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附件二：电子设计竞赛设计报告--范例低频数字式相位测量仪摘要：本设计给出了以凌阳16位单片机Spce061A为核心的数字式相位测量的基本原理与实现方案。
该系统由相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三个模块构成，分别由两块单片机独立地实现控制与显示功能。
采用DDS技术生成两路正弦波信号，并通过改变存储器中数据读取的起始地址来实现数字移相的功能，用Ф-T变换技术来实现相位差的测量，使得测量分辨率精确到0.1º，测得的频率与相位差值送入LCD进行显示，加入红外键盘以及语音播报的功能，使得系统具有智能化、人性化的特色。
关键词：相位测量频率测量数字移相DDS 语音播报引言：随着相位测量技术广泛应用于国防、科研、生产等各个领域，对相位测量的要求也逐步向高精度、高智能化方向发展，在低频范围内，相位测量在电力、机械等部门有着尤其重要的意义，对于低频相位的测量，用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。
基于这些要求，我们设计并制作了基于Spce061A凌阳16位单片机为核心的低频数字式相位测量系统。
一方案论证与设计1 相位测量方案方案一：将被测的两路正弦波信号经比较器整形成方波信号，利用异或门电路进行鉴相处理，将得到的脉冲序列经过RC平滑滤波取出其直流分量，该直流电平的幅值与两路信号的相位差成正比，将此信号送入A/D转换器由单片机进行运算处理从而计算出相位差值。
方案二：采用脉冲填充计数法，将正弦波信号整成方波信号，其前后沿分别对应于正弦波的正相过零点与负相过零点，对两路方波信号进行异或操作之后输出脉冲序列的脉宽可以反映两列信号的相位差，以输入信号所整成的方波信号作为基频，经锁相环倍频得到的高频脉冲作为闸门电路的计数脉冲，由单片机对获取的计数值进行处理得到两路信号的相位差。
方案三：鉴相部分同方案二，将两路方波信号异或后与晶振的基准频率进行与操作，得到一系列的高频窄脉冲序列。
单片机课题研究报告《单片机课题研究报告》一、引言单片机作为嵌入式系统的核心部件，广泛应用于各个领域。
本课题旨在研究单片机的原理和应用，并通过实际项目的实施来深入理解单片机的工作原理和实际应用。
二、研究方法1. 文献综述：通过查阅相关资料和文献，了解单片机的基本原理、结构和应用领域。
2. 硬件实验：借助开发板和相关传感器，实际搭建单片机系统，并进行实验验证。
3. 软件编程：利用单片机开发软件进行编程，实现各种实际应用案例。
4. 数据统计和分析：对实验结果进行数据统计和分析，评估单片机的性能和应用效果。
三、主要内容1. 单片机原理：介绍单片机的基本原理、结构和工作方式，包括CPU、存储器、IO接口等组成部分。
2. 单片机编程：介绍单片机的编程语言和开发环境，包括C语言、汇编语言和相应的开发软件。
3. 单片机应用案例：选择一些常见的单片机应用进行深入研究，如LED显示控制、温度监测等。
4. 实验设计与实施：设计具体的实验方案，搭建实验环境，并进行实验验证。
5. 数据统计与分析：对实验结果进行数据统计和分析，评估单片机的性能和应用效果。
6. 报告撰写：整理实验资料和研究成果，撰写成课题研究报告。
四、预期成果1. 对单片机的原理和应用有深入的理解。
2. 掌握单片机的编程语言和开发环境。
3. 实现多个单片机应用案例，并评估其性能和应用效果。
4. 撰写一份完整的单片机课题研究报告，包括研究方法、主要内容、实验结果等。
五、研究计划1. 第一周：文献综述，了解单片机的基本原理和应用领域。
2. 第二周：搭建单片机实验环境，熟悉单片机编程语言和开发环境。
3. 第三周至第六周：进行具体的实验设计与实施，分析实验结果。
4. 第七周至第八周：撰写课题研究报告，并进行修改和完善。
六、参考文献1. 《单片机原理与应用》，李明著，电子工业出版社，2008。
2. 《C语言程序设计与单片机实验指导》, 张三著, 清华大学出版社, 2014。
引言：在实际工作中，常常会遇到两列频率相同信号之间存在的相位差，那么就需要测量它们之间的相位差。
