【正文】 [10] 李建防 (成都 ) 張鳳生 (青島 )《 兩同頻交變信號相位差測量的新方法》 [C],方正數(shù)據(jù)庫 [11] 史健芳 《 用單片機測量相位差的新方法》 [C]太原 :方正數(shù)據(jù)庫 [12]《 基于單片機的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計》 [C] 西安 :方正數(shù)據(jù)庫 [13] 中國芯片手冊網(wǎng) [DB/OL], 。而在仿真方面，這是一個考驗人耐性的階段，在我們用Protel 99SE繪制出 SCH原理圖并設(shè)置參數(shù)進行仿真時，總是出現(xiàn)錯誤，經(jīng)過將近 10天的檢查，原本以為準(zhǔn)確無誤的原理圖被我們找出了將近十幾個錯誤，修改之后，終于柳暗花明，撥云見日，預(yù)期的波形躍入了眼簾。 10V。 30V 輸入電壓范圍（注 2） 177。 printf(out5=%d\n,out5)。 while ((x)!=0){ 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 32 for(j=0。 c=P0。 定義變量類型 float k,l,i,e,g,f。 Keil C51是美國 Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng) 與匯編相比 C 語言在功能上，結(jié)構(gòu)性，可讀性，可維護性上有明顯的優(yōu)勢 因而易學(xué)易用， 用過匯編語言后再使用 C 來 開發(fā) 體會更加深刻。 可見，測高頻時誤差小，而測低頻是誤差較大。 C 波形轉(zhuǎn)換時間誤差。 當(dāng) 8051 的串行口不作通信使用時，可以使它工作在移位寄存方式（方式 0），擴展74LS164 來驅(qū)動 LCD 靜態(tài)顯示器，工作在寄存器方式時，串行口的 TXD 端輸出移位同步時鐘， RXD 端輸出串行數(shù)據(jù)，即選碼數(shù)據(jù)。單片機把獲得數(shù)據(jù)存儲在相應(yīng)的數(shù)據(jù)單元以后，計算出頻率 和相位差，并通過串口輸出 。 待計數(shù)器計數(shù)完畢以后，由單片機控制不同的三態(tài)總線分時通過 P0 口獲得相應(yīng)的數(shù)字，這樣串行分時傳輸，缺點是增加了等待的時間。因此即使在測周期為 1 秒的信號其，計數(shù)器 也不會益處。放大限幅分兩級，第一級采用同相放大器，放大的倍數(shù)取決于 R2 和 R3，第二級他的作用是限幅，起限幅作用的是穩(wěn)壓管 D1，為了使對正負(fù)信號都能通過和限幅，接了一橋式二極管電路。由于輸入的兩路信號幅度不確定，頻率不確定，邊沿不夠陡峭，而計數(shù)器和單片機測頻測相是相對 TTL 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 10 電平（數(shù)字信號）進行的，因此，我們必須對輸入信號進行放大整形。但由于采用大量的倍頻，分頻，混頻和濾波及移相環(huán)節(jié)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，容易產(chǎn)生雜散分量，且難以實現(xiàn) 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 9 相位差 1176。相移網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元電路如圖其中圖 (a)為超前移相網(wǎng)絡(luò)，圖（ b）為滯后移相網(wǎng)絡(luò)，通過電壓跟隨器隔離后用電位器合成，可以得到 90176。此方案解決了模擬鑒相的頻帶限制，但測相精度不高。當(dāng)電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時，要求兩電網(wǎng)的電信號之間的相位相同，這就需要精確測量兩列工頻信號的相位差。與傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)相比 , 其有處理速度快、穩(wěn)定性高、性價比高的優(yōu)點。該方案采用外部器件較少，電路簡單。 ～ 360176。調(diào)整滯后移相部分的電容為 54 F? ，超前移相部分的電容為30 F? ，實際測量移相 范圍為 51176。 為了得到 20KHZ的方波脈沖，筆者應(yīng)用集成函數(shù)發(fā)生器 8038 并取電容 C為 1PF，變阻器的 RP RP2的最大值為 10KΩ。調(diào)節(jié) RP RP2可使正弦波的失真達(dá)到較理想的程度 為使輸入阻抗≥ 100KΩ，采用同相放大器，在輸入端并上一個 100KΩ的電阻，這樣就能滿足要求。所以計數(shù)器將脈寬 t 和 周期 T 的數(shù)值傳給單片機，即可換算求得相位差。 在計數(shù)器部分，因為 74LS161 是 4位的，一共有 16 個狀態(tài)，而筆者所需的兩個 16 位計數(shù)器，所以測頻部分采用兩組計數(shù)器并且每組由四塊 74LS161 串聯(lián)而成，兩組共需 8 塊74LS161。 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 16 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 17 圖 － 8 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 18 程序編寫 在單片機編程方面，如果直接采用以前所學(xué)的 MCS51 匯編語言進行程序的編寫，盡管匯編的運行的速度較快，但 整 個程序顯的非常的龐大復(fù)雜。 單片機與 LED 數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟件為主的兩種接法 以硬件為主的接口方法： 在數(shù)據(jù)總線和 LED 顯示器之間，必須有所存器 I/O 接口電路，此外還應(yīng)有專用的譯碼器 /驅(qū)動器，通過譯碼器把 1 位十六進制數(shù)（ 4 位二進制數(shù)）或 BCD 碼譯碼為相應(yīng)的顯示段碼，然后有驅(qū)動器提供足夠的功率去驅(qū)動發(fā)光二極管。同時， 在 Protel99 仿真中，元器件都是理想化的，因此仿真中出現(xiàn)的波形會與理論實際中的有出入，如二極管，穩(wěn)壓管，在導(dǎo)通時相當(dāng)于短路，截止時相當(dāng)于斷路，還有激勵源都是無內(nèi)阻的，理想化的． 