基于单片机的数字相位差测量仪
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科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
学 术 论 坛
基于单片机的数字相位差测量仪
刘玉宾 刘许亮
（黄河水利职业技术学院 河南开封 ４７５００４）
摘 要：该系统采用单片机作为控制中心，应用了过零检测电路、锁相环倍频技术、计数电路、译码显示电路，实现了正弦信号相位差检测及相位差值显示，分辨率为１°，能满足低频信号相位差值测量要求。关键词：相位差 锁相环 过零检测 单片机中图分类号：ＴＶ２１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００７）１１（ｃ）－０１７１－０２
在波形检测中，若采用示波器观察两路正弦波，则只能显示正弦信号相对位置，信号的相位差值不能量化显示。为了解决这个问题，本文介绍了一种通用性强、分辨率较高、能显示相位差值的测量系统。该系统采用了单片机作为控制中心，应用锁相环倍频电路、计数电路、译码显示电路，实现了正弦信号相位差检测及相位差值显示。
１ 工作原理概述
该系统实现了对两路正弦信号的相位差检测，并显示相位差值，分辨率为１°。１．１ 系统构成
选用８９Ｃ５２单片机作为各个工作模块的控制中心。采用过零比较电路将正弦信号转化为ＴＴＬ电平信号，以实现和单片机接口。相位差值的测量，采用可预置数十进制计数器进行计数。计数器计数值的输出即为相位差值，通过译码电路译码显示。１．２ 信号流程描述
基准信号ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｓ１，频率ｆ，经过过零比较，产生频率为ｆ的ＴＴＬ电平方波信号ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ１。ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ１经过３６０倍倍频，输出ｍｕｌｔｉｐｌｙ＿Ｓ１，频率为３６０ｆ。将ｍｕｌｔｉｐｌｙ＿Ｓ１作为计数电路的计数脉冲，同时将ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ１连接到单片机的外部中断ＩＮＴ０；另一路正弦信号Ｓ２，经过零比较，输出的ＴＴＬ电平方波信号ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ２接到单片机的外部中断ＩＮＴ１。当单片机外部中断ＩＮＴ０响应，即检测到ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ１的下降沿时，接通计数脉冲控制开关，ｍｕｌｔｉｐｌｙ＿Ｓ１送往计数器；外部中断ＩＮＴ１响应，即检测到ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ２的下降沿时，断开计数脉冲控制开关，将计数器值送往ＢＣＤ译码器，驱动数码管显示两路正弦信号的相位差值。１．３ 相位差值计算
Δｐ＝（Δｔ／Ｔ）×３６０Δｔ＝ｔ１－ｔ０＝ｔ３－ｔ２Ｔ＝１／ｆ
其中：Δｐ为相位差值；
ｆ为信号ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｓ１频率； Δｔ为两路信号的时间差。
２ 硬件电路设计
硬件系统由控制电路、过零比较电路、倍频电路、计数电路、译码显示电路五部分构成。采用单片机８９Ｃ５２作为整个系统的控制中心，主要完成对ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ１、ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ２下降沿的检测，并对控制计数脉冲开关。过零比较电路则采用工作于＋５Ｖ单电源方式，转换速率高，开环增益高的ＬＭ２９０１比较器实现。为了达到对输入信号相位值分辨率为１°的精度，采用７４ＨＣ４０４６锁相环和ＣＤ４０４０组成３６０倍频电路，以满足系统要求。计数电路用可预置数的十进制计数器７４ＬＳ１９０，可直接将计数值送往ＣＤ４５１１译码驱动显示。
硬件系统结构框如图２。２．１ 时序逻辑控制电路
在系统中，单片机外部中断ＩＮＴ０、外部中断ＩＮＴ１检测ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ１、ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ２的下降沿，分别进入外部中断ＩＮＴ０和外部中断ＩＮＴ１服务程序。在ＩＮＴ０中断服务程序中，将计数脉冲控制开关打开，计数器开始计数，同时译码器的锁存端有效；当进入ＩＮＴ１中断服务程序时，计数脉冲控制开关关闭，停止计数，译码器译码，驱动数码管显示。２．２ 过零比较部分
正弦信号过零比较采用ＬＭ２９０１芯片，该芯片能对微弱信号进行比较、放大、整形为ＴＴＬ电平信号。ＬＭ２９０１工作于＋５Ｖ单电源方式，转换速率高，开环增益高。ＬＭ２９０１构成的过零比较器电路如图３所示。２．３ 倍频技术
倍频技术采用锁相环实现，７４ＨＣ４０４６为锁相电路，将ＣＤ４０４０接成３６０进制的计数器，计数器的进位位通往７４ＨＣ４０４６的３脚输入端，作为锁相环的反馈回路。
锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称ＰＬＬ。锁相环主要由相位比较器（ＰＣ）、压控振荡器（ＶＣＯ）、低通滤波器三部分组成，如图４所示。
Ｎ进制的计数器的进位位作为锁相环的反馈回路，ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ１为７４ＨＣ４０４６锁相电路
的另一输入端。ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ１和反馈回路信号的相位比较后自动调节，使得７４ＨＣ４０４６的输出端的频率变化，直到７４ＨＣ４０４６的两路输入端的输入信号的相位锁定为一恒定值。当基准信号频率输入改变时，７４ＨＣ４０４６的相位比较器输出电压发生改变，控制内部的压控震荡器的震荡频率作相应的改变，经过Ｎ进制反馈回路后，通往锁相电路输入端，直到７４ＨＣ４０４６的两路输入端的输入信号的相位锁定为一恒定值，实现输出信号频率为输入信号的Ｎ倍。
７４ＨＣ４０４６构成的倍频电路如图５所示。
