毕业设计（论文）-低频相位测量仪软件设计

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1、低频相位测量仪软件设计1绪论近年来，随着科学技术的迅速发展，很多测量仪逐渐向“智能仪器”和“自动测试系统”发展．这使得仪器的功能丰富而使用简单。低频数字式相位测试仪在工业领域中是经常用到的通用测量工具。相位检测技术的应用已深入到如多领域，广泛应用于国防、科研、学校和厂矿，传统的模拟指针式仪表显然不能够满足所需的精度要求，随着电子技术以及微机技术的发展，数字式仪表因其高精度的测量分辨率以及高度的智能化、直观化的特点得到越来越广泛的应用。同时，在电力系统中电网并网合闸时，要求两电网的电信号相同，这就要求精度的测量两工频信号之间的相位差。还有测量两列同频

2、信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具有重要的意义。同时，微电子技术的迅猛发展，给国民经济、生产活动和社会活动带来极大的变革。特别是集成电路和微电子技术的飞跃发展，更为设计、安装体积小、性能优越、功能全的装置创造了良好的条件。可以说，电子技术的应用水平是现代化进程的一个重要标志。微电子技术、计算机技术、通信技术、单片机原理技术等先进技术与具体应用对象相结合而设计的产品更是受世人青睐。本次设计即是利用单片机实现对低频相位差的测量，使得仪表更加数字化、智能化，功能比起采用电子或数字电路更加强大。在科学研究、实验或生产实践中，常常需要对低频移相网络的

3、信号进行相位测量，但某些测量方法仅仅局限于测某一频率信号的相位，不能满足一定范围内任意频率信号的相位测量，总之低频相位测量仪的现代科学技术中的应用越来越多，比如在电力系统中常常需要对两个同频率信号（如工频电压和工频电流）之间的相位关系进行准确的测量。“相位—时间”法和“功率比例法”是两种比较传统的相位差测量方法，在现代技术领域中还对基于离散付里叶变换的相位测量原理进行了研究，并有了一定的成效，研究表明基于离散付里叶变换原理的相位测量方法具有测量精度高)抗干扰能力强)电路设计简单等特点。总之相位测量技术在我们生活中起到了不可忽视的。本低额教字式相位测

4、量仪由AT89C51芯片和集成电路构成。由于AT89C51芯片的集成度高，智能程度高，功能强大，使得它实现起来比较简单，而且，具有体积小，性价比高、性能稳定的特点。-37-低频相位测量仪软件设计2设计方案论证从功能角度来看,看相位测量仪要完成信号频率和相位差的测量.相位测量仪有两路输入信号,也是被测信号,它们是两个同频率的正弦信号，频率范围为20HZ~20KHZ（正好是音频范围），幅度为UPP=1~5V（可以扩展到0.3~5V）,但两者幅度不一定相等。现在来讲解一下相位、相位差的概念。在“电路原理”课程中已经介绍过这些概念，不妨令正弦信号为A（t）

5、=Amsin(ωt+φ0)，式中Am称为幅值（最大值），且，A称为有效值；θ（t）=ωt+φ0称为相位，φ0称为初相位，ω称为角频率。Am、ω、φ0称为正弦量的三要素。只有两个同频率的（正弦）信号才有相位差的概念。不妨令两个同频率的正弦信号为A1（t）=A1msin(ωt+φ01),A2（t）=A2msin(ωt+φ02)，则相位差θ=(ωt+φ01)-(ωt+φ02)=φ01-φ02，由此可看出，相位差在数值上等于初相位之差，θ是一个角度。不妨令θ=ωTθ，其中Tθ是相位差θ对应的时间差，且令T为信号周期，则有比例关系T：360=Tθ：θ可以推导

6、得到θ=（Tθ/T）×360，此式说明，相位差θ与Tθ一一对应，可以通过测量时间差Tθ及信号周期T，计算而得到相位差θ，这就是相位差的基本测量原理。由相位差的基本测量原理可知，相位差的测量本质上是时间差Tθ及信号周期T的测量，也就是时间的测量，而时间的测量不可避免地要用到电子计数器。时间的测量有多种方法，而设计题目关于相位测量仪的技术指标要求会影响到我们对方案的选择，由一般常识可知，单片机应用系统一般能较好地实现各种不同的测量及控制功能，因此，选择使用单片机实现系统功能，完成系统指标。2.1原理框图以单片机为核心的相位测量仪原理框图如图2-1所示。

7、两路待测信号经整形后变成了矩形波I、V，且可以认为I和V是同频率、不同相伴的矩形波。-37-低频相位测量仪软件设计待测信号2待测信号1整形电路整形电路鉴相器89C51Display键盘图2-1以单片机为核心的相位测量仪原理框图2.2频率的测量单片机对信号频率的测量可以采用直接测频率的方法和测周期的方法。一般是信号频率较高时，采用直接测频率的方法，而信号频率较低时，采用测周期的方法。（1）用直接测频率的方法获得信号频率。让定时器/计数器T1对外部事件计数，而让定时器/计数器T0定时1s,只有在这1s内T1启动对外部事件（即信号I）计数，则T1的计数值

8、就是待测信号的频率。（2）用测周期方法获得信号频率。由图2-2可知，对I进行2分频后的信号波形中，高电平宽度正好对应I的周