專利名稱：壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓圖示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種涉及物理學(xué)中聲學(xué)領(lǐng)域的、有關(guān)壓電陶瓷換能器導(dǎo)納測(cè)量的裝置。
壓電陶瓷換能器是聲學(xué)領(lǐng)域用于產(chǎn)生和接收聲的一類晶體物質(zhì)。在使用壓電陶瓷換能器之前需要知道其主要參數(shù)才可以實(shí)施應(yīng)用，其參數(shù)主要包括共振點(diǎn)頻率、靜電容(C0)、動(dòng)態(tài)阻抗(R1、C1、L1)、機(jī)電耦合系數(shù)、等效頻寬、機(jī)械品質(zhì)因素Q、溫度穩(wěn)定性等。如果能夠測(cè)出壓電陶瓷換能器的在共振點(diǎn)附近的一段頻率范圍內(nèi)的導(dǎo)納值，就可以分析提取出以上所需的參數(shù)。由于在這一段頻率范圍內(nèi)的導(dǎo)納值在導(dǎo)納復(fù)數(shù)坐標(biāo)上形成一個(gè)近似的圓，故稱之為導(dǎo)納圓。
壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓圖示儀是用于對(duì)壓電陶瓷換能器的導(dǎo)納特性進(jìn)行分析，從而獲取其主要的參數(shù)的儀器。它主要用于指導(dǎo)壓電陶瓷換能器的檢測(cè)和使用，是對(duì)壓電陶瓷換能器進(jìn)行有效的測(cè)量、分析或合格/不合格測(cè)試的綜合性解決方案。
目前關(guān)于壓電陶瓷換能器的導(dǎo)納圓檢測(cè)一般由兩種方法，一是采用從美國進(jìn)口的、通用的阻抗分析儀來做壓電陶瓷換能器的導(dǎo)納圓檢測(cè)。例如Agilent4192A(原為HP4192A)，但是其價(jià)格非常昂貴，大約在2-3萬美元左右，國內(nèi)擁有此儀器的不多。而且它沒有和PC機(jī)相連接，需要自己開發(fā)和計(jì)算機(jī)的接口和以及專門用于壓電陶瓷換能器的程序，用于對(duì)換能器的參數(shù)進(jìn)行分析、提取、打印輸出。Agilent4192A的應(yīng)用面較廣(做壓電陶瓷換能器的導(dǎo)納檢測(cè)只是其一部分功能)，所以其性能指標(biāo)也很高，導(dǎo)致檢測(cè)裝置復(fù)雜，成本很高，而且做壓電陶瓷換能器的參數(shù)分析提取也不方便。
另外一種方法是采用通用的波形發(fā)生器進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，并用示波器記錄讀數(shù)，將其導(dǎo)納圓描繪出來，然后得到壓電陶瓷換能器的參數(shù)，此方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度不高。
微電子技術(shù)的發(fā)展，使得獲得頻率可精確控制的信號(hào)源成為可能。隨著個(gè)人電腦的普及應(yīng)用，在PC上開發(fā)應(yīng)用程序，將硬件和軟件結(jié)合起來，開發(fā)一種成本相對(duì)較低的、專門用于壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓測(cè)定的儀器，便可以解決以上矛盾。
由于電流值不容易檢測(cè)到，解決方法是在支路中串聯(lián)一個(gè)電阻，由于電阻上的電壓值和電流值成正比，所以檢測(cè)到電阻上的電壓值就能得到支路電流值。由于針對(duì)不同用途的換能器，其動(dòng)態(tài)阻抗R1的范圍很寬，從幾歐姆到幾千歐姆，因此為了保證檢測(cè)的精度，所串聯(lián)的電阻值需要可調(diào)節(jié)，以避免電阻上的電壓太大或太小，以致于難以檢測(cè)。其原理電路如圖2所示，其中Us為正弦激勵(lì)信號(hào)、R為電源內(nèi)阻、RM為支路串聯(lián)電阻、L為壓電陶瓷換能器。由圖2可知換能器的阻抗Z為Z=uA-uBuB/RM=RM|uAuB-1|]]>(uA為支路兩端電壓、uB為電阻RM兩端電壓)設(shè)uA＝KAejwt，uB＝KBej(ωt+)可得UAMUBM=KAKB]]>(UAM為uA的峰值、UBM為uB的峰值)則 式中 (R為阻抗的實(shí)部) 1) (X為阻抗的虛部) 2)換能器的導(dǎo)納Y為Y=1Z=RR2+X2+jXR2+X2=G+jB]]>(G為導(dǎo)納的實(shí)部、B為導(dǎo)納的虛部)由式1)與2)可知，換能器的導(dǎo)納是復(fù)數(shù)，只要測(cè)出不同頻率下的UAM、UBM、Cos的數(shù)值，然后知道RM大小，就可以得到換能器的導(dǎo)納特征。
2.硬件設(shè)計(jì)硬件部分通過普通的九針串行口與計(jì)算機(jī)通信。硬件分為三部分1)信號(hào)發(fā)生電路在實(shí)際應(yīng)用中需要產(chǎn)生分辨率為1Hz的正弦信號(hào)，頻率的穩(wěn)定度在1Hz以內(nèi)，頻帶范圍為1Hz～0.5MHz。采用模擬方式難以滿足要求，因此采用直接數(shù)字合成(DDS)的方式得到正弦信號(hào)。其特點(diǎn)是頻率精度高、容易精確控制。向DDS芯片發(fā)送頻率控制字，就可以輸出相應(yīng)頻率的正弦波信號(hào)。美國Analog Device公司推出的DDS系列芯片如AD7008、AD9850均可以實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字合成頻率的功能。
下面簡單介紹AD7008的結(jié)構(gòu)和性能AD7008是Analog Device公司采用先進(jìn)的直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)，推出的高集成度頻率合成器。它內(nèi)部包括32位相位累加器、余弦/正弦表、高性能10位DAC、與微機(jī)的串行和并行接口以及控制電路等，能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制式的頻率合成。接上精密時(shí)鐘源，AD7008即可產(chǎn)生一個(gè)頻率和相位都可編程控制的正弦波。AD7008在20MHz的晶振下工作時(shí)，其輸出頻率分辨率可達(dá)0.047Hz，最大輸出頻率可達(dá)5MHz。
AD7008接口控制比較簡單，可以用8位或16位并行口或單行口直接輸入頻率、相位、以及調(diào)幅幅度等控制數(shù)據(jù)。這里采用串行的SPI口和AT89C51連接，指需要將AD7008的SDATA、SCLK、LOAD接到單片機(jī)的輸出口上便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)AD7008輸出頻率的編程控制。AT89C51只要以串行方式輸入32位的相位累加器值ΔPhase就可以改變頻率，相位累加器值和頻率的關(guān)系如下f=ΔPhase×fCLOCK232(0≤ΔPhase≤232).]]>其中fCLOCK為晶振頻率。AD7008輸出的正弦信號(hào)需通過運(yùn)放進(jìn)行放大，主要目的是為了提高其帶負(fù)載的能力。在用于測(cè)量較高阻抗的換能器的時(shí)候，用普通的運(yùn)放就可以了，比如NE5534、NE5532、AD818都可以。如果涉及測(cè)量較低阻抗的換能器，就需要使用功率較大的運(yùn)放，即可以輸出較大電流的運(yùn)放，如National Semiconductor公司的LM3875、LM3886等等。在使用LM3875、LM3886的時(shí)候，其閉環(huán)放大倍數(shù)必須大于10，系統(tǒng)才能夠穩(wěn)定。
這里只能通過增強(qiáng)運(yùn)放的帶負(fù)載能力、而不能通過增大支路串聯(lián)電阻的方法來避免運(yùn)放過載，其原理如下如果將串聯(lián)電阻加大，可以避免運(yùn)放過載，但是在很多情況下，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的誤差非常大，甚至出現(xiàn)無法檢測(cè)出頻率變化時(shí)的導(dǎo)納變化情況。
