智能儀器頻率測(cè)試儀設(shè)計(jì)(已修改)
2025-04-07 01:20 本頁(yè)面
【正文】 智能 頻 率測(cè)試 儀 設(shè) 計(jì)專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)班級(jí)：09應(yīng)電2班學(xué)號(hào)：2009061595姓名：崔建宇指導(dǎo)老師：董衛(wèi)軍11前言本次設(shè)計(jì)是以STC12C5A3252單片機(jī)為控制核心的頻率及相位測(cè)試儀。本次設(shè)計(jì)可完成對(duì)信號(hào)頻率的頻率測(cè)量和相位差測(cè)量。要求測(cè)量頻率的范圍為20Hz到20KHz，相位的范圍為0176。到360176?？赏ㄟ^(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)測(cè)頻或測(cè)相，用LED數(shù)碼管直接顯示讀數(shù)，顯示清晰直觀。誤差小，穩(wěn)定性高。設(shè)計(jì)要求:⑴．功能要求①．可以測(cè)量被測(cè)信號(hào)的頻率。②．使用多周期同步測(cè)量原理，實(shí)現(xiàn)全頻段等精度測(cè)量。③．輸入采用交流耦合方式。④．使用220V/50Hz交流電源，設(shè)置電源開(kāi)關(guān)、電源指示燈和電源保護(hù)功能。⑵．主要技術(shù)指標(biāo)①．測(cè)量頻率范圍：1Hz~1MHz②．測(cè)量誤差：≤%（全頻段）③．額定輸入信號(hào)電壓：500mV④．最大輸入信號(hào)電壓：100V⑤．輸入阻抗：1MΩ⑥．顯示方式：6位LED數(shù)碼管顯示被測(cè)信號(hào)的頻率。2總體方案設(shè)計(jì) 方案一。整形電路STC12C5A3252整形電路移相電路待測(cè)信號(hào)2待測(cè)信號(hào)1輸入信號(hào)鍵盤(pán)控制切換LED顯示 方案一方框圖。整形電路整形電路FPGAAT89C51LED顯示AB待測(cè)信號(hào)1待測(cè)信號(hào)2 方案二方框圖本設(shè)計(jì)要完成信號(hào)頻率的測(cè)量和相位差的測(cè)量。設(shè)計(jì)中有兩路輸入信號(hào)，也是被測(cè)量信號(hào)，它們是兩個(gè)頻率相同的正弦信號(hào)，頻率范圍為20Hz到20KHz，幅度為1到5V（可以擴(kuò)展到（），但兩者幅度不一定相等。 令正弦信號(hào)為，式中：稱為幅值（最大值），且=,稱為有效值；稱為相位，稱為初相位，稱為角頻率。、稱為正弦量的三要素。 方案項(xiàng)目方案一方案二芯片部分 741741整形部分LM324LM339信號(hào)轉(zhuǎn)換部分74HC08FPGA適配板單片機(jī)部分STC12C5A3252AT89C51顯示部分LEDLED 只有兩個(gè)同頻率的（正弦）信號(hào)才有相位差的概念。不妨令兩個(gè)同頻率的正弦信號(hào)為 則相位差，由此可看出，相位差在數(shù)值上等于初相位之差，是一個(gè)角度。不妨令,式中是相位差對(duì)應(yīng)的時(shí)間差，且令為周期信號(hào)，則有比例關(guān)系:360176。=:,可以推導(dǎo)得到=360176。 此式說(shuō)明，相位差與 一一對(duì)應(yīng)，可以通過(guò)測(cè)量時(shí)間差及周期信號(hào)的測(cè)量，也就是時(shí)間的測(cè)量，而時(shí)間的測(cè)量則要用到電子計(jì)數(shù)器。信號(hào)頻率的測(cè)量可以采用直接測(cè)頻率的方法和周期測(cè)頻率的方法。一般信號(hào)頻率較高時(shí)，采用直接測(cè)頻率法，而信號(hào)頻率較低時(shí)，采用測(cè)周期的方法。用直接測(cè)頻率的方法獲得信號(hào)頻率即是讓定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1對(duì)外部事件計(jì)數(shù)，而讓定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1定時(shí)1s，只有在這1s內(nèi)T1啟動(dòng)對(duì)外部事件（即信號(hào)I）計(jì)數(shù)，則T1的計(jì)數(shù)值就是待測(cè)信號(hào)的頻率。