电力系统中的电网并网合闸时，需要两电网的电信号的相位相同，这时需要精确测量两列工频信号之间的相位差，相位差测量在工业自动化，智能控制、通讯及电子技术等许多领域有着广泛的应用。
随着计算机软硬件的日益发展。
在测试系统中，以数字信号处理为核心的软件法测量技术越来越多的得到广泛的用。
在电工仪表、同步检测的数据处理以及电工实验中,常常需要测量两列同频信号的相位差。
相位测量的方法很多,典型的传统方法是通过显示器观测,这种方法误差较大,读数不方便。
为此,我们设计一种数字式工频电压相位差测量仪。
一． 系统功能的确定及概念1.1基本要求：⑴ 能够快速准确的测量出相位差； ⑵ 精度较高；⑶ 抗干扰能力强，不受被测信号幅值，频率的影响；⑷ 稳定性较高。
1.2 相位和相位差的概念相位和相位差是正相交流电的重要概念和技术参数。
但是相位也不只是正弦信号的“专利”，非正弦周期信号同样具有相位，因为任何一个非正弦周期信号均可以被分解为一系列频率与初相不同的正弦信号。
相位说明谐波振荡在某一瞬时的状态。
在数学上定义为正弦或余弦函数的幅角，其数学表达式为：)sin()(ϕω+=t A t v式中, ϕ是初始角，ϕω+t 就是相位角,通常称为相位。
ϕωϕ+=t t )(从式中可以看出相位是时间ｔ的线性函数。
令ϕ1(t)、ϕ2(t)表示角频率为1ω2ω 的两个简谐振荡的相位，则有：)()()()()()(21212121ϕϕωϕϕωωφφφ-+=-+-=-=t t t t t从式中可以看出相位角是时间ｔ的函数。
若ω1=ω2，即两个同频率的信号，则有：21)(ϕϕφ-=t显而易见,两个同频率的相位差为常数,由初始相位角之差确定。
相位差反映了若干个正弦量之间的相位关系。
同频正弦量的相位关系是：超前、滞后、同相、反相、正交。
当A 、B 两个频率相同的正弦信号电压波形同时增大，同时减小，同时为正半周，同时为负半周，同时达到正峰点，同时达到负峰点，这样的两种信号其相位相同，信号的相位差0 o ，称为同相信号。
测试仪研究报告由于缺少具体的背景信息和描述，本答案将给出一个通用的测试仪研究报告范例，供参考。
测试仪研究报告。
一、研究背景。
本研究旨在对某型号测试仪进行深入的探究和研究，以深入了解其技术参数、性能特点、应用范围以及市场前景等方面的情况。
二、研究内容。
1.技术参数分析。
本研究将对该型号测试仪的技术参数进行详细分析，包括测量范围、测量精度、测试频段等方面的参数。
同时，将与同类产品进行对比，印证该测试仪的技术优势和亮点。
2.性能特点评估。
本研究还将对该型号测试仪的性能特点进行评估和探究。
通过对其在实际使用中的表现、使用难度、可靠性等方面进行评价，确定其在各个应用领域的优势和局限。
3.应用案例分析。
本研究还将通过案例分析方式，对该测试仪在不同领域的应用进行研究，探究其具体应用场景、应用效果和应用潜力等方面的情况。
并分析市场上竞争对手的产品特点和市场前景，为产品进一步推广提供指导意见。
三、研究方法。
本研究采用的方法主要包括文献查阅、实验研究和案例分析等。
其中，文献查阅是对该产品相关资料进行全面搜集和整理，为后续研究提供准确的数据支撑；实验研究则通过对该产品的实际操作和测试，验证其技术参数和性能特点；案例分析则将该产品应用案例在不同领域进行搜集和整理，进一步了解其市场前景和应用潜力。
四、研究结果。
1.技术参数分析结果。
经过对该型号测试仪的技术参数进行深入分析，发现其在测量范围、测量精度、测试频段等方面均具有一定的优势。
在与同类产品进行对比后，证明其在某些方面的技术性能处于国内领先水平。
2.性能特点评估结果。
通过对该测试仪的性能特点进行评估和探究，发现其在实际使用中具备较高的使用可靠性和实用性，并且具备一定的用户友好性。
在一些特殊的测试场合中，该测试仪的优势更为明显。
3.应用案例分析结果。
通过对该产品在不同领域的应用案例进行分析，发现其已经在一些关键领域得到了成功的应用，具有较好的市场前景和应用潜力。
同时，也发现竞争对手的产品在一些方面存在明显的差距，该测试仪具备发展优势。
基于单片机的相位测量仪设计制作摘要本次设计提出了一种基于8051 单片机开发的相位差测量仪的设计，系统以单片机8051 及计数器为核心, 构成完备的测量系统。
系统可以对20Hz～ 20kHz 频率范围的信号进行频率、相位等参数的精确测量, 测相绝对误差不大于1°。
系统采用液晶1602显示被测信号的频率、相位差。