３ 软件设计
３．１ 软件结构及功能描述
系统软件共分３个功能模块。
（１）初始化程序模块：该模块对单片机的外部中断进行初始化设置以及译码器、计数器初始状态设置。
（２）外部中断ＩＮＴ０服务程序：该模块控制计数器清零操作、译码器锁存、接通计数脉冲控制开关。
（３）外部中断ＩＮＴ１服务程序：该模块控制计数脉冲开关断开、译码器数据送往显示电路显示。
３．２ 软件流程图及源代码
单片机是整个系统的控制中心，通过检测前向通道的信号，对计数电路、译码显示电路进行逻辑控制。其软件设计控制流程如图６所示，部分程序段如下。
初始化程序模块：
ＭＡＩＮ：ＣＬＲ Ｐ１．０；断开计数脉冲开关ＳＥＴＢ Ｐ１．１ ；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ＣＬＲ Ｐ１．１ ；７４ＬＳ１９０＿ＰＬ送一负脉冲，置数为０
ＳＥＴＢ Ｐ１．１ ；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ＣＬＲ Ｐ１．２
ＳＥＴＢ Ｐ１．２ ； ＣＤ４５１１＿ＬＥ锁存有效ＣＬＲ Ｆ０ＳＥＴＢ ＥＴ０
ＭＯＶ ＴＭＯＤ，
＃０
１
Ｈ
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ＭＯＶ ＴＨ０，＃０ＦＦＨ ；定时采样ＩＮＴ＿０、ＩＮＴ＿１
ＭＯＶ ＴＬ０，＃０ＦＨ
ＳＥＴＢ ＩＴ０ ；设置ＩＮＴ＿０中断方式为下降沿触发
ＳＥＴＢ ＩＴ１ ；设置ＩＮＴ＿１中断方式为下降沿触发
ＳＥＴＢ ＥＡ ；开总中断ＳＥＴＢ ＴＲ０
ＨＥＲＥ： ＳＪＭＰ ￥
外部中断ＩＮＴ０服务子程序：ＩＮＴ＿０： ＳＥＴＢ Ｆ０
ＣＬＲ Ｐ１．１ ； ７４ＬＳ１９０＿ＰＬ送一低电平，置数为０
ＳＥＴＢ Ｐ１．１ ； ７４ＬＳ１９０＿ＰＬ回高电平，置数完成
ＳＥＴＢ Ｐ１．２ ； ＣＤ４５１１＿ＬＥ锁存有效ＳＥＴＢ Ｐ１．０ ；接通计数脉冲控制开关，开始计数
ＲＥＴＩ
外部中断ＩＮＴ１服务子程序：ＩＮＴ＿１： ＭＯＶ Ｃ，Ｆ０ＪＮＣ ＮＸＴＣＬＲ Ｆ０
ＣＬＲ Ｐ１．０ ；关闭与门，停止计数ＣＬＲ Ｐ１．２ ；将７４ＬＳ１９０＿Ｑ０－－Ｑ３数据经过４５１１译码输出
ＣＬＲ ＥＸ０ＣＬＲ ＥＸ１
ＳＥＴＢ Ｐ１．２ ；将ＣＤ４５１１数据输出锁存ＮＸＴ： ＲＥＴＩ时钟中断子程序：
ＴＩＭＥＲ＿０：ＭＯＶ ＴＨ０，＃０ＦＦＨＭＯＶ ＴＬ０，＃０ＦＨＳＥＴＢ ＥＸ０ＳＥＴＢ ＥＸ１ＲＥＴＩ
４ 结语
本系统在调试过程中，倍频电路的噪声干扰是影响系统正常运行的关键因素，因此，需要在７４ＨＣ４０４６锁相电路的供电端并联电容，以滤除噪声干扰。经调试，本系统能正常运行，且满足设计要求。
参考文献
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［７］ 纪宗南．单片机外围器件实用手册——输
出通道器件分册［Ｍ］．北京：北京航空航天
大学出版社，１９９８．
数字式相位差测量仪说明书4
目录 绪论 (1) 摘要 (2) 1 结构设计与方案选择 (3) 1.1 基于过零检测法的数字式相位差测量仪方法概述 (4) 1.1.1 相位－电压法 (4) 1.1.2 相位－时间法 (5) 1.2 方案的比较与选择 (6) 2 相位－时间法单元电路的原理分析与实现方法 (6) 2.1 前置电路设计与分析 (6) 2.1.1 放大整形电路的分析与实现 (6) 2.1.2 锁相倍频电路的分析与实现 (7) 2.2 计数器及数显部分的设计与分析 (9) 2.2.1 计数器部分的分析与实现 (9) 2.2.2 译码显示部分的分析与实现 (10) 3 结论 (12) 4 参考文献 (13) 附录1：元器件名细表 (14) 附录2：相位时间法总体电路原理图 (15) 附录3：相位时间法总体电路PCB板 (16) 附录4：相位时间法总体电路PCB板3D视图 (17)
随着科学技术突飞猛进的发展，电子技术广泛的应用于工业、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。数字相位差测试仪在工业领域中是经常用到的一般测量工具，比如在电力系统中电网并网合闸时，需要两电网的电信号相同，这就需要精确的测量两工频信号之间的相位差。更有测量两列同频信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具备重要意义。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，我们设计了一种数字相位差测量仪，实现了两列信号相位差的自动测量及数显。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，这使得仪器的使用比较简单，功能越来越多。 本低频数字相位测量仪主要是测量电压和电流的相位差，由整形放大电路、基本门电路、锁相倍频、计数译码等集成电路构成。测量的分辨率可达到0.1°，可测信号的频率范围为0Hz～250Hz，幅度为0.5Ⅴ，由于74HC4046的性能比较好，使得所制得的仪器精度相对较高，达到了任务书中所规定的要求。
相位测量仪
辽宁工业大学 电子综合设计与制作（论文）题目：低频数字式相位测量仪 院（系）：电子与信息工程学院 专业班级：电子班 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：2013.12.13-2014.1.10
电子综合设计与制作（论文）任务及评语
摘要 该设计是低频数字式相位测量仪，设计思路为输入一个低频正弦信号通过分支路正常输出，另一路不通过移相器输出一个相位改变频率不变的正弦波。得到上述两路频率相同相位不同的信号后就要测出两信号的相位差和频率，在做此工作前先要经过相位测量前置级信号处理电路，由阻抗变换和放大、限幅、电平转换、整形电路组成。经过相位测量前置级信号处理电路得到两路方波，通过异或门输出一个脉冲序列与晶振产生的基准脉冲波进行与操作得到调制后的波形，在一定的时间范围内对脉冲的个数进行计数通过计算得到相位差和频率。再通过单片机控制显示器显示出所需结果。 关键词：低频；正弦；移相器；异或门；整形；
