数字式相位差测量仪说明书

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1、xx大学<<数字相位差测量仪>>课程设计说明书目录绪论……………………………………………………………………1摘要……………………………………………………………………21结构设计与方案选择………………………………………………31.1基于过零检测法的数字式相位差测量仪方法概述……………………41.1.1相位－电压法……………………………………………………41.1.2相位－时间法……………………………………………………51.2方案的比较与选择…………………………………………………62相位－时间法单元电路的原理分析与实现方法…………………62.1前置电路设计与分

2、析………………………………………………62.1.1放大整形电路的分析与实现………………………………………62.1.2锁相倍频电路的分析与实现………………………………………72.2计数器及数显部分的设计与分析……………………………………92.2.1计数器部分的分析与实现…………………………………………92.2.2译码显示部分的分析与实现………………………………………103结论…………………………………………………………………124参考文献……………………………………………………………13附录1：元器件名细表………………………………………………14附录2：相

3、位时间法总体电路原理图………………………………15附录3：相位时间法总体电路PCB板………………………………16附录4：相位时间法总体电路PCB板3D视图……………………1716xx大学<<数字相位差测量仪>>课程设计说明书绪论随着科学技术突飞猛进的发展，电子技术广泛的应用于工业、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。数字相位差测试仪在工业领域中是经常用到的一般测量工具，比如在电力系统中电网并网合闸时，需要两电网的电信号相同，这就需要精确的测

4、量两工频信号之间的相位差。更有测量两列同频信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具备重要意义。相位测量的方法很多，典型的传统方法是通过显示器观测，这种方法误差较大，读数不方便。为此，我们设计了一种数字相位差测量仪，实现了两列信号相位差的自动测量及数显。近年来，随着科学技术的迅速发展，很多测量仪逐渐向“智能仪器”和“自动测试系统”发展，这使得仪器的使用比较简单，功能越来越多。本低频数字相位测量仪主要是测量电压和电流的相位差，由整形放大电路、基本门电路、锁相倍频、计数译码等集成电路构成。测量的分辨率可达到0.1°，可测信号的频率范围为0Hz～250Hz，幅

5、度为0.5Ⅴ，由于74HC4046的性能比较好，使得所制得的仪器精度相对较高，达到了任务书中所规定的要求。16xx大学<<数字相位差测量仪>>课程设计说明书摘要本低频数字相位测量仪主要是测量电压和电流的相位差，由整形放大电路、基本门电路、锁相倍频、计数译码等集成电路构成。为达到要求的精度本设计采用了锁相倍频电路，通过锁相环74HC4046和四片74LS90芯片组成的3600分频器。整个模块实现3600倍频效果，使得精度达到0.1°。本电路通过四片74LS161和四片7400构成的十进制计数器，并用四片4511和四个七段共阳极数码管来共同达到译码显示相位差

6、的效果。整个装置具有原理简单，测量精度高,测量范围宽，测量结果显示直观的特点。关键词：相位测量锁相倍频器整流放大电路16xx大学<<数字相位差测量仪>>课程设计说明书数字式相位差测量仪1结构设计与方案选择1.1基于过零检测法的数字式相位差测量仪方法概述基于过零检测法数字相位测量仪工作原理，从变换方式来分，有将相位差变换成直流电压的，有将相位差变换成时间的。后者又可以分为瞬时值相位法和平均值相位法。下面就对这两种方法分别作介绍，最后再对这两种方法作对比分析。其实为达到较高的精度且便于数字集成，本设计最终将采用相位差变换。1.1.1相位－电压法相位－电压法的

7、实现原理如下，由于任务书中要求测量一电路中电压和电流的相位差，本设计的两路信号是以输入电压作为基准信号Fs，经过一个RC电路后提取电流信号Fr经电压比较器整形为方波信号，再2分频后得到的FS／2与FR／2送入由异或门组成的相位比较电路，其输出脉冲A的脉宽tp反映了两列信号的相位差，再经过RC电路积分后进行A/D转换。根据相位差与电平成正比的关系，由芯片ICL7136组成的显示校正网络得到相位差值。图中的D触发器用于判断FR与FS的相位关系，当Q为1时，FR超前FS，相位取正值，符号位显示全黑；当Q为0时，FR滞后于FS，相位取负值，符号位显示“-”。其总

8、体原理方框图和测量波形图分别如图1-1和图1-2。图1-1方案一总体原理方框图1