2)運(yùn)算和數(shù)據(jù)采集電路由于壓電陶瓷換能器的等效電路中含有電容和電感，因此在不同正弦信號(hào)的激勵(lì)下，會(huì)呈現(xiàn)出不同的導(dǎo)納特性。為了能夠檢測(cè)到其導(dǎo)納特性，需要將電路中體現(xiàn)出其導(dǎo)納特性的因素通過運(yùn)算電路轉(zhuǎn)換成可檢測(cè)到的電壓量，然后通過A/D變換電路采集獲得。運(yùn)算電路分為兩部分峰值檢測(cè)電路和相位檢測(cè)電路。峰值檢測(cè)電路用于檢測(cè)動(dòng)態(tài)變化的正弦信號(hào)的峰值電壓。相位檢測(cè)電路用于檢測(cè)兩路正弦波的相位差值，相位差在-90°～+90°的范圍內(nèi)變化，需要將其轉(zhuǎn)化為0～5V的電壓量。轉(zhuǎn)換成電壓量之后，就可以通過12位的A/D變換器采集獲得。運(yùn)算電路請(qǐng)參考圖3。
ux與uy的相位差用高精度模擬乘法器檢測(cè)。模擬乘法器的輸出為 用低通濾波器將上式中的二倍頻項(xiàng)濾去，即可得 于是可以得到 ，由于ux、uy的峰值UXM、UYM可用峰值檢波器求得(峰值檢波電路請(qǐng)參考圖4)，據(jù)上式就可以得到相位差的余弦。
在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，采用美國Analog Device公司的集成四象限模擬乘法器AD633、AD534、AD734或者Texas Instrument公司的MPY634均可以實(shí)現(xiàn)求相位差的功能。
峰值檢波電路如圖4所示，電路中需要用到兩個(gè)運(yùn)放，第一個(gè)運(yùn)放IC1必須是高速運(yùn)放，要求增益帶寬積大于50M、電壓擺率大于500V/μs。AnalogDevice公司的AD818或者National Semiconductor公司的LM6171、LM6161均可以滿足要求。運(yùn)放IC2采用低速運(yùn)放即可，普通的National Semiconductor公司的LF411就可以滿足要求。D1、D2為快恢復(fù)二極管，可以選用1N4148或者肖特基二極管。C2和R2確定峰值電壓的保持時(shí)間，C1可以取0.1μF，R2可以取10MΩ。R1可以取2KΩ，C1和R3用于調(diào)整精度，可根據(jù)實(shí)際電路調(diào)節(jié)其大小。
A/D變換器可以選擇Texas Instrument公司的TLC2543，或者M(jìn)axim公司的MAX147。它們通過SPI總線和處理器連接，能較好地滿足本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集工作。TLC2543可以用MAXIM的REF02作為電壓基準(zhǔn)源，REF02其輸出為+5V，穩(wěn)定穩(wěn)定性為3ppm/℃。
3)通信電路電路中由單片機(jī)(下位機(jī))負(fù)責(zé)與PC(上位機(jī))的通信。通過計(jì)算機(jī)軟件向下位機(jī)發(fā)送指令，單片機(jī)執(zhí)行指令后，將采集到的電壓量發(fā)送給上位機(jī)。在工作的過程中，上位機(jī)發(fā)送頻率命令給下位機(jī)，下位機(jī)控制產(chǎn)生相應(yīng)的頻率信號(hào)，同時(shí)將這個(gè)頻率下的、用來表征壓電陶瓷換能器導(dǎo)納特性的三路電壓量采集并反饋給上位機(jī)。系統(tǒng)采用美國ATMEL公司的AT89C51作為下位機(jī)，通過AT89C51的串行口和上位機(jī)通信。由于計(jì)算機(jī)串行口用的是RS232電平，而AT89C51則是CMOS電平，中間需要用美國MAXIM公司的MAX232實(shí)現(xiàn)其電平轉(zhuǎn)換功能。MAX232只需要+5V單電源工作，使用方便。
下位機(jī)和上位機(jī)的波特率必須一致才能夠通信，由于數(shù)據(jù)量不大，因此采用典型傳輸速率9600bps就可以。AT89C51的波特率通過其內(nèi)部的定時(shí)器設(shè)定，其外部晶振頻率使用11.0592MHz(9600的整數(shù)倍)，設(shè)置寄存器TH1＝0xFD就可以設(shè)置波特率為9600bps。
3.軟件設(shè)計(jì)本發(fā)明的軟件部分由Microsoft Visual C++6.0編寫。在window2000或更高的版本上運(yùn)行。軟件按功能可以分為三部分1)數(shù)據(jù)通信功能將操作者的命令發(fā)送給下位機(jī)，同時(shí)從下位機(jī)接受反饋回來的數(shù)據(jù)。命令通過計(jì)算機(jī)的串行口(COM1、COM2、COM3、COM4)發(fā)送給下位機(jī)。在Visual C++中，通過Windows API函數(shù)完成與下位機(jī)的通信。其主要所用的函數(shù)介紹如下CreateFile打開串行口 SetCommState設(shè)置串口波特率PurgeComm清空串行口的緩沖區(qū) WriteFile 向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)ReadFile從下位機(jī)接收數(shù)據(jù)。
上位機(jī)和下位機(jī)以主從方式工作，上位機(jī)發(fā)送命令，下位機(jī)反饋數(shù)據(jù)。上位機(jī)發(fā)送頻率命令，命令的結(jié)尾以“H”為標(biāo)志，當(dāng)下位機(jī)接收到“H”后，執(zhí)行命令，即輸出相應(yīng)頻率正弦信號(hào)，然后等待0.5秒后，采集A/D變換的結(jié)果并發(fā)送給上位機(jī)，其結(jié)果為12個(gè)字符的字符串，分別代表著三個(gè)電壓值(每四個(gè)字符代表一個(gè)電壓值)。所有的數(shù)據(jù)均以ASCII碼的形式傳輸，即把頻率和電壓均按位轉(zhuǎn)換成ASCII碼之后才發(fā)送出去。因此在上位機(jī)和下位機(jī)上，都有ASCII碼與二進(jìn)制碼之間進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換的子程序。
2)用戶界面用戶可以在軟件上選擇支路串聯(lián)電阻的大小，以及掃描的起始頻率，掃描的終止頻率，掃描時(shí)的頻率步進(jìn)等等。用戶界面還包括圖形顯示窗口，數(shù)據(jù)保存和圖形打印輸出的人機(jī)操作接口，以及測(cè)量結(jié)果的顯示等等。用戶界面請(qǐng)參考圖5。
用戶首先選擇與設(shè)備相連接的計(jì)算機(jī)串行口號(hào)，點(diǎn)擊 然后從鍵盤輸入輸出頻率掃描的起始頻率、終止頻率、頻率步進(jìn)， 再點(diǎn)擊 系統(tǒng)即開始進(jìn)行掃描，并以每點(diǎn)0.6秒的速度，在左邊的G-B坐標(biāo)上，從原點(diǎn)開始，按順時(shí)針方向繪出所測(cè)量壓電陶瓷換能器的導(dǎo)納圓。同時(shí)在右邊的坐標(biāo)上作出G-F圖和B-F圖。(G導(dǎo)納實(shí)部，單位為ms；B導(dǎo)納虛部，單位為ms；F頻率，單位為Hz)。掃描過程中可以點(diǎn)擊“停止”來終止掃描。掃描過程中的頻率值、相位差、導(dǎo)納實(shí)部、導(dǎo)納虛部這些數(shù)據(jù)均在屏幕上實(shí)時(shí)顯示出來，并同時(shí)保存在一個(gè)類成員變量中。
掃描完畢后，用戶可以點(diǎn)擊屏幕坐標(biāo)系上的任一點(diǎn)，程序自動(dòng)讀出并顯示所點(diǎn)擊處的坐標(biāo)值。
程序分析得出的參數(shù)結(jié)果顯示在屏幕的右上角。
3)數(shù)據(jù)處理功能包括作圖、數(shù)據(jù)分析、參數(shù)提取、打印輸出、數(shù)據(jù)保存等等功能。在檢測(cè)的過程中，實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)在G-B坐標(biāo)和G-F、B-F坐標(biāo)上顯示出來，由于坐標(biāo)大小不能改變，因此程序會(huì)對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)作歸一化處理，即根據(jù)實(shí)測(cè)到的導(dǎo)納值自動(dòng)選取坐標(biāo)刻度。
當(dāng)所有的數(shù)據(jù)檢測(cè)完畢后，通過尋優(yōu)算法將所獲得的圖形擬合成一個(gè)規(guī)則的圓，然后就可以分析出壓電陶瓷換能器的參數(shù)。作圖完畢之后，軟件會(huì)根據(jù)有關(guān)壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓的理論，計(jì)算出換能器的各項(xiàng)參數(shù)，例如共振點(diǎn)頻率、靜電容(C0)、動(dòng)態(tài)阻抗(R1、C1、L1)、機(jī)電耦合系數(shù)、等效頻寬、機(jī)械品質(zhì)因素Q等等。
