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相位测量仪方案方案一：单周波计数法。
将有相位差的两路方波信号进行”异或”后作为闸门，在高电平时，利用外部高频信号进行计数，在下降沿将数据读出，低电平时对计数器清零。
设晶振频率为f c，测得信号的频率为f r，计数值为N，则相位差phase 为phase =+ N 180°方案二：定时间计数。
将高频时钟信号和两路信号异或得到的信号进行“与” 在设定时间s内利用其上跳变沿计数，设高频时钟频率为f c，计数值为N，则N °phase 180sf c方案三：多周期同步计数法。
设被测信号的频率为f,则将一被测信号进行f i倍（f取整）分频，则在f i周期内（保证测量时间在1s左右），被测信号异或与参考高频信号相与的信号sin gall的计数为N i,同时期参考高频信号的计数为N，则phase =山180°N以上三种方案都可以采用一个D触发器将相位测量的相位扩展到0°-360°。
方案一需高速时钟，按题目要求，在20kHz信号时的相位差分辨率为0.1°,则要求时钟最少为72MHz，实现困难。
而方案二测量时间段一定，存在遗漏0~1个周波的情况，从而引入较大的误差。
方案三的读数与异或得到的信号同步，不存在遗漏问题，误差很小，故采用此方案。
相位测量方案方案一：采用脉冲填充计数法。
将正弦波信号整成方波信号，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。
方案二：鉴相部分同方案一，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。
通过两片计数器同时对该脉冲序列以及基准源脉冲序列进行计数，一路方波信号送入单片机外部中断口，作为控制信号控制两片计数器。
得到的两路计数值送入单片机进行处理得相位差值。
相位测量仪摘要：本设计以单片机和可编程逻辑器件FPGA为控制核心，实现数字信号的产生、逻辑信号的采集和示波器的显示。
系统主要由三个模块组成:信号发生，数据采集与波形显示。
本设计经过单片机产生逻辑信号，利用FPGA作为数据处理器和DAC控制器，能准确、清晰的在模拟示波器上显示出逻辑波形、触发标记、光标。
利用键盘输入和液晶显示，能实现逻辑预设和触发模式设置。
经验证，本方案完成了全部基本功能和扩展功能。
关键词：逻辑分析仪可编程逻辑器件单片机Abstract:The design of the microcontroller and FPGA programmable logic devices for the control of the core, digital signal generation, logic signal acquisition and oscilloscope display. System consists of three modules: signal, data acquisition and waveform display. After the microcontroller generates the logic signal design , as a data processor using FPGA and DAC controllers , accurate, clearly shows the logic waveforms. The use of keyboard and LCD display , and to achieve pre-trigger mode logic. Proven, the program completed all the basic features and extensions. Keywords:logical link control Programmable logic devices MCU一、方案设计与论证1、数字式移相信号发生器方案一：采用FPGA实现DDS直接频率合成技术。
Multisim仿真软件的相位差测量方法Multisim是一款功能强大的仿真软件。
它拥有丰富的工具和模块，能够实现各种电路的设计、仿真和分析。
其中，相位差测量是电子工程中常用的一种测试方法，也是Multisim中的一项基础功能。
本文将介绍Multisim如何进行相位差测量。
一、相位差的概念和测量相位差是指两个信号之间的时间延迟。