圖－ 13 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 24 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 16 M a y 20 06 S he e t of F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 99 S E \ E X A M P L E S \ P R E V I O ~ 12. D D BD r a w n B y:C110pR1100KV C CR230KR310KR45. 1KR51KR65. 1KV110VV3 15VV E E48231I C 1AL F 3 5348231I C 2AL F 3 53u2R7100Ku11 2I C 3A74L S 1432847615I C 4L P 3 11V C Cu4V C CV2+ 15VV C CV E EV E EV E EV D DD 101K A B 10D31N 4 739V6 5VV D DU3 圖－ 14 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 25 第五章 原理誤差分析 小信號部分的誤差 相位計的設(shè)計中采用的是相位 時間轉(zhuǎn)換法其誤差的來源主要有三個： A 計數(shù)誤差。另外比較器的輸入失調(diào)電壓也會引入一定的誤差?？梢酝ㄟ^選擇更小相位延時的運放和高速比較器來降低誤差。 sbit P1_6=P1^6。 P1_1=1。 if(P0_7==1)i=l。 out1=court[y]。因而設(shè)計者可立刻提高現(xiàn)有 LM1558和 LM358設(shè)計總性能。當(dāng)負(fù)共模電壓變動到負(fù)電源的 3V時，可能使輸入失調(diào)電壓增加。 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 40 設(shè)計回顧，收獲及心得體會 經(jīng)過三個月的畢業(yè)論文設(shè)計，收獲頗豐，感觸良多。特別是在遇到各種困難，難以突破的局面時，劉百芬老師更是不厭其煩，耐心的細(xì)心指導(dǎo)，解答，他循循善誘的教育方法，和創(chuàng)造性的思維給了我們很大的啟發(fā)。 總之，本次畢業(yè)設(shè)計鞏固了我們的專業(yè)理論知識，拓寬了視野，其中遇到的種種困難，提高了我們解決實際問題的能力。從器件的輸入端（通常，變換輸入）至交流地的并聯(lián)電阻和電容調(diào)節(jié)極頻率。若兩個輸入都超過負(fù)共模極限，將迫使放大器輸出到高態(tài)。 } 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 33 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 34 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 35 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 36 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 37 LF353 寬頻帶結(jié)型場效應(yīng)晶體管輸入運算放大器 概述 這類器件是低成本，高速，雙 結(jié)型晶體管（ JFET）輸入運算放大器，具有內(nèi)部微調(diào)輸入失調(diào)電壓（ BIFET||TM工藝）。 z=(t%10000)/1000。 P1_4=1。 mesc(2021)。 sbit P1_2=P1^2。過零比較器引起的相移。 我們知道遲滯型電壓比較器可以很好地消除 抖動。通過比較，發(fā)現(xiàn) PROTEL 更適合于對該小信號電路進行仿真， PROTEL 仿真后的圖形效果更為直觀，而且有多種不同類型的分析，適合不同的要求，同時筆者在對 PROTEL 的使用較之 MATLAB 更為熟悉。j125。為次決定采用 74LS139 二 四譯碼器，它能使控制線恰好增加到 10 根。 電路結(jié)構(gòu) 測頻部分由 D 觸發(fā)器和計數(shù)器組成。而 BENA 由輸入信號 A和輸入信號 B控制，兩路信號“異或”后控制 BENA。 圖－ 5 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 11 信號發(fā)生器 正弦信號由集成函數(shù)發(fā)生器 8038 產(chǎn)生。但是因為要用高速 ROM 存放正弦波形數(shù)據(jù)，占用較多資源，同樣存在價格昂貴的情況。從公式（ C22）中看到，輸入信號的幅度有所下降，所以在輸出后采用相同放大器，放大倍數(shù)為 2。 比較上述三種方案，方案一，方案二達(dá)不到設(shè)計要求，故采用方案三， → 顯示→ 單片機計數(shù)器→去除抖動去除抖動→電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換→→ →→放大放大 →整形限幅整形限幅 圖 1 移相可以有數(shù)字移相和模擬移相兩種方案。本文介紹的檢測方法不受信號頻率的影響 ,準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度好于過零比較法。系統(tǒng)以單片機 8051 及計數(shù)器，顯示管為核心 , 構(gòu)成完備的測量系統(tǒng)。 本設(shè)計的內(nèi)容要求 及方法 本次設(shè)計的要求是基于單片機設(shè)計出能夠測試出兩同頻信號的相位差，并且具有可調(diào)移相電路，該系統(tǒng)完成后將使被測電壓，頻率，相位信號幅值范圍分別為 1mV～ 220V， 1HZ～1000HZ，被測信號差范圍 0～ 360176。且利用 四 個計 劉峰 基于單片機的相 位差測試儀的研究 7 數(shù)器和一個 D 觸發(fā)器還可以對一路輸入信號進行等精度測量，克服了單片機在低頻或高頻部分177。 只有輸入信號的頻率與 RC 網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相同時，才有 45176。經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換，濾波即可得到所需波形。 LP311為電壓比較器（過零比較器），起到把模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號的作用，為后面的計數(shù)器工作做好準(zhǔn)備。 LP311 為電壓比較器使其參考電壓為零（過零比較器），起到把模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號的作用，在電壓比較器 LP311 后面接了一個上拉電阻，提高它驅(qū)動能力并為驅(qū)動后面的芯片提供大的電流。當(dāng)預(yù)置門控信號為高電平時，經(jīng)整形后的被測信號的上升沿通過 D 觸發(fā)器的 Q端同時啟動計數(shù)器 BZQ 和 TSQ。而在整個測相和測頻過程中，一共需