巧妙利用數(shù)字鎖相環(huán)測量汽車轉(zhuǎn)速

1、巧妙利用數(shù)字鎖相環(huán)測量汽車轉(zhuǎn)速1前言-鎖相環(huán)路誕生于20世紀(jì)30年代。近年來，鎖相技術(shù)在通信、航天、測量、電視、原子能、電機(jī)控制等領(lǐng)域，可以高性能地完成信號(hào)的提娶信號(hào)的跟蹤與同步，模擬和數(shù)字通信的調(diào)制與解調(diào)、頻率合成、濾波等功能，已經(jīng)成為電子設(shè)備中常用的根本部件之一。為了便于調(diào)整，降低本錢和進(jìn)步可靠性，目前已有多種不同性能的集成鎖相環(huán)電路，主要分為模擬和數(shù)字兩種。-數(shù)字鎖相芯片4046構(gòu)造簡單，接線方便，功能擴(kuò)展容易，在音頻發(fā)生器設(shè)計(jì)、鑒相、頻率合成、壓頻轉(zhuǎn)換等方面獲得廣泛應(yīng)用。本文利用4046的鎖相和壓控振蕩原理，結(jié)合計(jì)數(shù)器的分頻功能，并通過計(jì)數(shù)和譯碼顯示測量不同汽缸汽車的轉(zhuǎn)速。2數(shù)字鎖相環(huán)

2、4046的功能及在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用2.1數(shù)字鎖相環(huán)4046功能簡介-數(shù)字鎖相環(huán)4046包含兩個(gè)相位比擬器，一個(gè)壓控振蕩器V，一個(gè)源極跟隨器和齊納二極管。比擬器有兩個(gè)共用信號(hào)輸入端，一個(gè)是輸入信號(hào)端，一個(gè)是比擬信號(hào)輸入端，對于大幅值信號(hào)，可直接耦合到比擬器輸入端，對于小幅值信號(hào)，可通過電容耦合到放大器上，再送給信號(hào)輸入端。-相位比擬器1是一個(gè)或門，產(chǎn)生相位差信號(hào)相位比擬器1輸出，并在壓控振蕩器的輸出信號(hào)中心頻率處保持90相移不變。只要輸入信號(hào)和比擬信號(hào)占空比都為50%的相位差保持恒定，壓控振蕩器輸出信號(hào)的中心頻率就跟蹤輸入信號(hào)的頻率，這也是鎖相環(huán)鎖相的本質(zhì)。-相位比擬器2是邊緣觸發(fā)的數(shù)字存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，

3、產(chǎn)生相位差信號(hào)相位比擬器2輸出和鎖定信號(hào)相位脈沖輸出，并在壓控振蕩器的輸出信號(hào)中心頻率處保持0相移不變。只要輸入信號(hào)和比擬信號(hào)與占空比無關(guān)的相位差保持恒定，壓控振蕩器輸出信號(hào)的中心頻率就跟蹤輸入信號(hào)的頻率。-壓控振蕩器V產(chǎn)生的信號(hào)從VUT輸出，振蕩頻率由壓控振蕩器輸入信號(hào)VIN和6、7管腳間的電容和11、12管腳上接的電阻共同確定，當(dāng)外圍參數(shù)確定后，振蕩頻率的大小與壓控振蕩器輸入信號(hào)成線性關(guān)系。-源極跟隨器通過外接10k以上的電阻接地。當(dāng)INHIBIT輸入端信號(hào)為高電平時(shí)，就會(huì)屏蔽壓控振蕩器和源極跟隨器來減小功耗。齊納二極管主要起穩(wěn)壓作用。-4046有以下主要特點(diǎn)：-(1)較寬的電源電壓范圍3

