低频数字式相位测量仪设计【开题报告】

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1、毕业论文开题报告电气工程及其自动化低频数字式相位测量仪设计一、课题研究意义及现状随着科学技术的突飞猛进的发展，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。低频数字式相位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，要求两电网的电信号相同，这就要求精确的测量两工频信号之间的相位差。还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有重要意义。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

2、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。对于相位差测量的基本原理主要有三种:对信号波形的变换和比较﹑对傅氏级数的运算及对三角函数的运算，其具体方法如下：方法一：矢量法任何一正弦函数都可以用矢量来表示，如两个正弦信号幅度相等、频率相同，运算器运用减法器则合成矢量的模：。这种方法用于测量小角度，灵敏度较好，可行度也较好；而在靠近180。附近灵敏度降低，读数困难也不准确。由于输出是一余弦或正弦函数，因此这种方法适用的频带范围是较宽的。方法二：倍乘法任何一周期函数都可以用傅氏级数表示，在这里运算器是一个乘法器，两个信号是频率相同的正弦函数，相位差为一个角度，运算结

3、果再经过一个积分电路，得到一直流电压，电路的输出和被测信号相位差余弦成正比例，因此其测量范围在45°以内，欲使测量范围扩展到360°，需要附加一些电路才能做到。这种方法由于应用了积分环节，可以滤掉信号波形中的高次谐波，抑制了谐波对测量准确度的影响。方法三：过零点检测法过零检测法是将基准信号正向通过零的时刻与被测信号通过零的时刻进行比较，由二者之间的时间间隔，即可推算出两信号之间的相位差。这种方法的特点是电路简单,对启动采样电路要求不高,同时该方法还具有测量分辨率高、线性好、易数学化等优点。二、课题研究的主要内容和预期目标制作一个模拟移相网络，满足下列要求：a．输入信号频率：

4、100Hz、1kHz、10kHz。b．连续相移范围：－45°～＋45°。c．输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V～5V范围内变化。在此基础上，利用单片机设计并制作一个低频数字式相位测量仪，性能要求如下:a．频率范围：20Hz～10kHz。b．相位测量绝对误差≤2°。c．具有频率测量及数字显示功能。d．相位差数字显示：相位读数为0°-359.9°，分辨率为0.1°。三、课题研究的方法及措施系统采用过零检测法的思想，结合单片机自身特点，建立如下图所示的系统框图，一路正弦信号由标准信号源发出，经过移相网络变成两路频率相等，振幅相同，相位不同的正弦信号A、B。这两路信号分别经信号

5、整形电路可以得到两个方波，再经过时间差和周期测量电路，可以测量出对于的时间差和周期。再由单片机经过运算，可以得到对应的相位差和频率，最后通过LED数码管显示出来。移相网络采用电容C，电阻R和运算放大器来实现，输入信号经过两个RC网络后一路超前于输入信号，一路滞后于输入信号。硬件电路由输入信号整形、相位差超前及滞后判别、标准信号源、控制及计数显示四部分组成。其中，输入信号整形部分由过零比较器LM324构成；相位差超前及滞后判别部分由D触发器74LS74来承担；控制部分由单片机AT89S51来实现，显示电路由LED数码管来实现。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自2010年10

6、月20日至2011年4月12日。2010年10月20日至2010年12月7日：明确任务，查找资料，确定系统总体设计方案；写文献综述，外文翻译；完成开题报告，准备开题答辩2010年12月14日至2011年12月20日：移相网络的硬件设计和调试2010年12月22日至2011年1月20日：单片机及外围控制电路的硬件设计和调试2011年1月23日至2011年3月1日：软件程序设计，同时通过实验模拟测试，撰写设计报告与论文。2011年3月5日至2011年4月10日：撰写毕业论文，完善设计作品与修改毕业论文；做好论文答辩的PPT资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。五、参考文献[1

7、]史国清等.基于单片机的低频数字相位测量仪的设计[J].现代电子技术，2005，8：80-81.[2]JohnWiley.Analoganddigitalelectronicsforscientists[M].NewYork:VassesBasil，1985.[3]杨宁等.简易低频数字式相位测量仪的设计[J].武汉化工学院学报，2006(6)，28：75-79.[4]全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选（2003）[M].2003.[5]姚远等.低频数字式相位差测量仪[J].电子世界,