本發(fā)明所述的技術(shù)方案針對(duì)壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓的檢測(cè)有很多優(yōu)勢(shì)精度高、針對(duì)性強(qiáng)，使用簡單、快捷；而且連接上筆記本式電腦就可以可以直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)；更重要的是和進(jìn)口儀器相比其成本非常低廉，具有很大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
圖1(a)是壓電陶瓷換能器的符號(hào)，圖1(b)是壓電陶瓷換能器共振頻率附近集總等效電路。C0為靜態(tài)電容，L1為動(dòng)態(tài)電感，C1為動(dòng)態(tài)電容，R1為動(dòng)態(tài)電阻。
圖2是檢測(cè)電路的基本原理示意圖。R為電源內(nèi)阻，uA為正弦信號(hào)源電壓，uB為支路串聯(lián)電阻電壓，RM為支路串聯(lián)電阻，L為壓電陶瓷換能器換能器，Us為正弦信號(hào)源。
圖3是信號(hào)運(yùn)算電路原理示意圖。其中uA為激勵(lì)電源電壓，uB為支路串聯(lián)電阻電壓，RM為支路串聯(lián)電阻；UAM為uA的峰值，UBM為uB的峰值，Uxm為uX的峰值，Uym為uy的峰值；Ka、Kb、Km、Ko為比例系數(shù)；Uo為uxy放大Ko倍之后低通濾波后的電壓值。
圖4是正弦信號(hào)峰值檢波電路，用于檢測(cè)出正弦信號(hào)的正峰值電壓。其中IC1、IC2為運(yùn)算放大器。
圖5是程序的用戶界面，界面上面部分的左邊是用戶操作部分；界面上面部分的右邊是參數(shù)顯示部分；界面的下邊是圖形顯示部分。
圖6是電路的原理圖，有關(guān)電路技術(shù)方案的具體細(xì)節(jié)都體現(xiàn)在圖中。
圖7是電路的PCB圖(印刷電路圖)，圖上的元件符號(hào)與圖6的原理圖一致。
圖8是根據(jù)本技術(shù)方案設(shè)計(jì)的樣機(jī)對(duì)一個(gè)壓電陶瓷換能器的導(dǎo)納圓測(cè)量結(jié)果。
圖9是進(jìn)口儀器HP4192A對(duì)圖8中所測(cè)的換能器的測(cè)量結(jié)果。
方案的實(shí)施分為四個(gè)部分電路原理圖、電路PCB(印刷電路板)圖、單片機(jī)(下位機(jī))程序、PC機(jī)(上位機(jī))程序。
1.電路原理圖
原理圖請(qǐng)參考圖6，IC1為單片機(jī)AT89C51，IC2為AD7008AP20。AT89C51通過P0.0、P0.1、P0.2三個(gè)口控制AD7008 AP20。AD7008AP20為工業(yè)級(jí)，外接晶振最大為20MHz，由于晶振直接影響到其輸出頻率的精度，因此要使用精度比較高的晶振，最好是恒溫晶振。
AD7008輸出的正弦信號(hào)的幅度由R1、R2、R3三個(gè)電阻決定，其滿幅度輸出電流的計(jì)算公式如下IOUTFULL-SCALE=6233×VREFR3]]>其中VREF＝1.27V(內(nèi)部參考電壓)當(dāng)取RSET＝390Ω、R1＝R2＝39.9Ω時(shí)，其輸出信號(hào)的幅值約為1V。其輸出電壓經(jīng)過運(yùn)放差分(IC10/NE5534)放大之后，其輸出電壓幅值為5V。由于NE5534的內(nèi)阻較大，不能用于功率較大的輸出，如果需要較大功率，需要使用功率運(yùn)放，例如LM3886等。
IC17(NE5534)、IC12(LM6171)、IC13(LF411)用于測(cè)量uA的峰值；IC18(NE5534)、IC14(LM6171)、IC15(LF411)用于測(cè)量uB(uA、uB的定義請(qǐng)參考圖2或圖3)的峰值。R9、R34、R35和開關(guān)SW1、SW2用于調(diào)節(jié)換能器支路串聯(lián)電阻的大小。IC17、IC18為正向放大電路，其中IC17放大倍數(shù)Ka＝1.5，IC18放大倍數(shù)Kb＝2(Ka、Kb的定義請(qǐng)參考圖3)。
IC3為四象限模擬乘法器AD633，其輸出對(duì)輸入的運(yùn)算公式為W=(X1-X2)(Y1-Y2)10V+Z]]>這里X2＝Y(jié)2＝Z＝0，Km＝1/10。IC16(NE5534)為正向放大電路，其放大倍數(shù)Ko＝5(Km、Ko的定義請(qǐng)參考圖3)。放大后的電壓經(jīng)過低通濾波后得到直流分量，采用RC濾波方式，時(shí)間常數(shù)取0.01秒(R＝100Ω、C＝100μF)。
根據(jù)圖3，Uxm，Uym，Uo三部分電壓經(jīng)過A/D變換器TLC2543采集進(jìn)來，換能器的阻抗或?qū)Ъ{的計(jì)算公式如下(其中R10＝3K、R11＝2K)UAMUBM=UxmUym·KbKa·R10+R11R11=UxmUym·103]]> 將上式 和Cos代入到下面兩式中，就可以得到換能器在當(dāng)前頻率下阻抗的實(shí)部和虛部 (RM為換能器支路串聯(lián)電阻值，對(duì)應(yīng)圖6中R9、R34、R35) 將R值和X值代入到下式中，就可得到換能器在當(dāng)前頻率下導(dǎo)納的實(shí)部G和虛部BY=1Z=RR2+X2+jXR2+X2=G+jB]]>串行通信中用MAX232作RS-232電平與CMOS電平之間的轉(zhuǎn)換，串行通信只需要三條線和PC的九針串口連接就可以進(jìn)行全雙工通信，分別是TXD、RXD、GND。
電路板的電源由變壓器提供，因?yàn)樾枰袃陕冯娫?，分別提供正電壓和負(fù)電壓，因此選用帶中間抽頭的雙15V變壓器，變壓器的輸出端經(jīng)過1A600V的整流橋堆后變成直流，然后用1000μF/50V的電容濾波，出來的電壓再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器7815、7915、7805之后就可以給芯片供電。
系統(tǒng)中涉及到模擬放大電路的，其相關(guān)電阻都需要使用精密電阻，才可以保證放大的倍數(shù)是準(zhǔn)確的。系統(tǒng)中需要用0.1％精度的電阻有R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R13、R14、R16、R17、R31、R32、R34、R35；系統(tǒng)中需要用0.5％精度的精密電阻有R1、R2、R3。
2.電路印刷電路圖(PCB圖)PCB圖請(qǐng)參考圖7，其中深色的線條為頂層走線(TopLayer)，淺色的線條為底層走線(BottomLayer)。除了AD7008外所有的芯片均采用雙列直插式封裝。AD7008為PLCC44封裝，為了便于調(diào)試，采用了PLCC插座。
PCB圖分為三個(gè)部分，最上面為電源部分，包括三個(gè)三端穩(wěn)壓器和一個(gè)整流橋堆及相關(guān)的濾波電容，所有的三端穩(wěn)壓器都需要加散熱片。電源部分下面的左邊是數(shù)字電路部分，右邊是模擬電路部分，PCB圖設(shè)計(jì)采用了數(shù)字模擬分區(qū)布線的方式，其中AD7008和TLC2543既涉及到模擬電路，又涉及到數(shù)字電路，因此將它們放置在模擬部分和數(shù)字部分的交界處，這樣做可以盡可能地減少干擾。由于電路中既有模擬電路，也有數(shù)字電路，為提高抗干擾能力，需要避免數(shù)字回路和模擬回路的疊加。
3.單片機(jī)程序AT89C51使用8051內(nèi)核，并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了FLASH程序存貯器。程序用Franklin C51編譯，其主程序如下，注釋請(qǐng)參考程序右邊
