基于单片机的数字相位差测量仪

格式：pdf
大小：191.50 KB
文档页数：3

下载文档原格式

/ 3

单片机相位差测试仪研究报告

_____________________ 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。

单片机相位测量仪

断并分别进行处理和计算。图３主程序流程图图４中断暇务程序流程图
结语
９８８该系统电路结构简单，可靠性强，显示稳定，测量空航天大学出版社，１９．．
Hale Waihona Puke 精度高，辨率可达０３。，Ａ以下的负载电流可直接分．６５０
在Ｔ内允许时钟脉冲计数，则形成相位差中（和基准信ｔ）号。该系统的核心为８９单片机。利用其高速输入单元０８ＨＩ够检测和记录事件的特点，表示相位差的脉冲信Ｓ能将号中（和反应周期Ｔ的基准信号分别从ＨＩ、ＨＳ．输ｔ）Ｓ．０Ｉ１
维普资讯
／，一
Ｉ＼设方善一、
圜囚因园园
单片机相位测量仪
宝鸡文理学院电子电气工程系张正喜
一一
攘本文介绍了０ｏ８｛￣￥８单片机实＿荦信号１９毋两誊乒相位疆的碑，哽懂＾轭件？萼呻琴其特．。统与由复最该系ｌ ◇ 路或５系单片成的＇枣电１列够ｌｌ量系统比，有摩高智匏相速亿电单工靠特。具路简作可等点
程序流程如图３示，成系统初始所完
化，Ｉ和ＨＳ．输入，冲区设置，ＨＳ．０Ｉ１缓
平均周期数Ｎ的判断，位角计相算，断开放与禁止，用数据处理中调

基于单片机的相位测量仪电路设计(完整版)

第
相位测量仪是电力部门、工厂和矿山、石油化工、冶金系统进行二次回路检查的理想的高精度仪表。尤其适用于电能计量、用电检查、继电保护、差动检测、电力建设和变送电工程等。是电力系统各部门的必备仪器之一。
1.1
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。随着相位测量技术广泛应用于科学研究、实验、生产实践等各个领域，对相位测量技术的要求也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、机械等部门具有非常重要的意义。
矢量法：任何一个正弦函数都可以用矢量来表示，如各个正弦信号幅度相等、频率相同，运算器运用减法器合成得到矢量的模．矢量法用于测量小角度范围时，灵敏度较好，可行度也较高；但在180°附近灵敏度降低，读数困难且不准确．由于系统输出为一余弦或正弦函数，因此这种方法适用于较宽的频带范围。
上述3种测量相位的方法各有优势，从测量范围、灵敏度、准确度、频率特性和谐波的敏感性等技术指标来看，过零检测法的输出正比于相位差的脉冲数，且易于实现数字化和自动化，故本研究采用过零检测法。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
第
本设计中，相位测量仪主要是对被测网络的输入、输出信号的相位差进行测量。这样的两路待测信号为同频不同相的正弦交流信号，频率范围为20Hz-20kHz，幅度为0V～500V。相位差测量的基本原理为：对信号波形的变换、比较及相关数学运算。即对于被测信号是同频不同相的两路正弦交流信号，为了准确地测量出该相位差，需要对输入信号的波形进行整形，本设计利用LM339组成整形电路，使输入信号变成矩形波信号，再经异或门组成的鉴相器电路，输出即为相位差信号，再结合单片机的数据处理功能，最后通过液晶即可显示出该相位差。由于单片机的工作电压在5V左右，所以在进行相位测量前，还需将被测信号进行分档降压处理。

