，确保真有效值转换电路将比较器输出的脉冲信号准确转换为有效值电压。

如附图所示，给出了本发明的高精度矩形脉冲占空比测量电路，其包括：输入端子、限幅器(3)、pecl比较器及其外围电路(4)、真有效值转换电路、a/d转换器(5)、基准电压源(6)、微控制器mcu、显示器、继电器控制电路以及两个同型号转换型直流继电器j1(1)、j2(2)，必要的+5v工作电源、+3v工作电源。

待测矩形脉冲信号从输入端子引入，经过限幅器(3)，输入到pecl比较器adcmp553的同相输入端，adcmp553的反相输入端接一个+0.05v的参考电压。adcmp553的输出端6脚连接到继电器j1(1)的中间触点z1，继电器j1(1)的常闭触点b1连接到继电器j2(2)的常闭触点b2，继电器j1(1)的常开触点a1经过隔直流电容c1连接到真有效值转换电路的输入端，真有效值转换电路的输出端连接到继电器j2(2)的常开触点a2，继电器j2(2)的中间触点z2连接到a/d转换器(5)的模拟电压输入端。

微控制器mcu通过继电器控制电路控制继电器j1(1)、j2(2)的触点切换，并对a/d转换器(5)的输出数字量进行测算，将测算的占空比结果送到显示器显示。

如附图2所示，pecl比较器采用adcmp553构成。adcmp553的反相输入端接一个+0.05v的参考电压，这个参考电压由+5v的直流电源经过r1和50ω电阻分压后得到。这样，从adcmp553同相端输入的矩形脉冲幅度只要大于+0.05v，就可以转换为pecl电平的脉冲电压输出，而且adcmp553输出的pecl电平脉冲，其周期、宽度和占空比等参数都与待测的输入矩形脉冲保持一致。

如附图3所示，真有效值转换电路采用ltc1968及其外围电容构成，pecl比较器输出的脉冲电压从ltc1968的2脚输入，转换成有效值电压后从ltc1968的5脚输出输出，经过继电器j2(2)送到a/d转换器(5)的模拟电压输入端。

如附图4所示，a/d转换器(5)采用八位a/d转换器mx7820构成，1脚是mx7820的模拟电压输入端。mx7820采用并行接口与mcu连接，以提高工作速度。a/d转换器(5)的基准电压源(6)由max6107组成，max6107输出的基准电压是+4.5v，与pecl电平的电压幅值较为接近，确保a/d转换的精度足够高。

mcu通过并行接口读取a/d转换器(5)输出的数字电压值，并经过公式(1)、(2)计算得到被测矩形脉冲的占空比，送去显示器直观显示出来。