目录 第1章可编程增益放大器设计方案论证 (1) 1.1可编程增益放大器的应用意义 (1) 1.2可编程增益放大器设计的要求及技术指标 (1) 1.3 设计方案论证 (2) 1.4 总体设计方案框图及分析 (3) 第2章可编程增益放大器各单元电路设计 (4) 2.1 输入调整电路设计 (5) 2.2 中间级放大电路设计 (5) 2.3 输出级电路设计 (5) 2.4 增益调整电路设计 (6) 第3章可编程增益放大器整体电路设计 (7) 3.1 整体电路图及工作原理 (7) 3.2 电路参数计算 (7) 3.3 整机电路性能分析 (8) 第4章设计总结 (9) 参考文献 (10)
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告 摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。测量结果采用12864液晶模块实时显示。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。 关键词：LRC 数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量 一、设计内容及功能 1.1设计内容 设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD 显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示： 测量对象 LCD显示 电阻/电容/电感 简易的数字电阻、电容和电感测量仪 自制电源 1.2 具体要求 1. 测量范围 （1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。 2. 测量精度 （1）基本测量精度：电阻±5% ；电容±10% ；电感±5% 。 （2）发挥测量精度：电阻±2% ；电容±8% ；电感±8% 。 3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。 4. 自制电源 5. 使用按键来设置测量的种类和单位 1.3系统功能 1. 基本完成以上具体要求 2. 使用三个按键分别控制R、C、L的测试 3. 采用液晶显示器显示测量结果 二、系统方案设计与选择 电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前本文对各种方案进行了比较：
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 概 述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 整体设计及系统原 理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2 硬件设 计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.1温度检测电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.2键盘控制和显示电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.3加热控制电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3 心得体 会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 参考文 献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
低频数字式相位测量仪(缪学进)
低频数字式相位测量仪 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,使得显示分辨率精确到0.０１o，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 一方案论证与设计 1 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。 对以上方案进行比较，方案一在所测频率较高时,受锁相环工作频率等参数的影响会造成相位差测量的误差，采用方案二由高精度的晶振产生稳定的基准频率,可以满足系统高精度、高稳定度的要求。 ２频率测量方案 方案一：用专用频率计模块来测量频率,如ＩＣM7216芯片,其内部带放大整形电路，可以直接输入正弦信号，外部振荡部分选用一块高精度晶振和两个低温度系数电容构成1０MHｚ振荡电路，其转换开关具有０.01s,0.1s，1s,10s四种闸门时间,量程可以自动切换，待计数过程结束时显示测频结果。该方案外围硬件电路较为复杂。 方案二:利用可编程计数器来实现频率的测量，将被测信号转换为方波信号输入可编程计数器825４的某一路Clｋ端口，并将Gate端置为高电平，利用单
推荐-FPGA和MCU的相位测量仪的设计 精品
存档日期：存档编号： 本科生（） 题目：基于FPGA和MCU的相位测量仪的设计 学院：电气工程及自动化学院 专业：电气工程及其自动化 XX大学教务处印制
随着社会和历史的不断进步，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，数字式相位测量仪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。 本文首先论述了相位测量技术的国内外发展概况，并根据现状设计了此相位测量系统。该设计包括系统设计的理论分析，系统结构设计及硬件实现，最终验证了该测量系统的可行性和有效性。 该设计采用单片机与FPGA相结合的电路实现方案,很好地发挥了FPGA的运算速度快、资源丰富、编程方便的特点,并利用了单片机的较强运算、控制功能,使得整个系统模块化、硬件电路简单、使用操作方便。文章主要介绍设计方案的论证、系统硬件和软件的设计,给出了详细的系统硬件电路图和系统软件主程序流程图。 关键词: 数字式相位测量仪单片机 FPGA 设计方案