CPLD低频数字相位测量仪的设计

包括数字移相信号发生器和相位测量仪２部分，分别完成移相信号的发生、频率与相位差的预置、数字显示、号的移相以信
及移相后信号相位差和频率的测量与相识等功能。中数字式移相信号发生器可以产生预置频率的差值；其相位测量仪可
以测量和显示相位信号的频率、位差。相
厂一
后，将波形整形电路的２０］厂厂厂厂］］
图１波形变换示意图
的功能，用以产生相位测量仪所需的输入正弦信号。其
技术要求指标：率范围２Ｈｚ～０Ｈｚ频率步进为频０２ｋ，
２Ｈ，０ｚ输出频率可预置；相位差范围为０３９，～５。相位差
（具有设定保存功能。５）
实现相位、频率的测量，并且具有独自的控制功能和数
字显示功能。
１１系统硬件结构．
首先将被测２列正
弦信号Ａ、Ｂ经平滑滤波
后，入过零比较电路，输
Ａ
１系统硬件设计
总体要求：（）有相位测量功能，１具即相位测量仪的功能。其
传感及检测仪表
ＣＬ低频数字相位测量仪的设计ＰＤ
朱红梅，美君潘
（海西部矿业铅业摘
要：绍了一种基于复杂的可编程逻辑器件（Ｌ和高速单片机ｓｃ８ｃ８介ＣＰＤ）Ｔ９５的低频数字相位测量仪。该测量仪
京航天航空大学出版社【］白英彩．型计算机常用芯片手册【．海：海科学３微Ｍ】上上

基于单片机和FPGA的低频数字相位测量仪研究

设计与分析、
２１信号整形电路的设计．由于输入信号幅值、频率都是变化的，以必须对信号进行整所形处理。最简单的信号整形电路就是一个单门限电压比较器。当输人为正弦波时，信号每过一次零，比较器的输出端会产生一次电压跳变，由于它的正负幅值均受到供电电源的限制，但因此输出的电压波形是一个具有正负极性的方波，这样就完成了电压波形的整形。但该整形电路抗干扰能力比较差，会在信号过零点时发生多次触发的现象，而影￣ＦＧ从ＰＡ计数，使单片机无法准确计算出数值。为避免发生干扰，本系统使用两个引入正反馈网络的施密特触发器组成的整形电路，以有效地提高抗干扰能力。中为保证输入电可其路对相位差测量结果不带来误差，这里必须保证两个施密特触发器的门限电平是相等的Ｄ。】２Ｐ．ＦＧＡ数据采集电路的设计２ＦＧＰＡ数据采集电路测量正弦波信号频率的原理是：在正弦波信号整形后得到的方波信号的一个周期内，对周期为Ｔ秒的数据ｃ采样信号进行计数，将其计数结果除以Ｔ，到的就是被测正弦波ｃ得信号的频率，单位为Ｈｚ测量正弦波信号周期的原理是：。同样在整形得到的方波信号的一个周期内，对周期为Ｔ秒的数据采样信号ｃ进行计数，其计数结果乘以Ｔ，是被测正弦波信号的周期，ｃ就单位为秒。Ｐ数据采集电路的功能是实现将待测同频正弦波信号的周ＦＧＡ期、相位差转变为ｌ位的数字量。９测量两个同频正弦波信号的相位差，关键是要测出两个同频信号起点之间的时间差 △ｔ则根据 △ ， △ｔ６。ｔ ×３０／即可求出相位差 △由，因此测量正弦波信号相位差原理与测量周期的原理相似。根据以上设计思想，ＰＡ数据采集电路可设计成时钟信号分ＦＧ频模块ＦＱ，Ｐ测量控制信号发生模块ＫＺＸＨ，被测信号有关时间检测模块ＳＪ数据锁存模块ＳＳ和输出选择模块ＳＸＺＪＣ，ＪＣＣ五个模块，

应用8051单片机IP设计相位测量仪

应用8051单片机IP设计相位测量仪摘要:本设计应用SOPC和8051单片机IP技术,设计一个高精度的相位差测量仪。

通过在FPGA中嵌入8051单片机IP来取代单片机+FPGA方案中的实际的单片机,既节省了成本又充分利用FPGA内部资源。

关键词:相位测量仪SOPC 8051单片机IPAbstract:The design of Frequency Phase Measurement System is presented based on 8051 IP Core and FPGA.8051 IP Core,which embed in the FPGA,to replace the extra 8051 of the existing MCU+FPGA solution,saving the cost and make full use of FPGA internal resources.Key Words:Frequency Phase Measurement System;SOPC;8051 IP Core相位差测量技术发展至今已深入到电子技术、工业自动化、智能控制及通信等众多领域。

