一种基于单片机的交流频率检测系统

2.1 模拟电路部分的设计

图2为模拟部分原理。下面主要阐述该电路的工作原理：

图2 模拟部分原理图

考虑到交流信号中可能含有一定的直流信号，而直流信号会引起交流波形的上移或下移，这可能会导致原有交流信号没有零点，这就谈不上过零检测、周期脉冲了，因此要根据交流信号的实际情况，在交流信号的出口处用设个适当的电容，起到隔直的作用。

R1和R2是限流电阻，保护后面的稳压管、二极管、光电耦合器在额定功耗范围内。由于这里的交流信号源选取的是220V市电正弦信号，所以R1和R2的阻值要比较大而且功率要比较大，该系统使用的是 、1W的电阻。

D1和D2是齐纳稳压管，主要作用是限压，保护整流桥的整流二极管使其反向电压在范围之内。该系统选用的稳压管型号是1N4736其稳压范围是 ，远远小于整流二极管的反向耐压。图3为稳压管的端电压（即图1中的Vi1－Vi2）波形。

图3 稳压管的端电压波形

D3是整流桥，将交流电进行全波整流，使电流方向恒定。图4为整流桥两端的电压（即图中的V1-V3）波形。

图4 整流桥的端电压波形

U2是光电耦合器，其作用有二：信号转变功能，将整流后的交流信号转变为脉冲信号；强弱电隔离功能，使强电部分和弱电部分在电气上处于隔离状态，在强电部分发生故障时不会损坏后面的弱电电路包括单片机系统。该系统使用的型号是4N25，有良好的开关特性，而且它的开关时间可以通过基级电阻进行调节，图5为其基级电阻在给定环境下的开关特性[3]。其集电极—发射级的电压（V5）波形，见图6。

图6 光电耦合器（4N25）的集电极—发射级的电压波形

Q1为三级管，作用是将V5的脉冲信号转化为单片机所能识别的高低电平（0－3.3V）。因此Q1必须工作开关状态，即工作在饱和状态和截至状态不断切换的过程中。系统中的电阻R6和R7阻值的选取主要使三级管工作在开关状态。图7为Q1工作在开关状态的几个指标R6上的电流r6[i]=Ib，R7上的电流r7[i]=Ic，V5＝Vbe，V6＝Vce。

图7 三级管的开关特性