【文章內(nèi)容簡介】 移植性做好。由于算法部分不涉及任何硬件，所以這三個算法可以在任何MCU上運行，只需要修改相應(yīng)的形參即可。這三種算法也是數(shù)字信號處理中常用的算法，將其功能封裝好做成可移植函數(shù)也為以后項目中調(diào)用該算法提供了方便.第三章：硬件電路設(shè)計 移相電路的設(shè)計圖5 移相模塊電路圖測相差一般都是針對正弦信號，所以要需要有兩路相位差可調(diào)的正弦信號，這里采用最簡單的RC低通濾波電路。其上限截止頻率為,輸出信號與輸入信號的相位差為，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值可以調(diào)節(jié)相位差的大小，這樣就可以得到兩路相差可調(diào)的正弦信號了，電路圖如下所示： 電壓跟隨器模塊 電壓跟隨器具有輸入電阻大，輸出電阻小，輸出電壓等于輸入電壓的優(yōu)點，通常用作前后級電路的隔離。電壓跟隨器可以采用集成運放，也可以采用三極管構(gòu)成的共集放大電路，考慮到現(xiàn)在的集成運放價格非常低，所以這兩種方法的成本是差不多的，顯然，采用集成運放構(gòu)成的電壓跟隨器具有更高的穩(wěn)定性，所以在本設(shè)計中采用了集成運算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器作為移相電路和加法電路的隔離電路。 加法器模塊 OP07簡介OP07是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)0的雙極性集成運算放大器，由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于OP07最大為25uV）,所以在很多場合下不需要在增加額外的調(diào)0電路，OP07的輸入電阻非常大，且開環(huán)增益高，其輸入偏置電流通常為2nA,所以O(shè)P07常用于高增益測量設(shè)備或者放大傳感器的微弱信號。OP07是雙電源供電，電源電壓范圍為，電源電壓越大，集成運放的線性區(qū)就越寬，所以可以根據(jù)輸出信號的大小來確定電源電壓的大小，要注意到，電源電壓不能小于輸出信號。例如，輸出信號的范圍為05V，則電源電壓一定要大于5V，否則，當(dāng)輸入信號過大，輸出電路的晶體管由放大區(qū)進入飽和區(qū)，集成運放就由線性區(qū)進入到非線性區(qū)，輸出電壓等于電源電壓，不在具有放大功能。 實用電路設(shè)計由于STC12C5A60S2單片機的片內(nèi)AD只能測05V的模擬信號，所以如果直接把信號接到單片機的AD輸入通道上，信號負半波是測不到的，所以考慮先把該交流信號與一個直流信號相加，使得該正弦信號的電壓值在任何時刻都大于0，再用單片機AD進行采樣，最終結(jié)果在減去直流信號。這樣就可以把交流模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號了。加法器采用同相加法運算電路，通過反饋電阻R10和R11引入深度負反饋，使得運放工作在線性區(qū)。當(dāng)集成運放工作在線性區(qū)時，其輸入端具有虛短和虛斷效應(yīng)。通過集成運放的虛短和虛斷效應(yīng)可以推導(dǎo)出輸出信號與輸入信號的關(guān)系為 其中, ,將圖中數(shù)據(jù)帶入公式可得圖6 加法器電路圖 電源電路 電源電路由變壓器，單相全橋整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓模塊構(gòu)成，首先通過變壓器將220V交流電編程12V交流電，然后利用單相全橋整流電路將交流信號整成直流信號，再通過濾波電路，利用電容的充放電使得電壓信號波動較小，最后通過穩(wěn)壓芯片輸出穩(wěn)定的電壓信號。 變壓器簡介變壓器也可以稱之為靜態(tài)電機，就是通過磁場來耦合前后級電路，通過電磁場來進行能量傳遞。當(dāng)在變壓器的一次側(cè)加交流電壓U1，交變的電流流過線圈后，在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生交變的磁場，該磁場與二次側(cè)線圈交鏈，在二次側(cè)感應(yīng)出電動勢，這樣一次側(cè)的能量就通過磁場傳遞到了二次側(cè)。假設(shè)一次側(cè)線圈匝數(shù)為N1，二次側(cè)線圈匝數(shù)為N2，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，一次側(cè)電壓為，二次側(cè)感應(yīng)電動勢為，所以一二次側(cè)電壓比。 單相全橋整流電路圖7 單相全波整流電路橋式整流電路的工作原理如圖11所示。在u2的正半周，DD3導(dǎo)通，DD4截止，電流由TR次級上端經(jīng)D1→ RL →D3回到TR 次級下端，在負載RL上得到一半波整流電壓。 在u2的負半周，DD3截止，DD4導(dǎo)通，電流由Tr次級的下端經(jīng)D2→ RL →D4 回到Tr次級上端，在負載RL 上得到另一半波整流電壓。 這樣就在負載RL上得到一個與全波整流相同的電壓波形，其電流的計算與全波整流相同，即 　　 流過每個二極管的平均電流為每個二極管所承受的最高反向電壓為 結(jié)論本文討論了一種全新的相位差檢測的算法，相對于傳統(tǒng)的過零檢測方法具有很多優(yōu)勢，容許待檢測信號具有一定的失真，檢測精度更高，但是硬件和軟件相對而言也更加復(fù)雜，本設(shè)計最終實現(xiàn)了090186。