硬件结构简单, 程序简单可读写性强,软件采用C语言实现。
与传统的电路系统相比, 其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。
关键字：单片机相位差测量 1602The design and implementation of intelligent chargerABSTRACTIn our daily life, mobile phone has become more and more important. We often need to use a mobile phone, phone calls, text messaging, surfing the Internet, watching movies, listening to music, play games, and so on. With large screen and high frequency mobile phone, lithium ion battery becomes more important, the lithium ion battery charger also brought to the attention of the consumers.This product adopts the li-ion battery charger IC MAX1898, through STC89C52RC control can realize prefi lled, fast charging, and constant voltage charge. By setting the other can easily change the charging time, etc., you can also monitor the charging process of each state, as well as the use of 1602 convenient displays information about the charging current. This design implements the circuit is simple, low cost, and charge effect is very good, including the high security, short time-consuming, small damage to the battery, and meet the requirements of general users.Key words: single chip MAX1898 1602目录摘要............................................................................. ABSTRACT ........................................................................... 目录.............................................................................1 绪论 (1)2 设计原理与方案论证 (1)2.1设计要求 (1)2.2方案论证 (2)2.2.1控制部分的方案选择和论证 (2)2.2.2显示模块的选择方案和论证 (2)2.2.3相位测量方案选择和论证 (3)2.3相位差测量原理论证 (3)3 系统硬件电路设计 (3)3.1各单元模块功能分析及模块电路设计 (5)3.1.1 单片机控制模块 (5)3.1.2稳压电路设计 (1)3.1.3相位差测量模块 (2)3.1.4显示模块 (4)4 软件部分设计 (7)4.1C语言的简介 (7)4.2系统软件设计思想 (7)5 仿真调试及结果 (9)5.1硬件的调试 (10)5.2软件调试 (11)5.3P ROTEUS中仿真图的绘制与调试 (11)5.3.1仿真图的绘制 (11)5.3.2仿真结果 (15)5.4设计结果及总结 (15)5.4.1设计结果 (15)5.4.2设计总结 (15)参考文献 (17)致谢 (19)附录 (20)1 绪论在电子测量技术中，相位测量时最基本的测量手段之一，相位测量仪式电子领域的常用仪器。