因此,设计一个高精度的相位差测量仪显得十分重要。

当前国内的一般的解决方案是单片机+FPGA方案,其中FPGA完成高速的脉冲计数功能,而单片机则进行脉冲计数后的有关计算和LCD显示等的控制。

此方案中的FPGA内部资源往往利用不足,造成比较大的浪费。

本设计应用SOPC和8051单片机IP技术,通过在FPGA中嵌入8051单片机IP来取代单片机+FPGA方案中的实际的单片机。

既少用一个实际的单片机又充分利用FPGA内部资源,大大节省了硬件的成本。

1 8051单片机IP核简介常见的8051单片机IP有开源免费的和工业级收费的两类,一般都具有以下特点。

脉宽测量模块用来测量占空比待测信号的高、低电平脉宽时间,用VHDL语言设计,由FPGA实现。

基于单片机的相位差在线检测

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。

基于AT89C51单片机等精度数字频率相位计的设计

ｌ４０
农 ’ 机使用与维修
２１年第２期０１
基于Ａ８单片机等精度数字Ｔ９５Ｃ１频率相位计的设计
辽宁职业学院
摘要
张
博
等精度频率、相位数字测量仪采用当今电子设计领域流行的ＥＡ技术，ＦＧＤ以ＰＡ为核心，配合Ａ８Ｃ１Ｔ９５
时间测量、度测量、度控制等，涉及到频率测速速都
量。
相位的测量在实际中也有很重要的应用，比如
基于红外定位技术的矿井提升机位置跟踪系统，这个系统就是通过红外线在井罐和被测点反射的相位
图４单片机系统原理图
晶振电路、键及显示接口电路等组成。其原理图按
如图４所示。
２５数据显示电路的设计．
整个系统硬件电路中，片机与ＦＧ进行数单ＰＡ据交换占用了Ｐ０口、１口和ＰＰ３口，因此数据显示
差来进行定位的，即在井罐发射一组连续红外线，并接受其反射信号，过发射和反射信号的相位差来通代替时间，而计算出距离。从
电子技术在不断发展，之相关的测量仪器也与
图１测量频率、位系统总体框图相
图７显示程序流程图
电路的设计采用静态显示的方式，据显示电路如数

单片机数字相位差计的设计

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︒。

基于单片机的相位差的测试仪的研究

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Designs of Low frequency Digital Phase Measurement Based on Single ChipAbstractA new kind of low - frequency digital phase measurement instrument is residented which is based on 8051.This is a complete system whose core is based on single chip 8051 and arithmometer and charactron. It may measure the frequency and phase of the signal which begin from 1 Hz to 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 language. Compared with traditional circuit, it has many advantages of faster processing speed, good stability and high ratio between property and price.Keyword: phase difference；single-chip computer；. Arithmometer；charactron tube目录第一章绪论 (4)1.1背景介绍 (4)1.2本设计的内容要求及方法 (4)第二章小信号处理的构成及基本原理 (5)2.1 信号处理模块 (5)2.2.1数字式相位测量仪 (5)2.2.2.移相网络 (6)2.2.3信号发生器 (7)2.3方案细化 (8)2.3.1、数字式相位测量仪 (8)2.3.2信号发生器 (10)2.4原理图分析及各参数设置 (11)第三章计数部分的构成和原理 (12)3.1测相部分 (12)3.1.1测相原理 (12)3.1.2电路结构 (12)3.2测频部分 (13)3.2.1测频原理 (13)3.2.2电路结构 (13)3.3程序编写 (17)3.4输出显示部分 (19)第四章模拟仿真及结论 (21)4.1仿真工具的选择 (21)4.2电路仿真操作步骤 (21)4.3仿真波形分析 (22)第五章原理误差分析245.1小信号部分的误差 (24)5.2频率测量模块的误差 (24)5.3相位测量模块的误差 (25)附录 (26)设计回顾，收获及心得体会 (39)感谢辞 (40)参考文献 (41)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。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。