Along with the social and historical progress, phase measurement technology is widely used in national defense, scientific research, production and other fields, on the phase measurement requirements are also gradually to high precision, high intelligent direction, in the range of low frequency digital phase measurement instrument, because of its high precision measurement resolution and highly intelligent, intuitive characteristics have been more and more widely applied. This text first discusses the phase measuring technology development in domestic and international, and according to the present situation designs the phase measuring system. The design includes system design theory analysis, system structure design and hardware realization, finally verified the feasibility and validity of the system. The bination of MCU and FPGA is adopted in the design .It has the features of FPGA high operating speed, abundant resources and convenient programming. And the use of MCU’s strong operation and control function, which makes the whole system modularized, the hardware circuit is simple and the operation is convenient. The paper mainly introduces the designs of the demonstration, hardware and software, the hardware circuits and main software program are given in detail.
基于单片机的电阻炉炉温控制系统
目录 第1章引言 (3) 1.1 课题背景及研究意义 (3) 1.2 计算机在热处理炉炉温控制中的应用 (3) 第2章系统硬件设计 (8) 2.1温度检测及变送器 (8) 2.2控制机构 (9) 2.3 A/D转换电路 (10) 2.4 温度控制电路 (14) 2.5 部分接口电路 (16) 第3章温度控制的算法和程序 (18) 3.1 温度控制的算法 (18) 3.2 温度控制的程序 (20) 第4章对于抗干扰的探究 (34) 4.1 抗干扰的措施 (34) 结束语 (35) 致谢 (36) 参考文献 (37) 附录1 电路图 (38) 附录2 英文专业文摘及翻译 (39)
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 摘要：主要以51系列单片机为核心对电阻炉炉温进行控制，使其温度稳定在某一个值上。最高温度为1000℃,并且有键盘输入给定温度值,由LED数码管显示温度值的功能. 关键词:单片机;电阻炉;温度控制 The design of temperature control system of the resistance furnace based on single chip microcomputer Abstract: Mainly with 51 series single chip microcomputer for the unit of nucleus heats to the control of The resistance furnace, the tallest temperature is 1000℃. And the temperature of keyboard input is constant, LED digitron displays the function of temperature point. Key words: single chip microcomputer;the resistance furnace; temperature control system
低频数字式相位测量仪
低频数字式相位测量仪（C 题） 一、任务 设计并制作一个低频相位测量系统，包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分，示意图如下： 二、要求 1、基本要求 （1）设计并制作一个相位测量仪（参见图1） a ．频率范围：20Hz ～20kHz 。 b ．相位测量仪的输入阻抗≥100k 。 c ．允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V ～5V 范围内变化。 d ．相位测量绝对误差≤2°。 e ．具有频率测量及数字显示功能。 f ． 相位差数字显示：相位读数为0o ~359.9o ，分辨力为0.1°。 （2）参考图2制作一个移相网络 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。 2．发挥部分 （1）设计并制作一个数字式移相信号发生器（图3），用以产生相位测量仪所需的输入 图3 数字式移相信号发生器 图1 相位测量仪
正弦信号，要求： a．频率范围：20Hz～20kHz，频率步进为20Hz，输出频率可预置。 b．A、B输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V～5V范围内变化。 c．相位差范围为0～359°，相位差步进为1°，相位差值可预置。 d．数字显示预置的频率、相位差值。 （2）在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下，扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至0.3V～5V范围。 （3）用数字移相信号发生器校验相位测量仪，自选几个频点、相位差值和不同幅度进行校验。 （4）其它。 三、评分标准 四、说明 1、移相网络的器件和元件参数自行选择，也可以自行设计不同于图2的移相网络。 2、基本要求（2）项中，当输入信号频率不同时，允许切换移相网络中的元件。 3、相位测量仪和数字移相信号发生器互相独立，不允许共用控制与显示电路。
