简易网络导纳分析仪、低频数字式相位测量仪、简易多功能计数器三个项目的整体概述与方案实现.ppt

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1、实验室学习情况汇报---自动化系-XXXXXX湖北武汉XXXX实验室2011年2月学习情况总体概述我在实验室主要从事的是软件方面的任务，同时也完成了一些硬件方面的任务。我们做了以下三个项目：1、低频数字式相位测量仪；2、简易网络导纳分析仪；3、简易多功能计数器。我具体做了以下这些模块的工作：1、移相网络，TIM输入捕获模式来进行测频测相。2、ARM按键输入频率控制ＦＰＧＡ产生给定频率的正弦波，ARM结合ＦＰＧＡ实现等精度测频测相，内部AD实现电压检测。3、高频信号的放大与滞回比较电路。具体工作情况1、题目要求：1、基本要求（1）设计并制作一个相位测量仪（参见图1）a．频率范围：20Hz～

2、20kHz。b．相位测量仪的输入阻抗≥100k。c．允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V～5V范围内变化。d．相位测量绝对误差≤2°。e．具有频率测量及数字显示功能。f．相位差数字显示：相位读数为0o~359.9o，分辨力为0.1°。（2）参考图2制作一个移相网络a．输入信号频率：100Hz、1kHz、10kHz。b．连续相移范围：－45°～＋45°。c．A＇、B＇输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V～5V范围内变化。第一个项目----低频数字式相位测量仪2．发挥部分（1）设计并制作一个数字式移相信号发生器（图3），用以产生相位测量仪所需的输入正弦信号，要求：a．频率范围：20Hz

3、～20kHz，频率步进为20Hz，输出频率可预置。b．A、B输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V～5V范围内变化。c．相位差范围为0～359°，相位差步进为1°，相位差值可预置。d．数字显示预置的频率、相位差值。（2）在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下，扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至0.3V～5V范围。（3）用数字移相信号发生器校验相位测量仪，自选几个频点、相位差值和不同幅度进行校验。（4）其它。补充说明：1、移相网络的器件和元件参数自行选择，也可以自行设计不同于图2的移相网络。2、基本要求（2）项中，当输入信号频率不同时，允许切换移相网络中的元件。3、相位测量仪和数

4、字移相信号发生器互相独立，不允许共用控制与显示电路。2、具体工作情况：一、移相网络:在这个过程中，我学会了看一款芯片比较重要的参数之一——运放的带宽。题目要求的是从20Hz～20kHz，属于低频。Op07的典型Unity-gainbandwidth为0.6MHZ，基本能够满足题目的要求。可是在我学习的初级阶段，我一般只会看一款芯片pdf文档的引脚排列，知道怎么接线就完了。现在才发现原来看芯片的pdf文档也是一门学问。里面的数据参数、工作特性曲线、典型应用电路等都可以指导我们正确设计电路。这也是走上自主设计道路的必经之路。二、测频测相：①测频：测频有两种传统的方法1、测频法：在一定时间间隔

5、T0内测出待测信号重复变化的次数N，则被测信号的频率为：fx=N/T0。（适合于高频信号）2、测周法：在被测信号的一个周期内测出标准高频信号fs的个数N，则被测频率：fx=fs/N。（适合于低频信号）当然这两种方法均只适合于特定的频段。基于以上缺陷，又提出了分频段测频法，即低频段采用测周法，高频段采用测频法。其关键就在于确定切换频点。而其缺点也就出在中频段的精度无法保证。在有了FPGA后，又提出了等精度测频法（也叫多周期同步测频法)。从低频到高频，都能实现较高的同等精度。只是其在软硬件方面的配置就比较复杂。当时在做低频数字式相位测量仪的时候，我们还没有FPGA，用的是TIM的输入捕获模式

6、来完成测频测相的。TIM的输入捕获模式类似于测周法。它无法保证高频段的精度。于是就选择了一种折衷的算法：先用测量低频的分频系数prescaler=63来测量频率，判断它大于频率1KHZ后再令prescaler=1来测量。思路来源于分频段测频法，但仅是对基准频率做的操作。程序运行不够稳定。分频段部分的程序如下：该方法有一个缺陷就是从低频连续调到高频段所得值还比较准确，但是从高频连续调到低频段时，低频数值跳变得厉害。但是复位后，又能测量低频段的值。也就是说从高频连续调到低频段时，无法实现档位的自动切换。可能是程序编写的有问题。有待改进和完善。目前有一种思路就是，不分频，而通过计算捕获计数器溢

7、出次数来计算所测频率值。这种方法有一个优点就是对72MHZ的方波计数，所测频率精度较高，且测频范围较广。等精度测频法就克服了以上缺陷，具体的内容我将会在第二个项目--简易网络导纳分析仪中详细的讨论。在这个项目中，我还对sprintf函数的用法有了进一步的认识。sprintf函数用在液晶显示浮点数值方面确实非常方便，它的数据格式非常重要，如果数据格式不对应，很可能就无法正常显示。第二个项目----简易网络导纳分析仪1、题目要求：1、基