低頻率數(shù)字相位差測量儀設(shè)計論(已修改)
2025-06-21 13:21 本頁面
【正文】 引言 相位差測量數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)在于硬件成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、對于不同的測量對象只需要改變程序的算法，且精度一般優(yōu)于模擬式測量。在電工儀表、同步檢測的數(shù)據(jù)處理以及電工實驗中，常常需要測量兩列同頻率信號之間的相位差。例如，電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時，需要求兩電網(wǎng)的電信號的相位差。相位差測量的方法很多，典型的傳統(tǒng)方法是通過示波器測量，這種方法誤差較大，讀數(shù)不方便。為此，我們設(shè)計了一種基于鎖相環(huán)倍（分）頻的相位差測量儀，該儀器以鎖相環(huán)倍（分）頻電路為核心，實現(xiàn)了工頻信號相位差的自動測量及數(shù)字顯示。 論文摘要 本 系統(tǒng)為低頻數(shù)字式相位 /頻率測量儀，由移相網(wǎng)絡(luò)模塊、相位差測量模塊及頻率測量模塊三大部份構(gòu)成，其系統(tǒng)功能主要是進(jìn)行相位差測量及頻率測量。 移相網(wǎng)絡(luò)主要是由 RC 移相電路和 LM324 運(yùn)放電路組成，將被測信號送入移相網(wǎng)絡(luò)，經(jīng) RC 移相、 LM324 隔離放大，產(chǎn)生兩路信號，一路為基準(zhǔn)信號經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換，另一路為移相后的信號。分別經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換、整形、二分頻送給相位測量模塊及頻率測量模塊。 相位差測量儀主要是由鎖相環(huán) PLL（ Phase Lock Loop）產(chǎn)生 360 倍頻基準(zhǔn)信號和移相網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)信號與待測信號進(jìn)行異或后的信號作為 顯示器的閘門電路和控制信號。 頻率測量模塊主要是用計數(shù)法測量頻率的，它是有某個已知標(biāo)準(zhǔn)時間間隔 Ts 內(nèi)，測出被測信號重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù) N，然后計算出頻率 f=N/Ts. 顯示電路模塊主要是由計數(shù)器、鎖存器、譯碼器和數(shù)碼管組成。 低頻率數(shù)字相位測量儀 1 目錄 1 設(shè)計任務(wù)書 ……………………………………………………………………………… .3 2 設(shè)計方案概述 …… … …………………………………………………………………… 3 3 系統(tǒng)的組成 ……………………………………………………………………………… 4. 總體框圖 ……………………………… …………………………… ………… ……… 4 移相網(wǎng)絡(luò)部分 …………………………………………………………… … 4 相位測量部分 ……………………………………………………………… 6 1)波形轉(zhuǎn)換、整形放大 ………………………………………………………… 8 2)鎖相環(huán)倍頻 …………………………………………………………………… 9 3)閘門電路 ……………………………………………………………………… 11 4)控制門 ………………………………………………………………………… 11 5)計數(shù)器 ………………………………………………… ……………………… 11 6)鎖存器 ………………………………………………………………………… 11 7)顯示譯碼器與數(shù)碼管 ………………………………………………………… 11 頻率測量部分 …………………………………………………………… 12 1)數(shù)字頻率計的 基本原理 ……………………………………………………… 12 2)系統(tǒng)框圖 ……………………………………………………………………… 12 4 附錄 ……………………………………………………………………… 一、設(shè)計任務(wù)書 （一）任務(wù) 設(shè)計仿真一數(shù)字相位計 （二）主要技術(shù)指 標(biāo)與要求： （ 1）輸入信號頻率為 1KHZ～ 20KHZ 可調(diào) （ 2）輸入信號的幅度為 10mV （ 3） 采用數(shù)碼管顯示結(jié)果，相位精確到 176。 （ 4）采用外部 5V 直流電源供電 （三）對課程設(shè)計的成果的要求（包括圖表） 設(shè)計電路，安裝調(diào)試或仿真，分析實驗結(jié)果，并寫出設(shè)計說明書。要求圖紙布局合理，符合工程要求，所有的器件的選擇要有計算依據(jù)。 二、設(shè)計方案概述 根椐設(shè)計任務(wù)書的要求，我們參考了一些相關(guān)資料書，經(jīng)過小組的討論分析，提出了方案： 相位測量儀是利用鎖相環(huán) PLL（ Phase Lock Loop）技術(shù)組成相位差測量 儀?；鶞?zhǔn)信號與待測信號進(jìn)行異或后的信號作為計數(shù)器的閘門控制信號來控制計數(shù)器，使計數(shù)器在待測信號與基準(zhǔn)信號之間的相位差間計數(shù)，則計數(shù)器計出來的數(shù)值則為待測信號與基準(zhǔn)信號間的相位差。 數(shù)字頻率計實際上就是一個脈沖計數(shù)器 ,即在單位時間里 (如
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