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1、.电子设计竞赛报告设计题目:简易低频数字式相位测量仪的设计专业班级:自动XXXXX姓名:XXX学号:20104682XXXX联系方式:12345678911设计地点:31620指导教师/职称:XXXX竞赛成绩：指导教师：本栏由指导教师根据大纲要求审核后，填报成绩并签名。...简易低频数字式相位测量仪的设计摘 要:介绍简易低频数字式相位测量仪系统原理设计、主要计算方法、系统硬件和软件设计、性能测试数据结果.系统是基于相位电压转换与电压频率转换这样一个机理研制而成.实验结果的测试数据表明,该设计方案简单可行、新颖实用,有推广应用价值。关键词
2、:混合系统;压频转换;鉴相0 引 言利用锁相环技术组成相位测量仪软硬件调试都比较麻烦,过零计数式线性插值相位差计通过对时间的计数测量来实现测相差,软件占用CPU时间过多,较高精度难以实现.与以上两种方法不同的相位电压转换式相位差计是一个传统的数字式相位差计,其工作原理为:硬件电路将相位差转换为时间,再将时间转换为电压,通过电压测量实现相位测量.此方法易于实现,但需较大改进:用与非门代替传统的鉴相器,用压频转换器和光电隔离电路代替传统的滤波、平滑电路、运算放大器、A/D转换器.受前边锁相的方法和线性插值方法的启发,综合考虑采用图1所示的用
3、与非门和压频转换的改进电路.本系统的低频相位测量仪是模拟信号和数字信号混合系统,是基于相位电压转换与电压频率转换这样一个机理研制而成.关性的问题是最高测量频率相位差的精度问题,尤其在最高频率是20kHz的时候,达到较高的测量精度比较难,目前各种测相差的方法都具有局限性,主要是受CPU的工作速度、A/D、D/A的转换速度和有限的位数影响.此方法电路简单,适合波形稳定性不理想的低频电路测量精度要求,信号端和CPU安全隔离.CPU选择AT89C51芯片,人机接口部分选择采用HD7279芯片,HD7279芯片是串行接口8位LED及64键键盘智能
4、控制芯片,可完成显示和键盘接口的全部功能.它内含有译码器,可直接接受BCD码或16进制码,并同时具有2种译码方式.此外,还具有多种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移,段寻址等.HD7279具有片选信号,可方便的实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口.其特点是:串行接口无需外围元件可直接驱动LED,各位独立控制译码ö...不译码及消隐和闪烁属性;64键键盘控制器内含去抖动电路;具有段寻址指令,方便控制独立的LED;有(循环)左移(循环)右移指令.单片机可完成动态扫描LCD显示,又节省CPU程序运行的时间.能够很好地实现人机交互.它节省C
5、PU的口资源,实现串行传输.采用字符型LCD、LED同时显示.虽然这种方案不能像点阵式方案可显示汉字,但LCD也可用英文显示较为清晰的提示和数字,配上LED显示完全满足本设计的要求,其软件编程相对于点阵式LCD也简单得多,其价格也比较合理.用LCD和LED相结合的多变量显示,键盘方面采用矩阵键盘,其程序和硬件实现都容易.1 系统原理设计数字相位测量仪的检测部分如图1所示.相位差测量系统主要由输入通道、相差电压转换的与非门、D触发器扩相识别、UöF转换及光电隔离等组成.数字相位测量仪采用过零触发平均检相、相位电压转换与电压频率转换这样一个
6、原理进行相位测试.被测相角的两个信号各自分别通过相同的电压跟随器,经过限幅放大器形成方波送到与非门进行比相,与非门输出后的直流分量正比于两信号过零的时间差,因此也正比于相位角.与非门只能测量0°～180°相位,180°～360°相位与0°～180°相位同值,是周期性重复.采用D触发器识别技术,准确判断大于等于180°还是小于180°.若大于等于180°,D触发器输出高电平;若小于180°,D触发器输出低电平.用口P3.3由程序读入判定.图2画出基准波形和被测波形经脉冲整形后,D触发器以上两种情况的输出波形.从原理上讲,只要时间够,可以实
7、现任意精度要求的相位差的测量,主要原因是把相差变成电压,电压再变成频率信号的过程不受信号采集有限位数的限制,仅仅是频率采集时间进行延长就可以解决问题,如果16位的记数器精度不够,还可以扩展为32位、64位或更多,在最高频率下,使测量相位差的精度达到0.001乃至更小.该系统共有两个对称的输入通道,其电路完全相同,其中每一通道均包含直接耦合的电压跟随器、电压比较器.同时将输入信号波形从顶部和底部切掉同样的数量,得到非常对称而且精确的方波.电压跟随器主要功能是提高输入阻抗,电压比较器和电平转换变正弦波为方波并限定输出幅度不超过5V电平.由通
8、道输出信号经相应的整形,...输出为前后沿较小的方波再送至与非门和压频转换电路.检相的与非门输出的脉冲宽度信号,进入压频转换部分变成频率数字量送至单片机的记数器,由四位数码管显示出相位差.图1 用与非门和压
