CN112362965A - 一种单片机频率和占空比采集电路 - Google Patents

一种单片机频率和占空比采集电路 Download PDF

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罗明华
张文
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    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output

Abstract

本发明涉及单片机技术领域，具体涉及一种单片机频率和占空比采集电路，它包括主控制电路、第一分控制电路、第二分控制电路、第三分控制电路、第四分控制电路、第五分控制电路、第六分控制电路、第七分控制电路；它采用高速单片机做为主控制芯片、3通道频率信号的前级整形以及加入TVS管的通信收发芯片；它具有能够确保电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏，以及为单片机高速采集提供有利保障等优点。

Description

一种单片机频率和占空比采集电路
技术领域
本发明涉及单片机技术领域，具体涉及一种单片机频率和占空比采集电路。
背景技术
随着科技发展，在自动控制方面，单片机应用到各行各业。以单片机为主控制芯片的采集控制电路被广泛使用。传统的采集控制电路在实际使用时，存在如下问题：传统的采集电路不能实现对通道频率信号实现整体放大，因此在采集信号时存在问题，以及不能确保电路元件在瞬态高能量的冲击导致元件损坏等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种单片机频率和占空比采集电路。
本发明所述的一种单片机频率和占空比采集电路，它包括主控制电路、第一分控制电路、第二分控制电路、第三分控制电路、第四分控制电路、第五分控制电路、第六分控制电路、第七分控制电路；
所述主控制电路包括U2单元，该U2单元的第1-6脚分别与485EN端、USART _TX端、USART_RX端、NRST端、LED1端、LED2端相连；所述U2单元的第7脚接地，U2单元的第8脚与电容C3串联，电容C3另一端与U2单元的第7脚并联；所述U2单元的第9脚与+5V端相连，电容C7一端并联在U2单元的第9脚上，电容C7的另一端接地；所述U2单元第10-12脚分别与FRE1端、FRE2端、FRE3端相连；所述U2单元第13-14脚分别与LED3端、LED4端相连；电阻R10与发光二极管D6串联后与LED3端相连，然后与导线一并联；电阻R11与发光二极管D7串联后与LED4端相连，然后与导线一并联；电阻R9与发光二极管D5串联后与导线一并联；电阻R8与发光二极管D4串联后与导线一并联；所述U2单元的第20-19、16-15脚分别与开关SW1的第1-4脚相连；所述U2单元的第17-18脚分别与SWCLK端、SWDIO端相连；所述开关SW1的第5-8脚并联后接地。
所述第一分控制电路包括U1单元，U1单元的第一脚与二极管D1串联后与接插件P1的第3端相连；所述接插件P1的第1端与导线二相连；所述U1单元的第3、5脚并联后与导线二并联；所述U1单元的第2脚与电感L1串联后与电容CE2并联；电容CE2并联在U1单元的第4脚和导线二之间；二极管D2一端与电感L1并联，二极管D2另一端与导线二并联；电阻R1、发光二极管D3串联后并联在U1单元的第4脚与导线二之间；电容C2并联U1单元的第4脚与导线二之间，电容C2与+5V端相连；电容C1、电容CE1分别并联在U1单元的第1脚与导线二之间；
所述第二分控制电路包括U3单元，U3单元的第1-2、4脚分别与USART_RX端、485EN端、USART_TX端相连；所述U3单元的第2脚并联在第3脚上；所述U3单元的第5脚接地；所述U3单元的第6脚与二极管TVS2并联，二极管TVS2另一端接地，二极管TVS2与电阻R16串联后与接插件P2的第3端相连；所述U3单元的第7脚与二极管TVS1并联，二极管TVS1另一端接地，二极管TVS1与电阻R15串联后与接插件P2的第1端相连；电阻R12、R13、R14串联，R12另一端接地，R14另一端接+5V端；电阻R13并联在U3单凶的第6、7脚之间；电容C8、电容C9并联在U3单元的第8脚上，U3单元的第8脚与+5V端相连；