数字式相位差测量仪
专业方向课程设计报告 课题名称：数字式相位差测试仪姓名： 学号： 班级： 专业： 归口系部： 起迄日期: 指导教师: 提交报告日期: 2015年12月18日
数字式相位差测试仪 目录 一、设计任务和目的 _________________________________ - 1 - （一）设计任务 ___________________________________ - 1 - （二）设计目的 ___________________________________ - 1 - 二、设计要求 ________________________________________ - 1 - 三、工作原理 _______________________________________ - 1 - 四、设计框图 _______________________________________ - 2 - 五、主要参考器件（软件仿真，用Proteus） ____________ - 2 - 六、各模块电路分析 _________________________________ - 3 - （一）移相电路部分_______________________________ - 3 - （二）放大整形电路部分___________________________ - 3 - （三）锁相倍频电路部分___________________________ - 4 - （四）计数器及数字显示部分_______________________ - 5 - （五）相位超前于滞后显示部分_____________________ - 6 - 六、仿真___________________________________________ - 7 - 七、心得体会 _______________________________________ - 8 - 八、参考文献 _______________________________________ - 8 - 附：数字式相位差总电路图_____________________________ - 9 -
相位测量仪
目录 前言 (2) 一、功能特点 (3) 二、技术指标 (3) 三、结构外观 (4) 1.结构尺寸 (4) 2.面板布置 (4) 3.键盘说明 (5) 四、液晶界面 (6) 五、使用方法 (10) 六、打印功能 (13) 七、注意事项 (13) 附录：三相三线计量接线48种接线结果 (14) 差动保护正确矢量图 (16)
前言 随着电力行业的发展和微机综合自动化产品的推广应用，保护回路和计量回路的接线正确与否直接影响到电力系统工作的稳定性和电费计量的准确性，而这两点正是电力系统非常重要的两个方面。由于保护装置和高压计量装置的接线比较多，容易造成错误接线，而又不易被察觉，（尤其是差动保护的复杂接线，有时高低侧同时引入，又存在不同的联结组别，极易接错，而在平时运行中又可能不会误动或拒动，存在很大的隐患）。武汉华亿通电气有限公司根据现场测试需要，适时开发出SL型矢量分析仪。它集多功能于一身，即可做相位仪校验主变差动保护和母线差动的正确性，又可作为电参量测试仪测试电力系统必要的参数，还可用做三相三线电能计量接线检测仪器。采用dsp交流采样，可同时测量3路电压和6路电流模拟量，仪器首创9通道矢量同屏显示，人机对话界面友好，使用简便，大大方便了现场使用，是电力工作者的得力助手。
一、功能特点 1、大容量锂电池供电，连续工作长达4小时。 2、3路电压，6路电流矢量同屏显示，国内首创。 3、集保护矢量分析；相位伏安测试；电能计量接线矢量分析多种仪器于 一身。 4、大屏幕、高亮度的液晶显示，全汉字菜单及操作提示实现友好的人机 对话，触摸按键使操作更简便，宽温液晶带亮度调节，可适应冬夏各季。 5、用户可随时将测试的数据通过微型打印机将结果打印出来。 6、体积小重量轻：283×218×128，2kg 7、预留双USB接口，可外接优盘等移动存储设备。 二、技术指标 1、输入特性 电压测量范围：0~450V。 电流测量范围：0~6A。 2、准确度 电压、电流、频率：±0.2% 功率：±0.5% 3、工作温度：－15℃~ +40℃ 4、充电电源：交流160V~260V 5、绝缘：⑴、电压、电流输入端对机壳的绝缘电阻≥100M?。 ⑵、工作电源输入端对外壳之间承受工频2KV（有效值），历时1 分钟实验。 6、体积：32cm×28cm×13cm 7、重量：2Kg
数字电容测试仪
数字式电容测量仪的设计 一、总体方案的选择 数字式电容测量仪的设计可以有占空比可调的方波发生器产生基准方波信号，频率为10KHz，再通过555定时器构成单稳态电路。通过计数器计数显示电路显示当前电容容量。所设计的电容测量范围（1uF~999uF）。误差2%左右。 1.拟定系统方案框图 （1）方案一：纯硬件电路 图1纯硬件构成系统框图 （2）方案二：运用单片机程序编程设计电路 图2含单片机程序设计电路 2．方案的分析和比较 基于方案一较方案2只用到简单硬件，不需要编程，且大部分设计知识已经掌握，所需的有设计到出图的时间比较少。所以选择方案一，简单，易行，节省时间。 二、单元电路的设计 1.时基电路 时基电路是由占空比可调的555定时器构成的多谐振荡器，其基本工作原理如下：由于电路中二极管D1，D2的单向导电性，使电容器的充放电分开，改变电阻大小，就可调节多谐振荡器的占空比。图中Vcc通过R4、D2向电容C3充电，充电时间为 t ph 0.7R 4 C3 式（1）方 波 发 生 电 路与 门 电 路 计 数 电 路 译 码 显 示 电 路 单 稳 态 电 路
电容器 C3通过D1，R5及555中的三极管T 放电，放电时间为 t pl ≈0.7R 5C 式（2） 因而，振荡频率为 3 )54(43 .11C R R t t f pl ph +≈+= 式（3） 电路输出的占空比为 %1005 44 (%)?+= R R R q 式（4） VCC 5V A2 555_VIRTUAL GND DIS OUT RST VCC THR CON TRI R43.2kΩ R510kΩ D11BH62 D21BH62 C30.01μF C4 0.01μF 图3占空比可调的方波发生器 图4方波发生器的工作波形 本次试验需要产生8.9KHz 的频率，通过公式计算R4=3.2K Ω,R5=10K Ω,C3=0.01uf 此时f=10.8KHz,通过模拟产生的基准频率为8.9KHz,满足误差要求。 用555定时器构成的单稳态触发器如图5所示。
