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《用单片机低频数字式相位测量仪3》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、低频数字式相位测量仪c65CD4040为作者:吕锦柏刘勇冯科(山东理工大学)赛前及文稿整理辅导教师：姜吉顺卢恒炜摘要该数字式相位测量仪以单片机(89c52)为核心，通过高速计数器计数器计算脉冲个数从，而达到计算相位的耍求，通过8279驱动数码管显示正弦波的频率，不采用一般的模拟的振动器产生，而是采用单片机产生,从而实现了产生到显示的数字化•具有产牛的频率精确，稳定的特点.相移部分采用一般的RC移相电路，节省了成木。一方案论证与比较:1常见正弦信号的测量方法：方案一：采用模拟分离元件如二极管，三极管等非线性元件，实现频率的测量，检相的功能，使用起来方
2、便，价格便宜，但采用分离元件由于分散性太大，不便于集成及数字化，而且测量误丼大。方案二：采用集成的检相器，检频器实现频率及相位的测量。这种方法的实现框图如下：这种方法虽然可实现比较精确的测量，但由于模拟信号易受外界的干扰，不易调节，无法实现智能化，数字化的缺点，一般在要求较低的情况下使用。方案三：此方案采用高速信号发生器产生20MHz的高频信号，其主要特点是采用CD4040高频计数器结合单片机，利用计数脉冲实现测量和位与频率的目标。这种方法克服了模拟电路的缺点，实现了数字化与集成化。本设计采用了这种方法。这种方案的组成框图：二系统总体设计按照题目要
3、求，我们设计的相位测量系统包括三部分：正弦波产生系统（包括频率调整电路），移相电路和相位显视系统，其总体框图如下：三各部分硬件电路设计及参数计算1、正弦波产生电路（一）方案一：利用8038芯片或MAX038可以实现压控的函数发生器通过改变少量的外围元件，可实现正弦波，方波，三角波，并可实现频率调节，但釆用模拟器件由于元件分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻，电容对参数影响很大，因而产生的频率稳定度差，精度低，抗干扰能力差，调节困难，成本也高。而R灵活性差，不能实现智能化。实现步进更困难（二）方案二：利用单片机89c5
4、2芯片，发送脉冲信号，在一定频率范围内，再经过低通滤波，可以实现止弦信号。这种方法可以实现频律的步进与预置，实现数字智能化。它的原理框图：这种方法的缺点是产生的波的频率较低，难以达到高频的要求。题H耍求是:20HZ—20KHZ的正弦波，若对每个周期的信号取样64个点。则要求的CP脉冲的频率:1280HZ-1280KHZ可以实现。通过可编程计数器的计数初值的预置，调节计数器2的吋序脉冲，设计中rtr丁•采样64个存储数据，所以计数器2为64进制计数器，即通过高速计数器送出64个脉冲后，实现一个周期的正弦波输出,这样计数器2处于不断的循环寻址屮，从而存
5、储器输出连续不断单位周期内64个采样正弦波数值，通过DA转换取得相应于止弦波形的电压，再通过电容滤波就可得到止弦波。由于全过程采用了数字化，容易实现高精度的步进控制，而且通过对计数器2起始计数吋间的控制(如在计数器2前再加一计数器，使该计数器达到某一数值时计数器2开始计时寻址)，还可实现数字化的相移。由于须采取两套相同的系统，本装置屮没有采用。2移相电路：根据题目的要求，要实现相移在・45度-+45度的调节，而提高部分要求移相在()—359度Z间，且可实现步进1度要求。采用高精度的延时电路或移相电路，虽可实现数控和步进，但由于成本高，调节较困难，不
6、易实现，我们采用了简单的RC移和电路，比较容易的实现了相移的连续调节。节省了制作成木，且达到了题目的基本要求。此电路的基木原理120V/2kHz/0DPF图一图二其中图一是无源RC滞后网络,其传递函数为：h(jw)=l/(l+jwrc),相移=arctan2*3o14*r*c,图二为无源RC超前网络。其传递函数为：h(jw)=1/(1・jl/wrc),相移角=arctan(l/(2*3.14*r*c).它们的相频特征曲线为ewb的仿具波形:aaa.ewbTime(seconds)§2恕4OA按照相移与F,R,C的关系式，在滞后电路屮取相移角为：45
7、。，有tanA=2*3.14*r*c*f=l,当f=20hz时，r*c=0.00&当f=20khz时，r*c=0.000008,从而取r=4.7千欧c=l微法。在超前网络中，取相移为45°,有tanB=l/(2*3.14*r*c*f).当f=20hz时，r*c=0.008,当f=20khz时r*c=0.000008,从而取r=4.7kQ,c=luF这样，相移可达+60°--60°3,相位测量及显示电路：本部分电路不采用相敏整流法，避免了模拟电路得不好控制，不易数字化的缺点，而是采用单片机89c52,利用高频计数器cd4040和逻辑电路来实现的相位测
8、量。这部分的电路图是工作原理：由于这部分的输入是有相移的两路正弦信号，而耍实现其数字化，所以要把正弦信号转化成方波信号，其