所述第三分控制电路包括接插件P3，接插件P3的第1-3脚分别与FIN1、FIN2、FIN3端相连，接插件P3的第5脚接地，接插件P3的第6脚接+5V端；
所述第四分控制电路包括接插件P4，接插件P3的第2、4-5脚分别与SWDIO端、SWCLK端、NEST端相连，接插件P4的第3脚接地，接插件P4的第1脚接+5V端；
所述第五分控制电路包括三极管Q1，三极管Q1的基极与电阻R2串联，电阻R2的另一端与FIN1端相连；所述三极管Q1的集电极与FRE1端相连；电阻R3、电容C4并联后一端与三极管Q1的基极相连，另一端与导线三相连，导线三接地；所述三极管Q1的发射极并联在导线三上；
所述第六分控制电路包括三极管Q2，三极管Q2的基极与电阻R4串联，电阻R4的另一端与FIN2端相连；所述三极管Q2的集电极与FRE2端相连；电阻R5、电容C5并联后一端与三极管Q2的基极相连，另一端与导线四相连，导线四接地；所述三极管Q2的发射极并联在导线四上；
所述第七分控制电路包括三极管Q3，三极管Q3的基极与电阻R6串联，电阻R6的另一端与FIN3端相连；所述三极管Q3的集电极与FRE3端相连；电阻R7、电容C6并联后一端与三极管Q3的基极相连，另一端与导线五相连，导线五接地；所述三极管Q3的发射极并联在导线五上。
进一步地，所述U2单元是型号为MM32F003的微处理器。
进一步地，所述开关SW1是型号为SW4_DIP的联动开关。
进一步地，所述U1单元是型号为LM2576S-5.0的降压开关稳压器。
进一步地，所述U3单元是型号为MAX485的通信收发芯片。
进一步地，所述三极管Q1、Q2、Q3是型号为2N3904的NPN小功率三极管。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种单片机频率和占空比采集电路，它采用高速单片机做为主控制芯片、3通道频率信号的前级整形以及加入TVS管的通信收发芯片；它具有能够确保电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏，以及为单片机高速采集提供有利保障等优点。
附图说明
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明的拓扑结构示意图；
图2是本发明的主控制电路原理图；
图3是本发明的第一分控制电路原理图；
图4是本发明的第二分控制电路原理图；
图5是本发明的第三分控制电路原理图；
图6是本发明的第四分控制电路原理图；
图7是本发明的第五分控制电路原理图；
图8是本发明的第六分控制电路原理图；
图9是本发明的第七分控制电路原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本具体实施方式所述的一种单片机频率和占空比采集电路，它包括主控制电路、第一分控制电路、第二分控制电路、第三分控制电路、第四分控制电路、第五分控制电路、第六分控制电路、第七分控制电路；
如图2所示，所述主控制电路包括U2单元，该U2单元的第1-6脚分别与485EN端、USART _TX端、USART _RX端、NRST端、LED1端、LED2端相连；所述U2单元的第7脚接地，U2单元的第8脚与电容C3串联，电容C3另一端与U2单元的第7脚并联；所述U2单元的第9脚与+5V端相连，电容C7一端并联在U2单元的第9脚上，电容C7的另一端接地；所述U2单元第10-12脚分别与FRE1端、FRE2端、FRE3端相连；所述U2单元第13-14脚分别与LED3端、LED4端相连；电阻R10与发光二极管D6串联后与LED3端相连，然后与导线一并联；电阻R11与发光二极管D7串联后与LED4端相连，然后与导线一并联；电阻R9与发光二极管D5串联后与导线一并联；电阻R8与发光二极管D4串联后与导线一并联；所述U2单元的第20-19、16-15脚分别与开关SW1的第1-4脚相连；所述U2单元的第17-18脚分别与SWCLK端、SWDIO端相连；所述开关SW1的第5-8脚并联后接地。
如图3所示所述第一分控制电路包括U1单元，U1单元的第一脚与二极管D1串联后与接插件P1的第3端相连；所述接插件P1的第1端与导线二相连；所述U1单元的第3、5脚并联后与导线二并联；所述U1单元的第2脚与电感L1串联后与电容CE2并联；电容CE2并联在U1单元的第4脚和导线二之间；二极管D2一端与电感L1并联，二极管D2另一端与导线二并联；电阻R1、发光二极管D3串联后并联在U1单元的第4脚与导线二之间；电容C2并联U1单元的第4脚与导线二之间，电容C2与+5V端相连；电容C1、电容CE1分别并联在U1单元的第1脚与导线二之间；