基于单片机的炉温控制系统设计毕业设计
基于单片机的炉温自动控制系统设计 摘要：在工农业生产中，温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。电阻炉是通过电流流过电阻体产生热量来加热或熔化物料的一种电炉。电阻炉广泛地应用在化工、冶金等行业。它对温度控制的要求较高，温度控制的好坏直接影响着产品质量及生产效率，因此电阻炉的温度控制在科学研究、工业生产中具有重要的意义。 本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，以电阻炉作为控制对象，用热电偶作为测量元件，用晶闸管作为输出控制元件来实现对电阻炉温度自动控制。该系统利用K型热电偶温度传感器，把检测到的电阻炉温度的信号送入MAX6675芯片，经过信号放大等一系列转换后，再将信号送到单片机STC89C52内进行PID运算，同时可以通过键盘调节PID参数。经PID运算后，比例调节输出量改变晶闸管控制量，变晶闸管的导通角，从而控制电阻炉的加热强度。从而控制电阻炉的炉温。 关键词：电阻炉；MAX6675；单片机STC89C52；PID控制 Abstract：SummaryIn the industrial and agricultural production , the temperature is accused of one of the main objects of industrial production parameters . Furnace current flowing through the resistor generates heat to a furnace for heating or melting the material . Resistance furnace is widely used in chemical, metallurgical and other industries. It requires a higher temperature control , temperature control has a direct impact on product quality and production efficiency , and therefore resistance furnace temperature control is of great significance in scientific research , industrial production. The design uses a single chip for data processing and control unit to resistance furnace as a control object , as the measuring element with thermocouple with thyristor as a control element to achieve the output resistance furnace temperature control . The system uses K -type thermocouple temperature sensor , to detect resistance furnace temperature signal into the MAX6675 chip , after a series of converted signal is amplified and then signal to the microcontroller STC89C52 PID operation , and can adjust the keyboard PID parameters. After the PID operation , adjust the output volume ratio of the amount of change in thyristor controlled , variable thyristor conduction angle, so as to control the intensity of the resistance heating furnace . To control the furnace temperature resistance furnace . Key words：The resistance furnace; MAX6675; SCM STC89C52; PID contro 目录
低频数字式相位测量仪(余蜜)
电子测量原理 低频数字式相位测量仪 班级:电子信息工程 姓名：何静峰 学号:20１140751５8 日期:2０１４年4月15日
系统方案 １ 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ｐh ａs ｅ为 o c r N f f phase 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 o c sf N phase 180?= 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ｆ1倍（f 取整）分频，则在f 1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 ｇal1的计数为Ｎ1,同时期参考高频信号的计数为Ｎ,则 o N N phase 1801?= 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o 0-o 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0．1ｏ，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。 2 移相信号发生器