在电子工程中，相位差常用于比较两个信号的相对时间位置，用来判断是否符合预期的设计要求。
如果相位差符合预期，那么电路就可以正常工作，如果相位差不正确，则可能会导致电路出现故障或者严重失效。
在Multisim中，相位差是指两个信号的相对相位差，通常用角度（degree）或者弧度（radian）表示。
相位差可以通过两个信号在时间轴上的差值来计算。
如果两个信号的周期相同，则相位差可以用信号的相位角（phase angle）来表示。
相位差的表示方法有很多种，下面是一些常用的表示方法：1. 角度表示：相位差可以用角度表示，通常用degree表示，一个周期为360度。
2. 弧度表示：相位差可以用弧度表示，通常用radian表示，一个周期为2π（约等于6.28）。
3. 周期表示：相位差可以用周期表示，用一个信号的周期表示另一个信号的相位延迟，通常用T表示。
4. 时差表示：相位差可以用时差表示，即两个信号之间的时间差，通常用t表示。
二、Multisim中的相位差测量方法Multisim中提供了多种方法来测量相位差，下面是一些常用的方法：1. 用示波器测量相位差示波器是电子工程中经常用来测量信号的一种仪器。
在Multisim中，示波器也可以用来测量相位差。
首先，需要将两个信号分别输出到示波器中。
然后，可以使用示波器中的相位差测量功能来计算相位差。
具体步骤如下：1. 将示波器拖入工作区，并将两个信号线分别连接到示波器上。
2. 点击示波器，进入示波器的设置界面。
3. 在设置界面中，可以选择要测量的信号，以及相位差计算的方式。
电气测量技术单选题100道及答案1. 电气测量的主要对象不包括（）A. 电流B. 磁场强度C. 电功率D. 声音答案：D2. 测量直流电流时，通常采用（）A. 电磁式电流表B. 磁电式电流表C. 电动式电流表D. 感应式电流表答案：B3. 磁电系仪表的特点是（）A. 准确度高B. 灵敏度低C. 过载能力强D. 刻度不均匀答案：A4. 测量交流电压时，常用的仪表是（）A. 磁电系电压表B. 电磁系电压表C. 电动系电压表D. 以上均可答案：C5. 电动系仪表的刻度特性（）A. 均匀B. 不均匀C. 前密后疏D. 前疏后密答案：A6. 万用表测量电阻时，指针偏转在（）范围，测量结果较准确。
A. 接近满刻度B. 接近零刻度C. 中心刻度附近D. 任意位置答案：C7. 功率表的读数是（）A. 电压与电流的乘积B. 电压、电流和功率因数的乘积C. 电压与电流有效值的乘积D. 电压、电流有效值和功率因数的乘积答案：D8. 测量精度最高的电桥是（）A. 直流单臂电桥B. 直流双臂电桥C. 交流电桥D. 以上都一样答案：B9. 示波器主要用于观测（）A. 电压的瞬时值B. 电流的瞬时值C. 电阻的阻值D. 电容的容量答案：A10. 用示波器测量交流电压的峰值时，应将Y 轴灵敏度旋钮置于（）A. 最大B. 最小C. 适中D. 任意位置答案：A11. 数字式万用表测量电压时，其测量值为（）A. 最大值B. 有效值C. 平均值D. 瞬时值答案：B12. 互感器的作用不包括（）A. 扩大测量范围B. 使测量仪表标准化C. 隔离高电压D. 提高测量精度答案：D13. 电流互感器二次侧严禁（）A. 开路B. 短路C. 接地D. 接电阻答案：A14. 电压互感器二次侧严禁（）A. 开路B. 短路C. 接地D. 接电容答案：B15. 兆欧表主要用于测量（）A. 电阻B. 电容C. 电感D. 绝缘电阻答案：D16. 测量接地电阻通常使用（）A. 兆欧表B. 接地电阻测试仪C. 万用表D. 钳形电流表答案：B17. 电能表的作用是测量（）A. 电功率B. 电能C. 电压D. 电流答案：B18. 感应式电能表属于（）仪表。
测控电路设计专业：测控技术与仪器班级：11050341姓名：学号：数字相位差测量仪的设计1.设计思路相位差测量仪主要是由锁相环PLL产生3600倍频基准信号和移相网络的基准信号与待测信号进行异或后的信号作为计数显示器的控制信号。
2.设计方案2.1方案设计将被测信号送入移相网络，经RC移相、LM324隔离放大，产生两路信号，一路为基准信号经过波形转换，另一路为移相后的信号。
分别经过波形转换、整形、二分频送给相位测量模块。
基准信号fr经过放大整形后加到锁相环的输入端，锁相环的反馈环路中设置一个N=3600的分频器构成一个3600倍频器，使输入的基准信号fr经过锁相环后频率变为原来的3600倍，但相位与基准信号fr 相同，输出信号用做计数器的时钟基准信号。