的相位差測量，測量精度精確到小數(shù)點后兩位。在此基礎(chǔ)上，利用STC12C5A60S2單片機實現(xiàn)了本設(shè)計方案，結(jié)果表明：本設(shè)計方案對硬件設(shè)計要求很高，因為AD模塊不能采樣到低于0的電壓，而交流信號必定會存在負半波，為了能對信號整個周期進行采樣，必須通過硬件電路對信號進行處理，在通過算法對其還原，如果硬件電路做的不好，處理信號的過程中因為集成運放的溫飄和零飄是的信號產(chǎn)生較大的失真，會導(dǎo)致相差檢測波動較大32點的FFT運算的精度過低，也會導(dǎo)致相差測量精度不高，在本設(shè)計中為了節(jié)省成本，采用了價格較低的STC單片機，由于收到內(nèi)存的限制，最大只能運行32點的FFT運算，所以相差測量精度很低，且波動較大。如果想要提高測量精度，可以換更高端的MCU或者擴展存儲器，采用128或者256點的FFT運算，可以大大提高相位差測量的精度。由于時間倉促，本設(shè)計還有很多的不足之處，測量精度也不高且波動較大。硬件穩(wěn)定性和算法精度都有待改進，在今后的設(shè)計中可以從這兩個方面進行改進。參考文獻（Reference)[1] 譚浩強. C 程序設(shè)計（第二版）[M].北京： [2] 童詩白、華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京： 高等教育出版社. 2006[3] 邱關(guān)源、（第五版）[M].北京：高等教育出版社. 2006[4] 趙金利、（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社. 2007[5] 鄧新蒲、盧啟中、 [E]. [6] 胡文軍、李震梅、[B].[7] [J].[8] .[J].[9] .[J].[10] 丁玉美、[M].附錄：一：源程序1 include define uint unsigned intdefine uchar unsigned chardefine ADC_POWER 0x80 //ADC電源控制位define ADC_FLAG 0x10 //ADC完成標(biāo)志define ADC_START 0x08 //ADC起始控制位define ADC_SPEEDLL 0x00 //540個時鐘define ADC_SPEEDL 0x20 //360個時鐘define ADC_SPEEDH 0x40 //180個時鐘define ADC_SPEEDHH 0x60 //90個時鐘void Delay1(uint n){ uint x。 while (n) { x = 5000。 while (x)。 }}void InitADC(){ P1ASF = 0xff。 //設(shè)置P1口為AD口 ADC_RES = 0。 //清除結(jié)果寄存器 ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDHH。 Delay1(2)。 //ADC上電并延時}long int GetADCResult(uchar ch){ long int adcresult。 ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ch | ADC_START。 _nop_()。 //等待4個NOP _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 while (!(ADC_CONTR amp。 ADC_FLAG))。//等待ADC轉(zhuǎn)換完成 ADC_CONTR amp。= ~ADC_FLAG。 //Close ADC adcresult=ADC_RES*4+(ADC_RESLamp。0x03)。 //返回ADC結(jié)果 return adcresult。}2:include void delay5us(uchar n){ uint x。 while(n) { x=0。 while(x)。 }}/*******************************************************************//* *//* 延時函數(shù) *//* *//*******************************************************************/void delayms_12864(uint n){ uint x。 while(n) { x=628。 while(x)。 }} /*******************************************************************//* *//*檢查LCD忙狀態(tài) *//*lcd_busy為1時，忙，等待。lcdbusy為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。 *//* *//*******************************************************************/bit lcd