如图4所示，所述第二分控制电路包括U3单元，U3单元的第1-2、4脚分别与USART_RX端、485EN端、USART_TX端相连；所述U3单元的第2脚并联在第3脚上；所述U3单元的第5脚接地；所述U3单元的第6脚与二极管TVS2并联，二极管TVS2另一端接地，二极管TVS2与电阻R16串联后与接插件P2的第3端相连；所述U3单元的第7脚与二极管TVS1并联，二极管TVS1另一端接地，二极管TVS1与电阻R15串联后与接插件P2的第1端相连；电阻R12、R13、R14串联，R12另一端接地，R14另一端接+5V端；电阻R13并联在U3单凶的第6、7脚之间；电容C8、电容C9并联在U3单元的第8脚上，U3单元的第8脚与+5V端相连；
如图5所示，所述第三分控制电路包括接插件P3，接插件P3的第1-3脚分别与FIN1、FIN2、FIN3端相连，接插件P3的第5脚接地，接插件P3的第6脚接+5V端；
如图6所示，所述第四分控制电路包括接插件P4，接插件P3的第2、4-5脚分别与SWDIO端、SWCLK端、NEST端相连，接插件P4的第3脚接地，接插件P4的第1脚接+5V端；
如图7所示，所述第五分控制电路包括三极管Q1，三极管Q1的基极与电阻R2串联，电阻R2的另一端与FIN1端相连；所述三极管Q1的集电极与FRE1端相连；电阻R3、电容C4并联后一端与三极管Q1的基极相连，另一端与导线三相连，导线三接地；所述三极管Q1的发射极并联在导线三上；
如图8所示，所述第六分控制电路包括三极管Q2，三极管Q2的基极与电阻R4串联，电阻R4的另一端与FIN2端相连；所述三极管Q2的集电极与FRE2端相连；电阻R5、电容C5并联后一端与三极管Q2的基极相连，另一端与导线四相连，导线四接地；所述三极管Q2的发射极并联在导线四上；
如图9所示，所述第七分控制电路包括三极管Q3，三极管Q3的基极与电阻R6串联，电阻R6的另一端与FIN3端相连；所述三极管Q3的集电极与FRE3端相连；电阻R7、电容C6并联后一端与三极管Q3的基极相连，另一端与导线五相连，导线五接地；所述三极管Q3的发射极并联在导线五上。
进一步地，所述U2单元是型号为MM32F003的微处理器。
进一步地，所述开关SW1是型号为SW4_DIP的联动开关。
进一步地，所述U1单元是型号为LM2576S-5.0的降压开关稳压器。
进一步地，所述U3单元是型号为MAX485的通信收发芯片。
进一步地，所述三极管Q1、Q2、Q3是型号为2N3904的NPN小功率三极管。
本发明的工作原理如下：
本电路系统采用ARM Cortex-M0 32位高速单片机做为主控制芯片，主频48M，大大提升了采集频率及占空比的精度，内部高宽度32位定时/计数器，实时监测。
本电路中的Q1，Q2，Q3，R2-R7，C4 - C6组成3通道频率信号的前级整形以及放大，为单片机高速采集提供有利保障。
本电路中的U2为32位单片机，SSOP20小型封装。SW1为RS485通信地址设置端口，D4- D7工作状态指灯，P4为单片机程序下载仿真调试接口。
本电路中的U3为RS485通信收发芯片，加入了TVS管，TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1*10^-12秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。
本电路中的U1，CE1，D1，L1，CE2，C1，C2组成5V精准电压源，电压源的内阻相对负载阻抗很小,负载阻抗波动不会改变电压高低，为系统提供优质的能源。
本设计的功能如下了：
（1）可同时采集3通道的频率和占空比，测量脉冲信号频率fo，频率范围为0Hz～1KHz，测量误差的绝对值不大于0.1%；
（2）测量脉冲信号占空比D，测量范围为10%～90%，测量误差的绝对值不大于5%。MODBUS标准通信协议，来读取数据。6-24V宽电压输入，信号VPP值范围：0 - 24V脉冲信号。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种单片机频率和占空比采集电路，其特征在于：它包括主控制电路、第一分控制电路、第二分控制电路、第三分控制电路、第四分控制电路、第五分控制电路、第六分控制电路、第七分控制电路；