⑴频率合成器方案 方案一：采用函数发生器8０3８。可以同时产生正弦波、三角波、方波，频率可由调制电压控制，但此方案难以实现相移,而且输出频率不稳定。 方案二:采用直接数字频率合成(DDＦS)方案。用存储器存储所须的波形量化数据，采用不同时钟频率的地址计数器，根据计数值读出存储器中的量化数据，再经Ｄ/A转换后滤波整形输出。此方案可以很好地控制两路波形的相位差以及频率。 经上述比较，我们采用方案二。 ⑵幅度控制 方案一:利用可调电位器手动调节电压幅值。 方案二：通过控制D/A的参考电压控制输出波形的幅度。参考电压可通过对另一Ｄ／A置数从而输出不同电压，进而控制输出波形的幅度。 方案二可以预置幅值，并且比较精确,方便操作,故选方案二。 经上面方案论证，我们采用如下的系统方案： 设计技术指标 (1)相位测量仪 a．频率范围：2０Hz～2０ｋHz。
数字相位差测量仪的设计
目录 1.设计任务书。 2.设计方案概述。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理。 4.电路的组成及参数选择。 4.1整形电路及信号C的形成。 4.2滤波电路的参任务计划书。 4.3V/f变换电路的设计。 4.4 89C52内部资源的利用。 5.应用实例。 6.结论。 7.总结。 一、设计任务书 （一）任务 设计仿真一数字相位计 （二）主要技术指标与要求： （1）输入信号频率为0HZ～250HZ可调 （2）输入信号的幅度为0.5V （3）采用数码管显示结果，相位精确到0.1° （4）采用外部5V直流电源供电 （三）对课程设计的成果的要求（包括图表） 设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书。要求图纸布局合理，符合工程要求，所有的器件的选择要有计算依据。 二、设计方案概述 根椐设计任务书的要求，我们参考了一些相关资料书，经过小组的讨论分析，提出了一种用v/f变换测量交流电的相位差的新方法：首先产生出其幅度正比与相位差大小的直流电，再有v/f变换器转换成反映相位差大小的频率信号，在单片机的配合下，最终得到相位差。这种方法具有分辨率高，适应与大范围的各种输入频率等优点。 正弦交流电电信号相位差的测量可以用多种方法实现。比较直接的数字式测量方法是在已知信号周期的前提下用定时的方法测得相位差角对应的时间，然后根据已知的周期将其换算成相位差角度。但
是，这种方法的测量精度依赖于定时器的精度和分辨率。在信号频率较高或频率虽不高但相位差较小时，都可以出现较大的误差。另外，由于直接测量得到的是时间，相位差角要由这一中间结果与信号的周期运算后才能得到，所以周期的测量不可缺少，其测量的精度也将影响相位差的精度。 在此用一种新的思路进行相位差的测量，用v/f变换器把相位差转换成一个其频率与之成正比的脉冲列，通过计算在一定时间内的脉冲个数测量相位差角。这种测量方法与信号的周期无关，可以得到较高的精度。题达到了0.1的测量精度，与此同时工业运行控制中现场操作，修改和设置等问题也得到了很好的解决，以上这些都在工业运行中得到了厂方的认可。存在的问题主要是本仪器通用性很不强，很难在更大的范围应用和推广，只能运用与某些特定的企业。今后的工作主要硬件和软件的改进上，列入增加一些通用行很强的功能模块。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理 首先将输入的两个同频率但存在着相位差的信号进行整形，使之变成方波。如图1示A和B 再对A,B进行异或处理, 异或输出信号C 的脉冲宽度则反映相位差角.C 的脉宽T1对应的电角度是相位差角,C 的周期T2 是信号周期T 的1/2.如果信号角频率为w 则T1= /w. C为幅值为U 的方波其平均值Ud=UT1/T2=U 由此可见,C 的平均值( 亦即直流分量)仅与相位差角和脉冲幅 度有关与信号周期无关
数字电路课程设计报告_简易数字电容测试仪(原创)
数电课程设计报告 题目简易数字式电容测试仪 简易数字电容C测量仪 前言 电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。 不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF）1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。 电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有重要的影响，本课题就是用数字显示方式对电容进行测量。 本设计报告共分三章。第一章介绍系统设计；第二章介绍主要电路及其分析；第三章为总结部分。 摘要：由于单稳态触发器的输出脉宽t 与电容C成正比，把电容C转换成宽度为t W的矩 W 形脉冲，然后将其作为闸门信号控制计数器计标准频率脉冲的个数，并送锁存--译码--显示系统就可以得到电容量的数据。 关键词：闸门信号标准频率脉冲
目录 第一章系统设计 (2) 一、设计目的 (2) 二、设计内容要求 (2) 三、设计技术指标 (2) 四、方案比较 (2) 五、方案论证 (3) 1、总体思路 (3) 2、设计方案 (3) 第二章主要电路设计与说明 (4) 一、芯片简介 (4) 1、555定时器 (4) 2、单稳态触发器74121 (4) 3、4位二进制加法计数器47161 (5) 4、4位集成寄存器74 LSl75芯片 (6) 5、七段译码器74LS47-BCD 芯片 (7) 二、总电路图及分析 (7) 1、总图 (7) 2、参数选择及仪表调试 (9) 3、产品使用说明 (9) 4、以测待测电容Cx的电容量为例说明电路工作过程及测容原理 (9) 三、各单元电路的设计与分析 (9) 1、基准脉冲发生器 (9) 2、启动脉冲发生器 (10) 3、Cx转化为Tw宽度的矩形脉冲 (10) 4、计数器 (10) 5、寄存—译码—显示系统 (10) 第三章总结 (11) 参考文献 (11) 附录 (11) 附录1 元器件清单 (11) 附录2 用集成元件代分立元件电路 (12) 评语 (13)
基于单片机的电阻炉温度控制系统开题报告报告-毕业设计开题报告1