被测信号fs经过放大整形并二分频得到的二分频信号与基准信号fr的二分频信号经过二输入异或门得到的输出信号作为计数控闸门制信号，使计数器仅在基准信号fr与被测信号的相位差间隔内计数，计数器计的数值即为基准信号fr与被测信号fs的相位差。
2.2 设计原理框图图1 原理框图由原理方框图可以看出，所要设计的电路的主要由移相网络、放大整形、倍频、计数显示四大部分构成。
下面将从这三大部分着手设计电路3.电路设计3.1移相网络部分图2 移相电路移相网络是由二节RC超前或滞后移相网络、集成运算放放大器组成的电压跟器和运放组成的。
一节RC电路如图所示。
由它的相量图可知超一个相角φ，，当f →0时，φ→90°；f →∞时，φ→0。
这说明：一节RC 电路最大相移不超过90°，不能满足相位平衡条件。
若两节RC电路最大相移虽可接近180°，但此时频率必须很低，从而容抗很大，致使输出电压接近于零，所以本电路又加了电压跟随器和放大器。
3.2放大整形电路在设计这个部分的电路时，要考虑到不能使基准信号和被测信号不发生相对相位移动的问题，基准信号和被测信号在设计的放大整形电路中所引起的附加移相是相等的，所以原理方框图A1和A2要用相同的电路。
• 93•数字式相位测量仪是用数字形式显示两个同频信号之间相位差的仪器，是一种具有读数方便、精度高、测量速度快的电子仪器。
本文基于RS触发器检相原理，以可编程逻辑器件FPGA和单片机STM32为核心，通过对被测量信号的整形处理、数据采集、运算控制、显示等电路功能设计，最终实现了一个数字式相位测量仪系统。
引言：目前，随着社会经济的迅速发展与科技的不断进步，在各种测量方面对测量仪器的测量精度与整体性能的要求不断提高，越来越崇尚数字式的测量仪器。
由此可见，传统的模拟式测量仪器已无法满足现社会的需求，而在相位差测量方面的研究更是不容乐观；因此，对高精度的相位差测量的研究和相位差测量系统的设计，刻不容缓。
所以，本文设计了一台高精度的数字式相位测量仪。
本测量仪可以测量频率范围为10Hz ～100kHz 、信号峰峰值范围为 0.5V-5V 的任何两路同频率周期性波形的相位差及其频率，测量两路信号相位差的范围为 0°至359.9°，测量绝对误差小于1°；其频率测量绝对误差小于等于0.1Hz 。
1.总体框架本系统主要分为四大基本部分组成：LM393滞回比较器的整形电路、FPGA 数据采集与计数电路、RS 触发器数字电路和STM32数据拟合处理与显示电路。
系统设计中，可编程器件FPGA 采用等精度测量原理对经整行后的信号进行测频，采取其频率信息，同时对两路待测同频信号进行RS 触发器处理并通过计数器对两路待测同频信号相位差所对应的时间差进行测量。
单片机STM32通过与FPGA 进行SPI 通信，读取FPGA 测量得到的数据，并根据读取得到的数据进行计算两路待测同频信号之间的相位差及其频率，同时对数据进行多次测量与验证后，通过MATLAB 对数据进行拟合优化，最终通过使用人机界面友好的TFT 屏显示出来待测信号的相位差信息以及其频率信息。
总体框图如图1：图1 总框图1.1 LM393滞回比较器的整形电路的设计本系统中使用了两个精密运算放大器对两路信号进行放大或衰减，使两路待测输入信号的输入电压范围变宽，从而实现0.5V 到5V 的输入电压输入；滞回比较器在单限比较器的基础上引入了正反馈网络和上拉电阻，使其的门限电压随着输出电压Uo 的变化而改变，从而，使滞回比较器具有避免过零点多次触发的现象、提高了其抗干扰能力；因此，本系统采用了基于LM393的滞回比较器对放大或衰减后的信号进行整形，使两路待测输入信号变成方波信号，便于FPGA 对输入信号的信息采集，减少了FPGA 的计数误差，更准确地测出两路待测信号的相位差及其频率。
数字式相位差计数字式相位差计是一种专业的测量设备，用于精确测量电路中的相位差。
相位差是指两个信号之间的时间差或相位角度差。
在许多电子和通信应用中，准确测量相位差对于确保系统的稳定性和性能至关重要。
数字式相位差计的工作原理基于数字信号处理技术，它将输入信号转换为数字形式，并利用数字处理算法来计算相位差。
相比于传统的模拟相位差计，数字式相位差计具有更高的精度和稳定性。
数字式相位差计通常由两个主要部分组成：输入模块和数字处理单元。
输入模块负责接收和转换输入信号，通常采用模拟到数字转换器（ADC）将模拟信号转换为数字形式。