XXXXXX项目式教学设计报告课程名称：电路综合设计项目名称：单片机数字相位差计的设计专业班级：学生姓名：指导教师：开课时间：报告成绩：数字相位差计的设计与实现摘要随着数字电子技术的发展，由数字逻辑电路组成的控制系统逐渐成为现代检测技术中的主流，数字测量系统也在工业中越来越受到人们的重视。
在实际工作中，常常需要测量两列频率相同的信号之间的相位差，来解决实践中出现的种种问题。
例如，电力系统中电网合闸时，要求两电网的电信号之间的相位相同，这时需要精确测量两列工频信号之间的相位差。
如果两列信号之间的相位差达不到相同，会出现很大的电网冲激电流，对供电系统产生巨大的破坏力，所以必须精确地测量出两列信号之间的相位差。
本设计由STC89C51构成的最小系统，通过外围扩展，精确测量工频电压的相位差，采用LCD1602显示相位差，功耗小，精确度高，稳定性能好，读数方便且不需要经常调试。
关键词：单片机、低频、相位差、LCD一、绪论 1.1课题的意义众所周知，相位是交变信号的三要素之一，而相位差则是研究两个相同频率交流信号之间关系的重要参数。
相位差的测量是电气测量的一项基本内容，其含义为测量两个同频率周期信号的相位差值。
例如某一电路系统输入信号与输出信号之间的相位差，三相交流电两个相电压或两个线电压之间的相位差，相电压与相电流之间的相位差等。
又如，在自动控制理论中，系统的相频特性为在不同频率正弦信号作用下，系统的输出信号与输入信号之间的相位和频率的函数关系。
此外，同频率正弦信号的相位差测量在工业自动化、智能控制及通讯电子等许多领域都有着广泛的应用。
如电工领域中的电机功角测试，等等。
因此相位差的测量是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。
1.2课题要求本设计研究了一种可测20Hz-20kHz 内波形（正弦波、三角波、矩形波）数字相位差测量仪的设计方法。
主要内容是以STC89C51为控制核心，实现对音频范围内的正弦交流信号的相位的测量，可测的信号相位差在0～360︒度范围内，测量精度可达0.1︒。
_____________________ 个人资料整翌_仅限学习使用_基于单片机的相位差测试仪的研究摘要提出了一种基于8051单片机开发的低频数字相位差测量仪的设计。
系统以单片机8051及计数器，显示管为核心，构成完备的测量系统。
可以对1Hz〜1000Hz频率范围的信号进行频率、相位等参数的精确测量，测相绝对误差不大于1°采用数码管显示被测信号的频率、相位差。
硬件结构简单，程序简单可读写性强，软件采用汇编语言实现，效率高。
与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。
关键词：相位差；单片机；计数器；数码显示管Designsof Low frequency Digital PhaseMeasurement Based on Single ChipAbstractA new ki nd of low - freque ncy digital phase measureme nt in strume nt is reside nted which isbased on 8051.This is a complete system whose core is based on sin gle chip 8051 and arithmometerand charactr on .It may measure the freque ncy and phase of the sig nal which beg in from 1 Hz to _____________________ 个人资料整翌_仅限学习使用_1000Hz, absolute error is not more than 1 The data are displayed on numeral displayer. Hardware structure is simple and software is realized by compiling Ianguage. Compared with traditional circuit, it