电子技术暑期实习报告.doc

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1、西南交通大学电子技术课程设计（报告）第III页西南交通大学课程设计（报告）简易低频相位测量仪设计年级:2012级学号:20122512/20122513/20122514姓名:鲁涛/王胤隆/刘军专业:交控指导老师:白天蕊二零一四年七月二十一日西南交通大学电子技术课程设计（报告）第III页21西南交通大学电子技术课程设计（报告）第III页设计任务及要求设计并制作一个低频相位测量仪，示意图如下图所示。相位测量数字显示A输入B输入1.基本要求A.相位测量仪频率范围：20Hz~20kHz。B.相位测量仪的输入阻抗≥100kΩ。C.两路输入正弦信号的峰峰值可分别在1~5V范围内变化。D.相位测量绝对误差

2、≤2°。E.相位差数字显示0°~359.9°，分别率为0.1°。2.扩展部分设计制作一个移相网络，如下图所示。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。21西南交通大学电子技术课程设计（报告）第III页摘要本设计给出了基于FPGA核心的数字式相位测量的基本原理与实现方案，实现的是对两列信号的相位差的精确测量并数字显示测量结果。该系统利用可编程逻辑器件为主系统芯片，用VHDL对其进行设计开发，系统由相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三个模块构成，整个装置具有原理简单，测量

3、精度高,测量结果显示直观的特点。本次设计在EDA软件开发平台quatusⅡ上利用硬件描述语言VHDL进行设计编程。关键词：FPGA/CPLD、VHDL、测相21西南交通大学电子技术课程设计（报告）第III页目录设计任务及要求I摘要II第1章方案准备与设计11.1系统设计11.1.1相位测量仪11.2硬件电路设计11.2.1移相网络11.2.2放大整形单元21.3软件设计21.3.1计数模块31.3.2数据溢出处理模块41.3.3运算模块41.3.4数据选择模块4第2章PCB电路板的设计与制作72.1PCB板的制作72.2热转印与元件的安装92.2.1热转印（腐蚀法）92.2.2PCB板加工92

4、.2.3元件的安装9第3章电路板的调试93.1调试方法93.2调试遇到的问题103.3测试数据10第4章结论与收获体会11附录：12程序：12图片：2021西南交通大学电子技术课程设计（报告）第21页第1章方案准备与设计1.1系统设计1.1.1相位测量仪相位测量仪主要由放大整形和数字化测量两大部分构成，其框图1.1如下：图1.1相位测量仪框图其中，放大整形电路的主要任务是将两路同频率信号进行放大整形为方波信号，送入测量仪去测量它们的之间的相位差，测量部分通过相位比较获得一个与A、B两列信号相位差成正比的矩形脉冲并送入计数器计数，其计数值大小便反映了相位差，将其处理后以数字量的形式准确地显示出来

5、。1.2硬件电路设计1.2.1移相网络由R，C组成移相网络进行移相原理图如下图1.3。图1.3移相网络21西南交通大学电子技术课程设计（报告）第21页1.2.2放大整形单元该单元作为相位测量仪的输入通道，其主要功能是提高仪器的输入电阻和降低共模干扰，并提供边沿稳定的矩形脉冲，为测量仪器进行数字化测量做准备。为了简化设计，输入级，放大级、整形级全部采用模拟集成电路来实现，共采用了三个高速模拟芯片：LF353P、LM393、HD74LS14P。图1.4放大整形单元电路图1.3软件设计将两列相隔一定相位差的同频率正弦波信号过零比较为方波CP1、CP2，示意图如下图1.5。21西南交通大学电子技术课程

6、设计（报告）第21页图1.5相位测量示意图对两方波信号CP1、CP2信号进行异或，得到矩形波CP3，用高频方波脉冲对CP1的一个周期进行计数，设计数值为Y，对CP3的高电平时间进行计数，计数数值为X，故相位差为：整个相位差测量模块可分为四个小模块，分别是计数模块、数据溢出处理模块、运算模块、数据选择模块。1.3.1计数模块此模块的处理的信号为CP1和CP2异或后的信号CP3，和CP1经过分一次频后的信号CP4，分别对CP3和CP4信号的高电平为闸门时间进行计数，并将计数值输出。根据课题要求，相位计数为（0~359.9°）分辨率为0.1°,相位差计算公式的计算公式为使相位差的分辨力达到0.1°，

7、则a至少要满足递增为一时对应的相位差递增为0.1°。而a的变化范围为（0~b）,因此当b满足b≥3600时a的变化范围大于（0~3600），满足课题要求。为了更加精确的测量出相位差，本设计取x的位数为14位，在满足课题要求频率范围（20HZ~20KHZ）内x的变化范围为4096~8191；y的位数为15位，故满足课题要求频率范围（20～20KHz）内y的变化范围为（8192～16383）。在整个周