数字处理单元则利用数字信号处理算法来计算相位差，并将结果显示在数字显示屏上。
在数字处理单元中，常用的相位差计算算法包括FFT（快速傅里叶变换）算法和相关算法。
FFT算法通过将信号转换到频域进行计算，可以获得较高的精度和频率分辨率。
相关算法则通过计算信号的相关性来确定相位差，适用于某些特定的应用场景。
数字式相位差计的优势在于其高精度和灵活性。
由于数字处理算法的优化和数字信号处理器的高速运算能力，数字式相位差计可以实现非常高的测量精度。
另外，数字式相位差计通常具有更多的功能和选项，例如自动测量、数据存储和通信接口等，可以满足不同应用的需求。
数字式相位差计在许多领域中得到广泛应用，特别是在通信和雷达系统中。
在通信系统中，数字式相位差计可以用于测量信号的传输延迟和相位偏移，以确保数据的准确传输。
在雷达系统中，数字式相位差计可以用于测量目标的距离和速度，以实现精确的目标追踪和定位。
总之，数字式相位差计是一种专业的测量设备，具有高精度和灵活性。
它通过数字信号处理技术来实现对电路中相位差的准确测量，广泛应用于通信、雷达等领域。
随着技术的不断进步，数字式相位差计将在更多领域中发挥重要作用，并为电子和通信系统的发展提供支持。
数字显示式相位差测量仪的设计方法
作者：黄冬梅梁荫
来源：《中国新技术新产品》2009年第04期
摘要：随着数字电子技术的不断发展，由数字逻辑电路组成的控制系统已逐渐成为现代检测技术中的主流，由于数字测量系统采用数码管显示相位差、精确度高、稳定性能好、读数方便且不需要经常调试，所以数字式测量仪逐渐代替了原来的模拟式仪器，被广泛应用各种实时控制系统之中。
关键词：相位差；检测；误差；单片机
数字显示式相位差测量仪是利用MAX7219外界微处理器实现数码显示。
当两列同频率信号经过整形电路比较电路后，输出两列方波，然后通过微处理器对其进行处理，计算出两列信号的相位差，再向显示控制器下达显示指令，产生使LED显示器显示数码的电平，达到利用数码管显示相位差的效果。
这里，采用单片机的计数功能对输入脉冲进行计数，使计数器仅在两信号的相位差期间计数。
其功能：先将计数器进行清零，接下来检测输入脉冲的上升沿，若上升沿到，则计数器开始工作，当下一个信号的上升沿到来时，计数器便停止计数，将计数器的结果送入锁存器进行锁存，再对计数器进行清零，这样，可以使计数器在下一次能正常工作。
该电路必须加计数锁存器，否则显示器上的数字会随计数器的状态变化而变化，所以要想稳定地显示测量结果，计数器的计数结果必须经锁存器锁存。
下图为其原理框图：
1 相位差测量的概念、方法和误差：
1．1相位差的概念：
振幅、频率和相位是描述正弦交流电的三要素。
以电压为例，设φ=ωt+φ0,称瞬时相位，它随时间改变，φ0即是t=0时刻的瞬时相位值。
两个角频率为ω1、ω2的正弦电压分别写为
，则其瞬时相位差θ=（ω1-ω2）t+(φ1-φ2),显然，两个角频率不相等的正弦电压（或电流）之间的瞬时相位差是时间t的函数，它随时间改变而改变。
当两正弦电压的角频率
ω1=ω2=ω时，则θ=φ1-φ2。
由此可知：两个频率相同的正弦量间的相位差是常数，并等于两正弦量的初相之差。
1．2 相位差的测量方法：
相位差测量方法很多，本方法需将两列信号转换成方波，通过微处理器计算得到相位差。
首先利用两列同频率输入信号与零电位相比较，反相输出各自的方波，然后将两列波形进行比较，形成脉冲通过微处理器，由其定时器检测到第一个脉冲的上升沿后进行定时计数，再进入等待输入程序，可随时监测下一个脉冲的上升沿。
CPU将两个脉冲的上升沿产生的时间差转化，利用程序设计计算出相位相差的度数，再调用显示子程序，并且通过数据传输向显示驱动器发出显示对应度数的数码管地址指令，完成显示相位差的全部过程。
1．3 误差分析：
信号通过前级电路时会产生信号衰减和单片机处理器在计数时也可能产生计数误差，这样就会导致测量时产生的误差。
单片机处理器的晶振为12MHz，则机器周期为1μS,当输入信号为50Hz,而一个周期为 ,由比例关系得： ,所以当信号从单片机处理器P1.0、P1.1口输入时，比例关系为,即单片机计数时产生误差为，满足所设计的要求。
2总电路的设计：
2．1电源部分：
+5V电源设计：始端电压经变压器处理后电压为15V,利用LM2576稳压器产生5V的电压。
正负15V电源设计：由于比较器中运放需工作电压为 V，可用变压器原220V交流电压降为15V交流电压，在此用D1～ D4进行单项桥式整流，再经C型滤波电路滤波，消除干扰，在三端固定式集成稳压器LM7815、LM7915的作用下，得到稳定的正、负电源。