<pre listing-type="program-listing">#include″reg51.h″/*編譯器提供的寄存器定義頭文件*/unsigned char recieve；unsigned char buffer[8]；unsigned char buffer_pointer＝0；char send_buffer[12]；unsigned char send_buf_pointer＝0；unsigned long ad7008_reg；#include″delay.h″#include″ad70082.h″ /*和AD7008操作相關(guān)的頭文件*/#include″ad.h″ /*和TLC2543操作相關(guān)的頭文件*/#include″math.h″bit flag1＝0；unsigned long freq＝0；unsigned int ad_channel1；unsigned int ad_channel2；unsigned int ad_channel3；sbit red_led＝P0^5；void delay_time(unsigned int n)； /*延時(shí)子程序*/void convert_char_to_freq()；/*將表示頻率的ASCII碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的子程序*/void convert_ad_result_to_char()； /*將AD變換的二進(jìn)制結(jié)果轉(zhuǎn)換成ASCII碼的子程序*/void main() /*主程序*/{int s；red_led＝0；SCON＝0x50； /*方式1，允許接受*/TMOD＝0x20；/*定時(shí)器1定時(shí)方式，方式2(具有自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器*/TH1＝0xFD；ET1＝0； /*定時(shí)器1溢出中斷禁止*/TR1＝1；/*啟動(dòng)定時(shí)器*/ES＝1；/*串行口中斷允許*/EA＝1； /*總允許中斷*/AD_CS＝1；while(1){if(flag1){ flag1＝0； convert_char_to_freq()； /*將接收的的頻率字符串轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)*/ output_ad7008(freq)； /*輸出頻率*/ delay_time(50)； /*延時(shí)0.5秒*/ ad_channel1＝0； tlc2543()； for(s＝0；s＜3；s++){ /*采集第一路電壓量*/ delay_time(3)； ad_out_byte＝0； tlc2543()； ad_channel1+＝ad_result；}<dp n="d10"/>ad_channel1/＝3； /*變換三次求平均值*/ad_channel2＝0；ad_out_byte＝0x10；tlc2543()；for(s＝0；s＜3；s++){ /*采集第二路電壓量*/ delay_time(3)； ad_out_byte＝0x10； tlc2543()； ad_channel2+＝ad_result； } ad_channel2/＝3； /*變換三次求平均值*/ ad_channel3＝0； ad_out_byte＝0x20； tlc2543()； for(s＝0；s＜3；s++){ /*采集第三路電壓量*/ delay_time(3)； ad_out_byte＝0x20； tlc2543()； ad_channel3+＝ad_result； } ad_channel3/＝3； /*變換三次求平均值*/ convert_ad_result_to_char()；/*將AD變化后的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成ASCII碼字符串*/ SBUF＝send_buffer[send_buf_pointer++]；/*向上位機(jī)發(fā)送AD變換后的數(shù)據(jù)*/ } }}void serial(void)interrupt 4 /*串行口接收與發(fā)送數(shù)據(jù)子程序*/{ if(TI){TI＝0；if(send_buf_pointer＜12)SBUF＝send_buffer[send_buf_pointer++]；/*發(fā)送12位字符串?dāng)?shù)據(jù)*/return； } if(RI){ RI＝0； recieve＝SBUF； /*接受頻率控制字*/ if(recieve?。健銱′)buffer[buffer_pointer++]＝recieve；/*字符串以‘H’結(jié)束*/ elseflag1＝l； return；}}void delay_time(unsigned int n) /*延時(shí)子程序，延時(shí)0.01×n秒*/{unsigned int i；unsigned int s＝711*n；for(i＝0；i＜s；i++){}<dp n="d11"/>}void convert_char_to_freq()/*將表示頻率的ASC碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的子程序*/{inti；freq＝0；for(i＝buffer_pointer-1；i＞＝0；i--){ freq+＝((buffer[i]-48)*pow(10，buffer_pointer-1-i))；}buffer_pointer＝0；}void convert_ad_result_to_char() /*將AD變換的二進(jìn)制結(jié)果轉(zhuǎn)換成ASCII碼的子程序*/{send_buf_pointer＝0；send_buffer
＝ad_channel1/1000+48；/*第一路電壓量轉(zhuǎn)換*/send_buffer[1]＝(ad_channel1％1000)/100+48；send_buffer[2]＝(ad_channel1％100)/10+48；send_buffer[3]＝ad_channel1％10+48；send_buffer[4]＝ad_channel2/1000+48；/*第二路電壓量轉(zhuǎn)換*/send_buffer[5]＝(ad_channel2％1000)/100+48；send_buffer[6]＝(ad_channel2％100)/10+48； send_buffer[7]＝ad_channel2％10+48；send buffer[8]＝ad_channel3/1000+48；/*第三路電壓量轉(zhuǎn)換*/send_buffer[9]＝(ad_channel3％1000)/100+48；send_buffer[10]＝(ad_channel3％100)/10+48；send_buffer[11]＝ad_channel3％10+48；}</pre>4.上位機(jī)程序系統(tǒng)上位機(jī)程序編譯環(huán)境為Microsoft Visual C++6.0。程序在MFC的Dialog結(jié)構(gòu)框架下編寫。由于MFC自動(dòng)生成的文件比較多，因此只介紹程序的核心部分，程序注釋請(qǐng)參考程序右邊“/* */”內(nèi)文字。
打開串口的程序如下(串口設(shè)置為9600bps、8位數(shù)據(jù)、1位停止位、無校驗(yàn)位)<pre listing-type="program-listing">void CSerialDlg∷OnOpenSerialPort(){//TODOAdd your control notification handler code hereCSerialDlg∷UpdateData(1)；switch(m_port_com_select){/*串口打開程序*/case 0hCom＝CreateFile(″COM1″，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，0，NULL，OPEN_EXISTING，F(xiàn)ILE_ATTRIBUTE_NORMAL，NULL)；if(hCom＝INVALID_HANDLE_VALUE)MessageBox(″串口1打開錯(cuò)誤！″)；else m_is_serial_port_open＝1；break；case1hCom＝CreateFile(″COM2″，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE， 0，NULL，OPEN_EXISTING，F(xiàn)ILE_ATTRIBUTE_NORMAL，NULL)；<dp n="d12"/>if(hCom＝INVALID_HANDLE_VALUE)MessageBox(″串口2打開錯(cuò)誤！