低频相位测量系统设计计划书

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1、低频相位测量系统设计计划书一方案论证与设计1相位测量方案方案一：将被测的两路正弦波信号经比较器整形成方波信号，利用异或门电路进行鉴相处理，将得到的脉冲序列经过RC平滑滤波取出其直流分量，该直流电平的幅值与两路信号的相位差成正比，将此信号送入A/D转换器由单片机进行运算处理从而计算出相位差值。方案二：采用脉冲填充计数法，将正弦波信号整成方波信号，其前后沿分别对应于正弦波的正相过零点与负相过零点，对两路方波信号进行异或操作之后输出脉冲序列的脉宽可以反映两列信号的相位差，以输入信号所整成的方波信号作为基频，经锁相环倍频得到的高频脉冲作为闸门电路的计数脉冲，由单片机

2、对获取的计数值进行处理得到两路信号的相位差。方案三：鉴相部分同方案二，将两路方波信号异或后与晶振的基准频率进行与操作，得到一系列的高频窄脉冲序列。通过两片计数器同时对该脉冲序列以及基准源脉冲序列进行计数，一路方波信号送入单片机外部中断口，作为控制信号控制两片计数器。得到的两路计数值送入单片机进行处理得相位差值。对以上三种方案进行比较，方案一在低频段时，RC滤波电路的输出波动很大，难以达到要求的相位精度，而方案二在所测频率较高时，受锁相环工作频率等参数的影响会造成相位差测量的误差，极大地影响测量的精度，采用方案三由高精度的晶振产生稳定的基准频率，可以满足系统高

3、精度、高稳定度的要求。2频率测量方案方案一：用专用频率计模块来测量频率，如ICM7216芯片，其内部带放大整形电路，可以直接输入正弦信号，外部振荡部分选用一块高精度晶振和两个低温度系数电容构成10MHz振荡电路，其转换开关具有0.01s，0.1s，1s，10s四种闸门时间，量程可以自动切换，待计数过程结束时显示测频结果。方案二：利用可编程计数器来实现频率的测量，将被测信号转换为方波信号输入可编程计数器8254的某一路Clk端口，并将Gate端置为高电平，利用单片机产生的定时中断来控制8254的计数，最后计数值送入单片机处理并输出。对以上方案进行比较，利用频率

4、计模块来实现频率测量，ICM7216的外围硬件电路复杂，测频精度不够高；而采用方案二，用单片机控制计数器工作，硬件简单且频率测量精度高，这也是目前较为成熟的一种高精度测频方案。因此采用方案二来实现频率的测量3数字移相信号发生器方案14在数字移相信号发生器模块电路中，首先要生成相位测量仪所需的两路不同相位的正弦波信号，目前DDS已经是很完善的一种数字信号产生方案，所以在该部分，我们主要对产生正弦波信号的数字移相方案进行论证。方案一：将正弦波量化为一张数据表分别存储于两片之中，通过单片机控制计数器来对存储器中的数据进行寻址，并经过两片D/A转换芯片循环的输出该数

5、据表，当两路D/A转换芯片所获得的数据序列不同时，转换所得的两路正弦信号存在相位差，相位差值仅与数据地址的偏移量有关。方案二：将参考正弦波转换为方波，以此信号为基准，延时后产生另一路同频率的方波，通过改变延时的长短来控制两个波形的相位差大小，最后通过波形变换电路将其还原为两路有相位差的正弦波输出。综合以上两种方案，利用方案一，采用2K的存储芯片2817存储量化的正弦波数据，通过单片机可以较精确的控制移相的大小，实现1º相位差步进，而且硬件电路较为简单，而方案二虽然也可以精确控制移相，但是相对而言硬件电路更为复杂，调试较为麻烦，因此我们采用第一种方案来实现数字

6、移相。4显示部分设计方案方案一：采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。方案二：采用点阵字符型LCD液晶显示，可以显示数字与阿拉伯字母等字符，随着半导体技术的发展，LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。比较这两种方案，数码管显示驱动简单，但显示信息量少，功耗大；利用液晶显示可以工作在低电压、低功耗下，显示界面友好、内容丰富，综合考虑，选用LCD来实现显示功能。二原理分析与硬件电路图根据赛题要求的任务，该低频相位测量系统包括相位测量仪、数字式移相

7、信号发生器和移相网络三个模块，由于三个模块相对独立，以下分别对其进行原理分析与电路设计。1相位差测量模块（1）原理分析输入两路同频率的正弦波信号，其波形表达式分别为：其中、为电压瞬时值，、为电压的幅值，为角频率，、为初始相角，当两路信号的频率相同时，相角差是一个与时间无关的常数14将此两路正弦波信号经过放大整形成两路占空比为50%的正方波信号f1、f2，经过异或门输出一个脉冲序列A，与晶振产生的基准脉冲波B进行与操作得到调制后的波形C，在一定的时间范围内对B、C中脉冲的个数进行计数得、，则其相位差计算公式为，采用多个周期计数取平均值的方式以提高测相精度。系统

8、框图如图2-1-2所示：（2）原理电路①前级放大整形