用測(cè)周期的方法獲得信號(hào)頻率即是對(duì)I進(jìn)行2分頻后的波形中，高電平的寬度正好對(duì)應(yīng)I的周期，我們將此高電平信號(hào)作為單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的硬件啟動(dòng)/停止信號(hào)，便可測(cè)得周期T,由公式,得頻率。方案一工作原理：兩路待測(cè)信號(hào)經(jīng)整形后變成了矩形波信號(hào)1和2，1和2是同頻率，不同相位的矩形波。（1）頻率的測(cè)量：STC對(duì)信號(hào)頻率的測(cè)量可以采用直接測(cè)量法和測(cè)周期法。一般信號(hào)頻率較高時(shí)采用直接測(cè)量法，而信號(hào)頻率較低時(shí)用測(cè)周期法。本設(shè)計(jì)我組采用測(cè)周期法。，將輸入信號(hào)送入單片機(jī)再對(duì)高電平進(jìn)行掃描，記錄在1s內(nèi)高電平出現(xiàn)的次數(shù)N，則N就是測(cè)得的頻率。信號(hào)（2）相位差的測(cè)量我組用一個(gè)與門(mén)將兩輸入的待測(cè)信號(hào)比較后疊加，而輸出的波形中，正脈沖寬度就是要測(cè)量的待測(cè)1和待測(cè)2相位差所對(duì)應(yīng)的時(shí)間差t，跟據(jù)公式可得相位值。信號(hào)1信號(hào)2與門(mén)輸 出方案一工作原理：讓FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，即待測(cè)信號(hào)的頻率f、兩路輸入信號(hào)的相位差所對(duì)應(yīng)的時(shí)間差t分別轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，供STC單片機(jī)讀取使用。STC從FPGA獲取數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)CPU計(jì)算、轉(zhuǎn)換等有關(guān)處理后，得到信號(hào)的頻率和相位差并送LED數(shù)碼管顯示。待測(cè)信號(hào)待測(cè)信號(hào)2經(jīng)整形電路處理后，變?yōu)榫匦尾?，不妨令其為A、B，可以認(rèn)為A、B為兩個(gè)同頻率的有相位差的矩形波。FPGA通過(guò)對(duì)整形后的信號(hào)A、B的處理，要獲得二進(jìn)制數(shù)形式表示的信號(hào)頻率以及相位差對(duì)應(yīng)的時(shí)間差。（1）頻率的測(cè)量。對(duì)頻率的測(cè)量采用測(cè)周期的方法，即在信號(hào)周期T時(shí)間內(nèi)，對(duì)時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。設(shè)時(shí)標(biāo)信號(hào)的頻率為f，時(shí)標(biāo)信號(hào)周期為T(mén)，對(duì)信號(hào)A二分頻都得信號(hào)高平寬度就是信號(hào)周期T，此高電平寬度作為閘門(mén)的控制信號(hào)，控制計(jì)數(shù)器在T時(shí)間內(nèi)對(duì)f進(jìn)行計(jì)數(shù)，則有N/F=T，被測(cè)信號(hào)的頻率為:f=1/T=f/N上式中N計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，當(dāng)f一定時(shí)，它的大小表示信號(hào)頻率的大小。（2）相位差對(duì)應(yīng)的時(shí)間差T的測(cè)量。對(duì)相位差的測(cè)量跟頻率測(cè)量的方法類似，不過(guò)閘門(mén)控制信號(hào)為AB的高電平寬度，則有:N/f=T
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