″)；else m_is_serial_port_open＝1；break；case2hCom＝CreateFile(″COM3″，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，0，NULL，OPEN_EXISTING，F(xiàn)ILE_ATTRIBUTE_NORMAL，NULL)；if(hCom＝INVALID_HANDLE_VALUE)MessageBox(″串口3打開錯(cuò)誤!″)；else m_is_serial_port_open＝1；break；case 3hCom＝CreateFile(″COM4″，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，0，NULL，OPEN_EXISTINGFILE_ATTRIBUTE_NORMAL，NULL)；if(hCom＝INVALID_HANDLE_VALUE)MessageBox(″串口4打開錯(cuò)誤!″)；else m_is_serial_port_open＝1；break；}DCB dcb； /*以下均為串口設(shè)置程序*/BOOL m_error；m_error＝GetCommState(hCom，&amp;dcb)；if(！m_error)MessageBox(″Get Comm State Error!″)；dcb.BaudRate＝CBR_9600；dcb.ByteSize＝8；dcb.Parit＝NOPARITY；dcb.StopBits＝ONESTOPBIT；m_error＝SetCommState(hCom，&amp;dcb)；if(！m_error)MessageBox(″Set Comm State Error！″)；m_error＝SetCommMask(hCom，EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY)；if(！m_error)MessageBox(″Set Comm Mask Error！″)；m_error＝SetupComm(hCom，0，0)；if(！m_error)MessageBox(″Setup Comm Error！″)；m_error＝PurgeComm(hCom，PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR)；if(！m_error)MessageBox(″Purge Comm Error！″)；COMMTIMEOUTS m_com_time；m_com_time.ReadIntervalTimeout＝1000；m_com_time.ReadTotalTimeoutConstant＝0；m_com_time.ReadTotalTimeoutMultiplier＝0；m_com_time.WriteTotalTimeoutConstant＝2；m_com_time.WriteTotalTimeoutMultiplier＝25；m_error＝SetCommTimeouts(hCom，&amp;m_com_time)；if(！m_error)MessageBox(″Set Comm Timeouts Error！″)；}</pre> 按鈕的工作程序如下<pre listing-type="program-listing">void CSerialDlg∷OnStartWork(){//TODOAdd your control notification handler code hereCSerialDlg∷UpdateData(1)；/*從人機(jī)界面獲取輸入值*/<dp n="d13"/>if(m_is_serial_port_open＝0){MessageBox(″目前沒有可用的串口，請(qǐng)打開一個(gè)串口！″)；return；}if(m_ceramic_select?。?&amp;&amp;m_ceramic_select?。?){MessageBox(″請(qǐng)選擇測(cè)量儀器檔位!″)；return；}if(m_frequency_start＝″″){MessageBox(″請(qǐng)?jiān)O(shè)定起始頻率！″)；return；}if(m_frequency_end＝＝″″){MessageBox(″請(qǐng)?jiān)O(shè)定終止頻率！″)；return；}if(m_frequency_grads＝0){MessageBox(″請(qǐng)選擇頻率步距！″)；return；}if(m_ceramic_select＝0){/*確定坐標(biāo)系刻度*/switch(m_coordinate_scale){case 0m_gain_value＝100； break；case 1m_gain_value＝50；break；case 2m_gain_value＝20；break；}}if(m_ceramic_select＝1){switch(m_coordinate_scale){case 0m_gain_value＝10；break；case 1m_gain_value＝5； break；case 2m_gain_value＝2； break；}}m_output_frequency＝m_frequency_start；int length；int i；length＝m_frequency_start.GetLength()；m_output_freq_low_long＝0；for(i＝0；i＜length；i++){ /*將頻率的ASCII碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)*/m_output_freq_low_long+＝(m_frequency_start[i]-48)*pow(10，length-1-i)；}m_frequency_start_long＝m_output_freq_low_long；length＝m_frequency_end.GetLength()；m_output_freq_high_long＝0；for(i＝0；i＜length；i++){m_output_freq_high_long+＝(m_frequency_end[i]-48) *pow(10，length-1-i)；}m_last_cos_fi＝0； /*一些量的初始化*/m_cos_fi＝0；m_flag1＝1； /*標(biāo)識(shí)導(dǎo)納虛部的符號(hào)變化*/m_max_cos_fi＝0；m_data_pointer＝0；m_frequency_add_times＝0；CSerialDlg∷OnClearScreen()；pain_pic()；CDC*pdc；pdc＝GetDlgItem(IDC_GRAPH)-＞GetDC()；<dp n="d14"/>pdc-＞TextOut(302，134，m_frequency_start)；/*在坐標(biāo)上顯示頻率起始和終止值*/pdc-＞TextOut(660，134，m_frequency_end)；float ss＝(m_output_freq_high_long-m_output_freq_low_long) /m_ frequency_grads；m_x_axis_nterval＝400/ss；SetTimer(ID_CLOCK_TIMER，600，NULL)；/*設(shè)定程序開始掃描的定時(shí)器*/}</pre>程序進(jìn)行頻率掃描繪圖的工作程序如下(程序掃描的時(shí)間間隔由定時(shí)器產(chǎn)生)<pre listing-type="program-listing">void CSerialDlg∷OnTimer(UINT nIDEvent){//TODOAdd your message handler code here and/or call defaultif(nIDEvent＝ID_INIT_TIMER){/*有關(guān)程序啟動(dòng)畫面的，與掃描無關(guān)*/ KillTimer(ID_INIT_TIMER)； m_init_dlg.EndDialog(1)； return；}char lpBuffer[20]；int i；DWORD lpNumberOfBytesRead；DWORD dwbyteswritten；for(i＝0；i＜10；i++)lpBuffer[i]＝0；unsigned int m_number；CString send＝m_output_frequency；m_frequency_now＝m_output_frequency；CString end(″H″)；int length＝m_output_frequency.GetLength()；PurgeComm(hCom，PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR)；/*清空串口緩沖區(qū)*/WriteFile(hCom，send，length，&amp;dwbyteswritten，NULL)；/*向串口發(fā)送頻率控制字*/WriteFile(hCom，end，1，&amp;dwbyteswritten，NULL)；/*向串口發(fā)送頻率控制字結(jié)束字符*/ReadFile(hCom，&amp;lpBuffer，12，&amp;lpNumberOfBytesRead，NULL)；/*讀取串口數(shù)據(jù)*/PurgeComm(hCom，PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR)；/*清空串口緩沖區(qū)*/m_number＝(lpBuffer