4、.018V；-(2)低功耗70A；-(3)振蕩頻率高且穩(wěn)定1.3Hz；-(4)頻率溫度漂移??；-(5)V輸出線性好1%。2.1數(shù)字鎖相環(huán)4046在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用-本設(shè)計(jì)中，傳感器采集汽車打火系統(tǒng)中的電火花信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過限幅、濾波、穩(wěn)壓，送給電壓比擬器的同相輸入端，與反相輸入端的恒定電壓值進(jìn)展比擬，輸出信號(hào)為矩形脈沖，高電平為運(yùn)算放大器的電源電壓值。經(jīng)過處理后的信號(hào)送給數(shù)字鎖相環(huán)4046的輸入信號(hào)端口，采用4046的第二相位比擬器，當(dāng)輸出信號(hào)4管腳的相位與輸入信號(hào)的相位差恒定時(shí)，輸出信號(hào)頻率為輸入信號(hào)頻率的整數(shù)倍。頻率大小取決于相位比擬器的輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波處理后的電壓和6、7管腳間的電容和1

5、1、12管腳上外接的電阻的大校-由以上分析可知道，只要把4018的6管腳輸出接到1管腳DATA端，4018就成為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路連接如圖3所示。-仿真時(shí)，在4018的時(shí)鐘LK端加上頻率為1Hz的方波信號(hào)，觀察輸入信號(hào)Ui和輸出信號(hào)U，波形圖如圖4所示，用軟件所帶測量光標(biāo)測量兩個(gè)信號(hào)的頻率，Ui的頻率恰為U的頻率的6倍，用4018成功地實(shí)現(xiàn)了輸入信號(hào)的6分頻。4.1.24分頻與3分頻的實(shí)現(xiàn)-只要把4018芯片的4管腳接到1管腳DATA端，就可對輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)展4分頻，把第4和第5管腳相與后再接到1管腳DATA端，就可對輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)展3分頻，相應(yīng)的電路連接圖和仿真波形不再贅述。4.24046的

6、鎖相功能和壓控振蕩功能仿真4.2.14046的鎖相功能仿真-4046內(nèi)部有兩個(gè)相位比擬器，本設(shè)計(jì)中使用相位比擬器2，把信號(hào)輸入端14管腳的信號(hào)與比擬輸入端3管腳的信號(hào)進(jìn)展相位比擬，將相位差轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)輸出，此信號(hào)經(jīng)過低通濾波器濾波，作為壓控振蕩器的輸入信號(hào)，只要14管腳和3管腳的信號(hào)相位差恒定，壓控振蕩器的輸入信號(hào)就為定值，壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率就為14管腳信號(hào)頻率的倍數(shù)。實(shí)際電路連接圖如圖5所示。-圖5中，經(jīng)傳感器采集并預(yù)處理過的信號(hào)從信號(hào)輸入端14管腳輸入，壓控振蕩器的輸出信號(hào)4管腳經(jīng)4018分頻后反應(yīng)至比擬信號(hào)輸入端3管腳，鑒相后的信號(hào)從相位比擬器213管腳輸出，此信號(hào)經(jīng)低通濾波處理

7、后送給壓控振蕩器輸入端9管腳，輸出信號(hào)頻率由壓控振蕩器輸入信號(hào)和6、7管腳間的電容1和11、12管腳上的電阻R1、R2決定。-對4046的鎖相功能進(jìn)展仿真時(shí)，從14管腳輸入頻率為60Hz，高電平為電源電壓10V，占空比為1/4的矩形波信號(hào)，從3管腳輸入頻率為60Hz，高電平為電源電壓10V，占空比為1/2的矩形波信號(hào)，二者的相位差是恒定的，從相位比擬器2輸出的信號(hào)濾波后成為直流信號(hào)，送給壓控振蕩器輸入端，相應(yīng)的仿真波形圖如圖6所示。-由上圖可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)和比擬信號(hào)的相位差保持恒定時(shí)，鑒相后的信號(hào)經(jīng)低通濾波處理后為直流信號(hào)，此信號(hào)控制壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率。4.2.24046的壓控振蕩功能仿真-當(dāng)外圍參數(shù)確定后，4046的壓控振蕩器輸出信號(hào)頻率取決于VIN端的直流信號(hào)大校通過設(shè)置不同的輸入直流信號(hào)電壓，觀察輸出信號(hào)波形。所采用的電路連接圖如圖7所示。-分別給VIN端加上1.07.0V的直流電壓，觀察VUT端的輸出信號(hào)波形，所得波形