has many adva ntages of faster process ing speed, good stability and high ratio betwee n property and price.Keyword: phase difference single-chip compute; . Arithmometer；charactron tube目录个人资料整理仅限学习使用第一章绪论1.1背景介绍在实际工作中，经常会遇到需要检测两个信号之间的相位差，这也是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。
在某些领域，精确地测量两个信号之间的相位差，具有很重要的意义。
相位检测和数据判决技术是电力系统自动控制和谐波分析与控制的关键技术，相位差的测量是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面，例如在电工仪表、同步检测的数据处理以及电工实验中，常常需要测量两列同频信号的相位差。
当电力系统中电网并网合闸时，要求两电网的电信号之间的相位相同，这就需要精确测量两列工频信号的相位差。
传统的测量方法很多，有示波器测量法、转化为时间间隔法、电压测量法、零示法等。
有的相位计随着频率的变化其误差呈规律性变化，当工作频率变化较大时，其误差的变化远远超出了允许的范围随集成电路技术的发展，单片CPU的普及,用单片机组成的数字相位测量电路具有精度高、成本低的优点，日益受到人们的重视。
目前数字相位测量电路常采用过零比较法，此法受信号频率、时钟频率影响较大，在干扰较强时检测的准确度不够高。
1.2本设计的内容要求及方法本次设计的要求是基于单片机设计出能够测试出两同频信号的相位差，并且具有可调移相电路，该系统完成后将使被测电压，频率，相位信号幅值范围分别为1mV- 220V, 1HZ- 1000HZ被测信号差范围0 360。
测量误差小于1°。
该系统分为小信号部分，测试处理部分和显示部分。
本文介绍的检测方法不受信号频率的影响，准确度、稳定度好于过零比较法。
第二章小信号处理的构成及基本原理2.1 信号处理模块本文设计最大的特点是将两路信号通过74LS74双稳态触发器转换成一路脉宽信号，而脉宽的宽度为信号的相差,使得软件编程变得非常方便，也提高了精度•通过集成函数发生器产生两个频率可变的正弦信号波A和B,其中B言号接移相网络，产生滞后或超前的相位，此时，将A, B两信号通过稳压管限幅以达到合理的输入，经放大器放大、限幅，过零比较器整流等环节，形成较稳定的脉冲信号，然后接入异或门，提取滞后或超前的相位差所对应的脉冲信号，再通过计数器分别测量该相位差所对应的脉冲宽度Tx,以及周期Tnv或者fn ），整个计数器的工作状态由单片机控制，然后将Tx，Tx,输入单片机进行运算处理， ____ |，最后由共阳极数码显示管显示出信号B滞后于或超前于A勺相位和及其频率fn。
信号处理模块主要是对信号进行滤波，滤除干扰并进行适当的放大、整形、限幅，它与整型模块一同构成信号预处理电路，输出TTL电平,为相位差的检测作好准备.采用同相滞回比较器，以减小外加干扰，提高测量仪灵敏度，提高精度，同时增大输入阻抗•本例采用快速性能较好的LP311作比较器，以适应高频信号的测量要求,提高反应速度和测量精度•此电路还有过压保护的作用2.2具体方案论证2.2.1数字式相位测量仪方案一：采用单片机实现数字相位测量。
将两路输入信号分别通过放大，整形，过零比较，然后分别输入到单片机的两个外部中断，一个中断开启定时器，另一个中断关闭定时器，通过读取定时器值即可得到相位差。
该方案采用外部器件较少，电路简单。
但是，51系列单片机速度较慢，难达到相位绝对小于1 °的要求。
方案二：采用相差-电压测量法。
即通过数字鉴相器，如异或门鉴相电路输出相差脉冲，经过低通滤波器滤出直流成分＜含相位信息）。
此方案解决了模拟鉴相的频带限制，但测相精度不高。
方案三：如图-1采用单片机和计数器实现数字相位测量。
将两路输入信号分别通过放大，限幅，过零比较，再将两路整形后的信号输入到异或门，所得脉冲的宽度可以反映相位差的大小。
因为采用较高频率的晶振，因此对极小的相位差也能检测到。