-48)*1000+(lpBuffer[1]-48)*100+ /*計(jì)算三路電壓值*/(lpBuffer[2]-48)*10+(lpBuffer[3]-48)；m_voltage1＝((float)m_number/4095)*5.003；m_number＝(lpBuffer[4]-48)*1000+(lpBuffer[5]-48)*100+(lpBuffer[6]-48)*10+(lpBuffer[7]-48)；m_voltage2＝((float)m_number/4095)*5.003；m_number＝(lpBuffer[8]-48)*1000+(lpBuffer[9]-48)*100+(lpBuffer[10]-48)*10+(lpBuffer[11]-48)；m_voltage3＝((float)m_number/4095)*5.003；if(m_ceramic_select＝0){ /*計(jì)算100歐姆支路電阻的阻抗值和導(dǎo)納值*/m_last_cos_fi＝m_cos_fi；m_cos_fi＝4*m_voltage1/(m_voltage2*m_voltage3)；m_uam_ubm＝(m_voltage3*10)/(3*m_voltage2)；if(m_cos_fi＞1)m_cos_fi＝1；m_R＝100*(m_uam_ubm*m_cos_fi-1)；m_X＝100*m_uam_ubm*sqrt(1-(m_cos_fi*m_cos_fi))；<dp n="d15"/>m_G＝1000*m R/(m_R*m_R+m_X*m_X)；m_B＝1000*m_X/(m_R*m_R+m_X*m_X)；} else{m_last_cos_fi＝m_cos_fi；/*計(jì)算150歐姆支路電阻的阻抗值和導(dǎo)納值*/m_cos_fi＝4*m_voltage1/(m_voltage2*m_voltage3)；m_uam_ubm＝(m_voltage3*10)/(9*m_voltage2)；/*計(jì)算公式與100歐姆有些區(qū)別*/if(m_cos_fi＞1)m_cos_fi＝1；m_R＝150*(m_uam_ubm*m_cos_fi-1)；m_X＝150*m_uam_ubm*sqrt(1-(m_cos_fi*m_cos_fi))；m_G＝1000*m_R/(m_R*m_R+m_X*m_X)；m_B＝1000*m_X/(m_R*m_R+m_X*m_X)；}if(m_cos_fi＞m_max_cos_fi){m_max_cos_fi＝m_cos_fi；m_syntonic_b＝m_B；m_syntonic_g＝m_G；m_syntonic_r＝m_R；m_syntonic_x＝m_X；m_syntonic_freq＝m_frequency_now；}if(m_flag1){ /*確定導(dǎo)納虛部的符號(hào)*/if(m_cos_fi＜m_last_cos_fi&amp;&amp;m_cos_fi＞＝0.9){m_B＝-m_B；m_flag1＝0；}}else m_B＝-m_B；m_data[m_data_pointer].m_frequency＝m_utput_frequency； /*將數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)類成員變量中*/m_data[m_data_pointer].m_voltage1＝m_voltage1；m_data[m_data_pointer].m_voltage2＝m_voltage2；m_data[m_data_pointer].m_voltage3＝m_voltage3；m_data[m_data_pointer].m_cos_fi＝m_cos_fi；m_data[m_data_pointer].m_uam_ubm＝m_uam_ubm；m_data[m_data_pointer].m_R＝m_R；m_data[m_data_pointer].m_X＝m_X；m_data[m_data_pointer].m_G＝m_G；m_data[m_data_pointer].m_B＝m_B；m_data_pointer++；CDC*pdc；pdc＝GetDlgItem(IDC_GRAPH)-＞GetDC()；/*以下均為繪圖程序*/if(m_ceramic_select＝＝0){pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B)+1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B)，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B)-1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)，(int)(130-m_gain_value*m_B)+1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)，(int)(130-m_gain_value*m_B)，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)，(int)(130-m_gain_value*m_B)-1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B)+1，RGB(255，0，255))；<dp n="d16"/>pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B)，RGB(255，0，25<br/>5))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)+1，(int)(130-m_gain_value* m_B)-1，RGB(255，0，2<br/>55))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)-1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_va1ue*m_G/2)，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-l，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)+1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)-1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)+1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)-1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+l，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)+1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)-1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)+1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)-1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)+1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)-1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)+1，RGB(0，0，255))；}else{pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B)+1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B)，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B)-1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)，(int)(130-m_gain_value* m_B)+1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)，(int)(130-m_gain_value*m_B)，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)，(int)(130-m_gain_value*m_B)-1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B)+1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B)，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(m_gain_value*m_G+10)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B)-1，RGB(255，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_val<dp n="d17"/>ue*m_G/2)-1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_val<br/>ue*m_G/2)，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_timgs)-1，(int)(130-m_gain_val<br/>ue*m_G/2)+1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value<br/>*m_G/2)-1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_fequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_fequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)+1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)-1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_G/2)+1，RGB(255，0，0))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)-1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)-1，(int)(130-m_gain_alue*m_B/2)+1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_fequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)-1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_fequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)+1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)-1，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)，RGB(0，0，255))；pdc-＞SetPixel((int)(300+m_x_axis_interval*m_frequency_add_times)+1，(int)(130-m_gain_value*m_B/2)+1，RGB(0，0，255))；} /*繪圖程序到此為止*/CSerialDlg∷UpdateData(0)；m_output_freq_low_ong+＝m_frequency_grads；m_frequency_add_times++；if(m_output_feq_low_long＞m_output_freq_high_long)KillTimer(ID_CLOCK_TIMER)；/*判斷掃描是否結(jié)束*/char cc[6]；for(i＝0；i＜8；i++)cc[i]＝0； /*計(jì)算下次掃描過程中的下一個(gè)點(diǎn)的頻率*/cc
＝m_output_freq_low_long/100000+48；cc[1]＝m_output_freq_low_long％100000/10000+48；cc[2]＝m_output_freq_low_long％10000/1000+48；cc[3]＝m_output_freq_low_long％1000/100+48；cc[4]＝m_output_freq_low_long％100/10+48；cc[5]＝m_output_freq_low_long％10+48；while(cc
＝＝′0′){for(i＝1；i＜6；i++){ cc[i-1]＝cc[i]；}cc[i-1]＝0；}m_output_frequency＝cc；CDialog∷OnTimer(nIDEvent)；<dp n="d18"/>}</pre>程序中進(jìn)行數(shù)據(jù)保存的程序如下<pre listing-type="program-listing">void CSerialDlg∷OnSaveData(){//TODOAdd your control notification handler code hereCString path，name；CString save_data＝″frequency(Hz)\tCos(fi)\tG(ms)\t\tB(ms)\t\tR(ohm)\t\tX(ohm)\n″；/*數(shù)據(jù)表格的類目*/CString tmp；if(m_data_pointer！＝0){ /*將掃描中的所有數(shù)據(jù)存到字符串中*/for(inti＝0；i＜m_data_pointer；i++){ save_data+＝m_data[i].m_frequency； save_data+＝″\t\t″； tmp.Format(″％f″，m_data[i].m_cos_fi)； save_data+＝tmp； save_data+＝″\t″； tmp.Format(″％f″，m_data[i].m_G)； save_data+＝tmp； save_data+＝″\t″； tmp.Format(″％f″，m_data[i].m_B)； save_data+＝tmp； save_data+＝″\t″； tmp.Format(″％f″，m_data[i].m_R)； save_data+＝tmp； save_data+＝″\t″； tmp.Format(″％f″，m_data[i].m_X)； save_data+＝tmp； save_data+＝″\n″；}}save_data+＝″\n″；tmp＝″Syntonic F(Hz) Cos(fi) G(ms) B(ms) R(ohm) X(ohm)\n″；/*諧振點(diǎn)數(shù)據(jù)的表格類目*/save_data+＝tmp； /*以下為諧振點(diǎn)的數(shù)據(jù)*/save_data+＝m_syntonic_freq；save_data+＝″ \t″；tmp.Format(″％f″，m_max_cos_fi)；save_data+＝tmp；save_data+＝″\t″；tmp.Format(″％f″，m_syntonic_g)；save_data+＝tmp；save_data+＝″\t″；tmp.Format(″％f″，m_syntonic_b)；save_data+＝tmp；save_data+＝″\t″；tmp.Format(″％f″，m_syntonic_r)；save_data+＝tmp；save_data+＝″\t″；tmp.Format(″％f″，m_syntonic_x)；<dp