准周期信号基2同步数据采集系统的设计

　　2 基于PC总线控制的数据采集系统

　　基于PC总线的同步采样系统框图见图4，它主要由地址译码器、单片机倍频电路、A/D转换器组成。各模块功能如下：

　　地址译码：PC机中用户可使用0300H～031FH地址，采用与非门74LS133对PC总线的地址信号A0～A9译码，端口地址为030FH和030FH。

　　单片机倍频电路：产生同步信号进行同步采样，保证信号截断长度正好是信号周期的整数倍。

　　A/D转换器：采用AD678芯片实现模数转换。AD678是带采样保持器的12位A/D转换器，其精度为2-12=1/4096=0.024%，转换时间为5μs，其工作速率满足采样频率的要求。

　　3 性能及误差分析

　　（1）输入信号上下限频率fxH和fxL的确定

　　当输入信号频率较高时，（3）式中的n取4位二进制，考虑到单片机的中断响应时间需要3～8个T0，因此由（2）式可求得：

Txmin=8х24T0+TP=128μs+TP (7)

　　式（7）中的TP为单片机周期预测所需的时间，设约为72μs。

　　当输入信号频率较低时，（3）式中的n取8位二进制，（4）式中的M可取16位二进制的最大值，因此由（2）式可求得：

Txmax=28х216T0≈16s (8)

　　则由（7）、（8）两式可确定：

fxH≤5kHz和fxH≥0.1Hz

　　(2)误差分析

　　根据（5）式估算的周期值，如果准周期信号的周期变化是均匀的，即遵从匀变速规律，由此引入的误差为0；如果周期变化是非均匀的，则仍会带来一定误差。在许多实际应用场合（如旋转机械的起停过程）周期主要是匀变速或接近匀变速，而少许的偏离经（5）式的修正后影响很小。其它的计数误差和单片机中断引起的误差，可看作系统误差，由单片机修正。

　　本文介绍的准周期信号同步数据采集系统，借助单片机的周期预测功能，对准周期信号智能倍频，从而实现整周期基2同步采样，进而大大消除频谱分析中的泄漏误差和栅栏效应，在机械故障诊断、信号测试等相关领域具有很强的实用性。