且利用四个计数器和一个D触发器还可以对一路输入信号进行等精度测量，克服了单片机在低频或高频部分土1所引入的较大误差，提高了资源的利用率。
采用计数器和单片机实现，因为资源要求不高，所以采用资源相对较少，抗干扰能力更强，更便宜的计数器实现。
比较上述三种方案，方案一，方案二达不到设计要求，故采用方案三,222.移相网络移相可以有数字移相和模拟移相两种方案。
方案一：数字移相，单片机或FPGA空制高速ADC对一个周期内的信号进行多次采样，将数据保存在高速RAM中。
然后根据需要移相的大小，对量化数据的地址加上一个相位偏移量后输出。
该方案的优点是相移量可以很大<0°〜360°都可），并且精度高，数字控制方便。
但是一个周期内需要采样较多点，< 在20KZ下，为证1°的增量，必须采样360个点），对ADC速度，RAM速度要求高。
方案二；模拟移相，由R, C组成移相网络进行移相。
相移网络的基本组成单元电路如图其中图（a>, 超前移相网络，图<b）为滞后移相网络，通过电压跟随器隔离后用电位器合成，可以得到-90。
〜+90°任意相移角度。
图-2由于方案一实现难度较大，且价格比较昂贵，考虑到实际应用笔者采用方案二。
只有输入信号的频率与RC网络的谐振频率相同时，才有45°的相移，所以当输入信号频率变化时, RC网络也应有不同的转折频率。
根据公式C-2-1C-2-2推导可得取电容为44回＜由两个22匡并联），当输入信号频率为100HZ时，由公式（C-2-1＞得,,取R=36K Q ;当输入信号频率为1KHZ时，同理可得R=3.6189K Q取R=3.6K Q。
从公式＜C-2-2）中看到，输入信号的幅度有所下降，所以在输出后采用相同放大器，放大倍数为2。
实际测试时相位只有-43〜+45°，误差主要是电阻，电容误差产生。
调整滞后移相部分的电容为54回.，超前移相部分的电容为30回.，实际测量移相范围为-51 °〜50°，交好满足了题目要求，因为要求最后的输出信号峰峰值在1m\〜200V内变换，因此最后接电位器进行幅度衰减调节。
2.2.3信号发生器方案一：采用传统的直接频率合成器，在通过移相网络移相输出。
这种方法能快速实现频率变换，具有低相位噪声以及所以方法中最高的工作频率。
但由于采用大量的倍频，分频，混频和滤波及移相环节，导致结构复杂，成本高，容易产生杂散分量，且难以实现相位差1°的精度。
方案二：采用直接数字频率合成＜DDF$技术。
DDFS的工作原理是用高速ROM存储所需波形的量化数据，按照不同频率要求，用频率控制字M为步进对相量增量进行累加，按照不同相位要求，用相位控制字K调节相位偏移量，用累加相位值加上相位偏移量后作为地址码读取存放在存储器内的波形数据。
经过D/A转换，滤波即可得到所需波形。
DDFS具有相对带宽很宽，频率转换时间极短，相位误差小，合成波形失真度低的优点。
通过控制频率控制字M和相位控制字K,可以很方便实现频率10HZ步进和相位步进1°。
但是因为要用高速ROM?放正弦波形数据，占用较多资源，同样存在价格昂贵的情况。
方案三：采用集成函数发生器。
集成函数发生器能够很方便的产生所需要的正弦波形，而且通过调节电阻的阻值可以调节输出频率的变化，稳定性也不错。
通过比较上述三种方案的优缺点，结合实际情况，笔者决定采用第三种方案。
为了得到20KHZ的方波脉冲，笔者应用集成函数发生器8038并取电容C为1PF,变阻器的昭、％最大值为10K Q。
这样就笔者得到所需要的方波脉冲。
如图-3所示。
为了实验方便，笔者还用另外一片8038作为所要检测的信号的发生器＜正弦波），产生1HA1000HZ的正弦波，取 R M、电的最大值为Q ,电容C为1PF。
图-32.3方案细化2.3.1、数字式相位测量仪＜1）小信号处理部分整体结构图小信号部分主要由放大，放大限幅，电平转换，数字整形四部分构成。
由于输入的两路信号幅度不确定，频率不确定，边沿不够陡峭，而计数器和单片机测频测相是相对TTL电平＜数字信号）进行的，因此，我们必须对输入信号进行放大整形。
电路及参数如图-4所示。
图—4如图4所示，由放大器，高速比较器LM311、触发器组成.它将被测移相网络的输入模拟待测信号U1 和被测移相网络的输出信号U3变成数字方波信号U2和U4 ,送至异或门处理.显然,U1和U3是同频不同相的信号,相应信号的波形如图—5所示.电路中的运放都采用LF353,它有10M带宽，很好地满足设计要求。