一、本课题研究的主要内容、目的和意义 1、研究主要内容 本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计，主要是介绍了对水箱温度的显示，实现了温度的实时显示及控制。水箱水温控制部分，提出了用DS18B20、STC89C52单片机及LCD的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，而炉内温度控制部分，由DS18B20检测炉内温度，用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号，并在LCD中显示。控制器是用STC89C52单片机，用设定的算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出PWM控制信号给执行机构，去调节电阻炉的加热功率，从而控制炉内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而且不需要额外电源。同时DS18B20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。而且利用本次的设计主要实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。 本文具体研究了如下几方面： （1）水温控制系统硬件的设计 主要包括STC89C52单片机、温度传感器模块、温度控制模块、显示模块、按键模块的硬件选择及论证。 （2）水温控制系统软件的设计 借助Keil C51开发工具，以C语言为开发语言，开发了单片机系统的温度检
高精度相位测量仪的介绍及测量
高精度相位测量仪的介绍及测量 相位介绍 相位是与电路结构有关的参数。 相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。交流电的大小和方向是随时间变化的。比如正弦交流电流，它的公式是i=Isin2πft。i是交流电流的瞬时值，I是交流电流的最大值，f是交流电的频率，t是时间。随着时间的推移，交流电流可以从零变到最大值，从最大值变到零，又从零变到负的最大值，从负的最大值变到零。 相位(phase)是对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置：一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。是描述讯号波形变化的度量，通常以度（角度）作为单位，也称作相角。当讯号波形以周期的方式变化，波形循环一周即为360° 。常应用在科学领域，如数学、物理学等 相位调整 相位调整是指在有些超低音音箱上加装的一个控制机构。用于对超低音音箱所重放出的声音稍许加以延迟，从而让超低音音箱的输出能够和前置主音箱同相位，即具有相同的时间关系。 相位噪声 相位噪声是频率域的概念，是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。 如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。从图2中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm是该频率偏离中心频率的差值。 相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。 相位差 两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫做相差。这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。
数字电容测量仪 课程设计
数字电子技术课程设计报告书 课题名称 数字电容测量仪的设计 姓 名 吴亚香 学 号 1212501-35 学 院 通信与电子工程学院 专 业 电子科学与技术 指导教师 张学军 2014年 6月 10 日 ※※※※※※※※ ※ ※※ ※※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2012级电子科学与技术专业 数字电子技术课程设计
数字电容测量仪的设计 1设计目的 （1）掌握multisim12仿真软件的应用技巧。 （2）掌握电容数字测量仪的设计组装与调试方法。 （3）熟悉相应的中大规模集成电路的使用方法，并掌握其工作原理。 2设计思路 本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲也就是标准频率。同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽tw与电容C成正比。把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—译码显示系统就可以得到电容量的数据。外部旋钮控制量程的选择。用计数器控制电路控制总量程。。 3设计过程 3.1设计框图 图1 数字电容测量仪原理图 3.2多谐振荡器电路的设计 振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定度以及其所产生的基准频率的稳定度决定了数字电容测量仪的准确度，通常选用石英晶振构成振荡电路。在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器如果图2所示。
555组成多谐振荡器的工作原理如下： 接通电源Vcc后，Vcc经电阻R 1和R 2 对电容C充电，其电压U C 由0按指数 规律上升。当U C ≥2/3V CC 时，电压比较器C 1 和C 2 的输出分别为U C1 =0、U C2 =1，基 本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U 0跃到低点平U oL 。与此同时，放电管V 导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。随着电容C放电， Uc下降到Uc≤1/3Vcc时，则电压比较器C 1和C 2 的输出为U c1 =1、U c2 =0，基本RS 触 发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U 0由低点平U oL 跃到高电平Uo H 。同时，因Q’=0， 放电管V截止，电源Vcc又经过电阻R 1和R 2 对电容C充电。电路又返回前一个 暂稳态。因此，电容C上的电压Uc将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲，作为基准信号频率。555组成多谐振荡器输出波形如图3。 VCC 图2 555组成多谐振荡器