所述主控制电路包括U2单元，该U2单元的第1-6脚分别与485EN端、USART _TX端、USART_RX端、NRST端、LED1端、LED2端相连；所述U2单元的第7脚接地，U2单元的第8脚与电容C3串联，电容C3另一端与U2单元的第7脚并联；所述U2单元的第9脚与+5V端相连，电容C7一端并联在U2单元的第9脚上，电容C7的另一端接地；所述U2单元第10-12脚分别与FRE1端、FRE2端、FRE3端相连；所述U2单元第13-14脚分别与LED3端、LED4端相连；电阻R10与发光二极管D6串联后与LED3端相连，然后与导线一并联；电阻R11与发光二极管D7串联后与LED4端相连，然后与导线一并联；电阻R9与发光二极管D5串联后与导线一并联；电阻R8与发光二极管D4串联后与导线一并联；所述U2单元的第20-19、16-15脚分别与开关SW1的第1-4脚相连；所述U2单元的第17-18脚分别与SWCLK端、SWDIO端相连；所述开关SW1的第5-8脚并联后接地；
所述第一分控制电路包括U1单元，U1单元的第一脚与二极管D1串联后与接插件P1的第3端相连；所述接插件P1的第1端与导线二相连；所述U1单元的第3、5脚并联后与导线二并联；所述U1单元的第2脚与电感L1串联后与电容CE2并联；电容CE2并联在U1单元的第4脚和导线二之间；二极管D2一端与电感L1并联，二极管D2另一端与导线二并联；电阻R1、发光二极管D3串联后并联在U1单元的第4脚与导线二之间；电容C2并联U1单元的第4脚与导线二之间，电容C2与+5V端相连；电容C1、电容CE1分别并联在U1单元的第1脚与导线二之间；
所述第二分控制电路包括U3单元，U3单元的第1-2、4脚分别与USART_RX端、485EN端、USART_TX端相连；所述U3单元的第2脚并联在第3脚上；所述U3单元的第5脚接地；所述U3单元的第6脚与二极管TVS2并联，二极管TVS2另一端接地，二极管TVS2与电阻R16串联后与接插件P2的第3端相连；所述U3单元的第7脚与二极管TVS1并联，二极管TVS1另一端接地，二极管TVS1与电阻R15串联后与接插件P2的第1端相连；电阻R12、R13、R14串联，R12另一端接地，R14另一端接+5V端；电阻R13并联在U3单凶的第6、7脚之间；电容C8、电容C9并联在U3单元的第8脚上，U3单元的第8脚与+5V端相连；
所述第三分控制电路包括接插件P3，接插件P3的第1-3脚分别与FIN1、FIN2、FIN3端相连，接插件P3的第5脚接地，接插件P3的第6脚接+5V端；
所述第四分控制电路包括接插件P4，接插件P3的第2、4-5脚分别与SWDIO端、SWCLK端、NEST端相连，接插件P4的第3脚接地，接插件P4的第1脚接+5V端；
所述第五分控制电路包括三极管Q1，三极管Q1的基极与电阻R2串联，电阻R2的另一端与FIN1端相连；所述三极管Q1的集电极与FRE1端相连；电阻R3、电容C4并联后一端与三极管Q1的基极相连，另一端与导线三相连，导线三接地；所述三极管Q1的发射极并联在导线三上；
所述第六分控制电路包括三极管Q2，三极管Q2的基极与电阻R4串联，电阻R4的另一端与FIN2端相连；所述三极管Q2的集电极与FRE2端相连；电阻R5、电容C5并联后一端与三极管Q2的基极相连，另一端与导线四相连，导线四接地；所述三极管Q2的发射极并联在导线四上；
所述第七分控制电路包括三极管Q3，三极管Q3的基极与电阻R6串联，电阻R6的另一端与FIN3端相连；所述三极管Q3的集电极与FRE3端相连；电阻R7、电容C6并联后一端与三极管Q3的基极相连，另一端与导线五相连，导线五接地；所述三极管Q3的发射极并联在导线五上。
2.根据权利要求1所述的一种单片机频率和占空比采集电路，其特征在于：所述U2单元是型号为MM32F003的微处理器。
3.根据权利要求1所述的一种单片机频率和占空比采集电路，其特征在于：所述开关SW1是型号为SW4_DIP的联动开关。
4.根据权利要求1所述的一种单片机频率和占空比采集电路，其特征在于：所述U1单元是型号为LM2576S-5.0的降压开关稳压器。
5.根据权利要求1所述的一种单片机频率和占空比采集电路，其特征在于：所述U3单元是型号为MAX485的通信收发芯片。
6.根据权利要求1所述的一种单片机频率和占空比采集电路，其特征在于：所述三极管Q1、Q2、Q3是型号为2N3904的NPN小功率三极管。
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