2．2小信号放大电路和欠压指示电路：当输入信号低于10mV时，首先经过U2A增加电路的输入阻抗，减少输出阻抗，然后由反相比例放大器U3A，将信号放大。
在U3A中，Uin-输入电压,Uout-输出电压，K为增益，若选K=100,令R6=1KΩ，则R8=100 KΩ,保证输出电压达到饱和状态。
该放大器的输出电压经二极管、T型滤波电路的滤波，得正向电压加在U4A 的反相端，若电压高于同相端的电压时，其输出端将出现高电平，发光二极管中便有电流流过，发光做出欠电压指示。
2．3过压保护电路：若被测的输入电压信号超出20V电压，考虑到这个因素，电路中装入了过压保护装置。
当输入电压超出20V时，则其峰值电压为28.3V，应选择3个6.2V稳压管和1个9.1V稳压管，再加上二极管工作时的管压降0.7V,当UA达到3x6.2+9.1+0.7=28.4V
时，过压保护电路中的运算放大器U1A工作。
二极管D15中有电流通过，产生自锁，使输出电压为高电平15V，三极管Q1基极中有电流流过，使继电器J1、J2线圈得电，常闭开关动作断开，将电路与输入信号切断，其过压保护作用。
2．4整形电路：正弦输入信号加在电压与比较器U7A的反相端，将其同相端接地作为参考电压，这时运放处于开环工作状态，具有很高的开环增益，输出端输出的为反相方波。
如果输出电压高于运放工作电压15V时，运放将其限幅在工作电压内。
2．5单片机系统设计：
系统硬件设计：采用显示驱动器MAX7219作为显示的主要控制器件，使LED显示器以数字形式显示所测得的同频信号相位差。
这里MAX7219按5个控制寄存器规定的方式对待显示的数字自动扫描显示，所以在显示程序之前，必须初始化5个控制寄存器。
对于MAX7219的控制，采用了微型处理器控制技术，利用AT89C52对它进行操作。
将由比较器送来的信号经过CPU处理后，向MAX7219发出指令，LED显示器根据输出的电平，显示所测得的相位差。
所有LED显示器的同名端连接在一起并与7219的同名端引脚（SEG X）相连，各LED显示器的阴极分别与7219的相应字引脚（DIG X）相连。
先是数据串行输入7219，移位存入数字寄存器，片内多路扫描电路顺序扫描，随时选通各字，被选通字的引脚置为低电平，LED
发光显示数字，未被选通的字引脚就保持高电平。
系统软件设计：两路模拟信号经过稳压、保护电路、射随、放大、比较电路后，输出方波送到单片机。
单片机接到两电路方波信号后，通过对两路脉冲的计数比较后，测试出两列周期脉冲之间的差值。
通过计算，测试出相位差值，再经2-10进制的转换后，在LED上显示出来(编程略)。
软件设计应注意：对于LED的驱动电路MAX7219来说，首先应分析好它们的时序关系，也就是LOAD、DIN、CLK这三个信号的关系；对于单片机AT89C52，在完成其初始化之后，剩下的任务就是对在采集的数据进行处理，这是一个比较关键的任务。
2．6从仪器的整体性能上分析，可以达到下列各项指标：当两个工频信号的相位差为时，测量的精度为，当相位差超过时，测量精度为。
当频率达到1000Hz时，通过微型处理器，可把其带来的测量误差降到最低点，使仪器的适用范围增大。
利用数码管的显示功能，实现了五位显示，准确度可达98%～99%，减少了人为读数的误差，提高了测量的准确性，并且通过微型处理器的动态处理功能，当有外加信号输入时，会立即对其作出测量。
当输入信号超出20V时，由继电器动作，实现了对仪器的过压保护作用；当输入信号低于10mV时,由发光二极管提供欠压指示功能。
在输入撤销后，通过复位按键解除了继电器的动作，以备下一次测量能顺利完成。
考虑到输入可能低于10mV，可将信号输入的最低限降到2mV，这种情况下还能测出输入信号之间的相位差值。
测量仪的输入阻抗可达1MΩ,输入电容小于20pF,这样提高了测量仪器的精度对仪器起到了保护的作用，预防了意外输入的超大信号对仪器内部产生破坏性损害，使其能够长期工作在良好的状态。
结束语：本装置经制作、实际使用，具有可靠性强、精确度高等特点，特别适用于工业生产中。
本文总电路图略
参考文献
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作者简介：黄冬梅，女，硕士，从事电器控制的研究。
梁荫，女，本科，从事自动控制。