n="d19"/>save_data+＝tmp；save_data+＝″\n″；CFileDialog_dlg(true，″RTF″，NULL，OFN_OVERWRITEPROMPT，NULL，NULL)；/*打開程序保存對(duì)話框，將數(shù)據(jù)保存到一個(gè)文件中*/if(dlg.DoModal()＝IDOK){ path＝dlg.GetPathName()； name＝dlg.GetFileName()； FILE*FileHandlele＝fopen(path.GetBuffer(0)，″wb″)； fwrite(save_data.GetBuffer(0)，save_data.GetLength()，1，F(xiàn)ileHandle)； fclose(FileHandle)；}}</pre>將鼠標(biāo)點(diǎn)擊處的坐標(biāo)值顯示出來的子程序如下<pre listing-type="program-listing">void CSerialDlg∷OnMouseMove(UINT nFlags，CPoint point){//TODOAdd your message handler code here and/or call defaultif((nFlags&amp;MK_LBUTTON)＝MK_LBUTTON){ if(m_ceramic_select＝＝0){/*測(cè)量檔位1*/ if(point.x＜303){/*鼠標(biāo)點(diǎn)擊處為坐標(biāo)左半部分*/ m_pointer_g＝((float)point.x-13)/m_gain_value； m_pointer_b＝(375-(float)point.y)/m_gain_value； m_pointer_f＝0；}if(point.x＞303){ /*鼠標(biāo)點(diǎn)擊處為坐標(biāo)右半部分*/ m_pointer_g＝(375-(float)point.y)*2/m_gain_value； m_pointer_b＝(375-(float)point.y)*2/m_gain_value； float_qq＝(float)(m_frequency_grads*(point.x-303)) /m_x_axis_interval； m_pointer_f＝(int)qq+m_frequency_start_long；}}else{if(point.x＜303){/*測(cè)量檔位2，鼠標(biāo)點(diǎn)擊處為坐標(biāo)左半部分*/ m_pointer_g＝((float)point.x-13)/m_gain_value； m_pointer_b＝(375-(float)point.y)/m_gain_value；} if(point.x＞303){/*鼠標(biāo)點(diǎn)擊處為坐標(biāo)右半部分*/ m_pointer_g＝(375-(float)point.y)*2/m_gain_value； m_pointer_b＝(375-(375-(float)point.y)*2/m_gain_value； float_pp＝(float)(m_frequency_grads*(point.x-303))/m_x_axis_interval； m_pointer_f＝(int)pp+m_frequency_start_long；}}CSerialDlg∷UpdateData(0)；}}</pre>
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)壓電陶瓷換能器的導(dǎo)納圓測(cè)量裝置；其特征在于將硬件和PC機(jī)軟件結(jié)合起來，由硬件部分完成換能器導(dǎo)納數(shù)據(jù)采集功能，由軟件部分完成繪圖與數(shù)據(jù)分析功能，兩部分通過計(jì)算機(jī)串行口互相通信。
2.如權(quán)利要求1所述的、壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓圖示儀中導(dǎo)納測(cè)量的基本原理；其特征在于將壓電陶瓷換能器與可變電阻串聯(lián)，通過可變電阻上的電壓值取得支路電流值，從而根據(jù)以下導(dǎo)納計(jì)算公式推導(dǎo)出導(dǎo)納值。換能器阻抗Z=uA-uBuB/RM=RM|uAuB-1|]]>(uA為換能器與電阻RM串聯(lián)支路兩端電壓、uB為電阻RM兩端電壓)設(shè)uA＝KAejwt，uB＝KBej(ωt+)可得UAMUBM=KAKB]]>(UAM為uA的峰值、UBM為uB的峰值)則 式中 (R為阻抗的實(shí)部) (X為阻抗的虛部)換能器的導(dǎo)納Y為Y=1Z=RR2+X2+jXR2+X2=G+jB]]>(G為導(dǎo)納的實(shí)部、B為導(dǎo)納的虛部)
3.如權(quán)利要求1中所述的、壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓圖示儀中硬件部分的、頻率精確可控而且穩(wěn)定的正弦信號(hào)源的設(shè)計(jì)；其特征在于以直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)為基礎(chǔ)，以單片機(jī)做頻率控制，以功率運(yùn)放對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大獲得所需信號(hào)源。
4.如權(quán)利要求1中所述的、壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓圖示儀中硬件部分的運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)；其特征在于通過檢測(cè)支路電壓和串聯(lián)電阻上的電壓的方式獲取換能器的導(dǎo)納數(shù)據(jù)，通過模擬乘法器獲得兩路信號(hào)的相位差，以峰值檢波電路獲得其電壓的峰值。
5.如權(quán)利要求1中所述的、壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓圖示儀中軟件的程序用戶界面的設(shè)計(jì)；其特征在于用戶在軟件上實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制，包括掃描頻率的起始值、終止值、頻率步進(jìn)，導(dǎo)納圓顯示在屏幕下方，所得參數(shù)顯示在屏幕右上方，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊導(dǎo)納圓圖可獲得圖形上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)值。
全文摘要
本發(fā)明是一種涉及物理學(xué)中聲學(xué)領(lǐng)域的、有關(guān)壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓測(cè)量的裝置。壓電陶瓷換能器是聲學(xué)領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生和接收聲的一種裝置。在使用壓電陶瓷換能器之前需要測(cè)出其導(dǎo)納圓以獲得其主要參數(shù)，才可以指導(dǎo)其應(yīng)用。本發(fā)明是針對(duì)壓電陶瓷換能器導(dǎo)納圓測(cè)定的、將硬件和PC機(jī)軟件分析結(jié)合起來的綜合性技術(shù)方案，此方案具有精度高、成本低、使用方便、針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。其硬件部分主要完成導(dǎo)納圓數(shù)據(jù)采集功能，軟件部分主要完成數(shù)據(jù)分析功能，它們之間通過計(jì)算機(jī)串行口進(jìn)行通信。硬件部分主要由信號(hào)發(fā)生電路、運(yùn)算與采集電路、數(shù)據(jù)通信三部分電路構(gòu)成。軟件部分主要由數(shù)據(jù)通信、用戶界面、數(shù)據(jù)處理三部分構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L41/00GK1439884SQ0310512
公開日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2003年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者姚成剛 申請(qǐng)人:姚成剛