基于單片機控制的低頻數字式相位測試儀文檔(編輯修改稿)
2024-12-13 08:36 本頁面
【文章內容簡介】 (t)為兩同頻率的正弦信號，經整形電路后形成 方波，方波的上升沿和下降沿分別與振蕩信號（正弦信號）的正負過零點對應。整形電路的輸出，一路送異或門，一路送 相位超前滯后判斷電路 。 兩路方波信號 送入異或門后，輸出的矩形脈沖的寬度 ? 與相位 ? 成比例關系。在復合門上用高頻時鐘脈沖對相位進行刻度，即用異或門的輸出脈沖來控制周期固定的高頻時鐘脈沖 從復合門 的通過。復合門的輸出送入 單片機的 ，由內部定時 /計數器 T1計數 時間 ? 內，通過復合 門的時標個數 N。 定時 /計數器 T1 的啟動和停止取決于 INT1引腳的信號，當 INT1由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，開始計數；當 INT1由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，停止計數器，而 INT1引腳的信號來自異或門的輸出，即用異或門的輸出信號控制定時 /計數器 T1 的啟動和停止。 在閘門控制時間內的計數值 N正比于 ? ，這樣相位的測量就轉化為數字化的時間測量； 同時經整形后信號中的任意一路送入單片機的內部定時 /計數器 T0，使用 T0 測出輸入信號的頻率 ； 另一路送入 相位超前滯后判斷電路 ，用來區(qū)分 兩路同頻信號相 位的超前與滯后關系 。 整形電路 整形電路 異或門 T0 8052 T1 INT1 相位超前滯后 判斷電路 復合門 高頻時鐘脈沖 顯 示 器 e1(t) e2(t) 4 第三章 系統(tǒng)外圍電路的設計 方案 設計與器件選擇 整形電路 一、 整形電路 用 LM339構成的 電壓 比較電路 組成 。 對于不同幅值（ 1V～ 5V）的待測信號，將待測信號接入 ， LM339 比較器組成電壓比較器 ， 用于檢測信號過 0點 ， 將正弦波整形為方波 ，可以很好地達到設計需求。 使用此方法設計的整形電路簡單，易于實現，且較符合設計任務的要求。 電路圖 原理圖 如圖 32 所示。 圖 32 波形整形電路 二、 采用 施密特觸發(fā)電路 （又稱遲滯比較電路） ，完成對輸入正弦信號的整形。 因施密特觸發(fā) 器 能濾除干擾噪聲而獲得很廣泛的運用。在一些應用場合中，特別在某些模 /數轉換電路中，遲滯比較器作為抗干擾的比較器應用較多。為了獲得更好的轉換效果，需要較好地選擇遲滯比較器正端輸入的基準電壓。而信號的未知為確定基準電壓帶來麻煩。 整形電路 前端 有 AD620 組成， AD620 是一個高性能的放大器，資料顯示，它只須外接一個電阻，即可實現增益在 1～ 1 000內的調節(jié)。當增益為 1時，不需外接電阻，且阻抗可以達到 10MΩ . 用 AD620可實現對弱小信號的放大整形。 LM334比較器組成施密特電壓比較器 ， 用于檢測信號過 0點 ， 將正弦 波整形為方波。 AD620一般用于對噪聲和干擾要求比較高的場合，但 AD620的購買價格較高。 5 通過分析研究， 用 LM339 構成的電壓比較電路 構成 整形電路 ，是一種較為理想的設計。 高頻脈沖產生電路 一、 高頻脈沖 信號 由 穩(wěn)定度高的石英進晶體振蕩器構成 。 由振蕩頻率為確定的石英進晶體為核心，附以非門，形成正反饋系統(tǒng)，得到 頻率固定的高頻脈沖信號。 為便于單片機的測量和計算， 選擇 100KHz 的石英晶體，使得高頻脈沖產生電路輸出 100KHz 的高頻時鐘信號。 只要選擇的石英晶體良好，這種方法得到的高頻時鐘脈沖的精度、穩(wěn) 定度都很高，并且電路 實現 簡單。 石英進晶體振蕩器構成的高頻時鐘脈沖信號的電路如圖 33所示。 圖 33 石英進晶體振蕩器構成的高頻時鐘脈沖產生電路 二、 高頻脈沖信號使用基于 NE555定時器構成的 555振蕩電路構成 。 以產生需要的高頻時鐘脈沖信號。 通過計算， 選擇對應的電阻和電容參數值， 可以得到 近似的目標頻率（ 100KHz），但誤差較大。 方案二設計的高頻脈沖產生電路如圖 35所示。 使用 基于 頻率為 高穩(wěn)定度石英晶體 為核心，構成 高頻脈沖信號 產生源，設計簡單合理，故采用前者。 圖 35 555定時器構成的高頻脈沖產生電路 6 異或門 鑒相電路 異或門由一片 74LS74 構成 ，起鑒相作用。這樣將兩路方波信號輸入后，即可將兩信號高低電平相 異 的 部分 以高電平輸出，而這個 輸出信號的寬度脈沖與 待 測的相位差 成比例關系 。 電路原理圖如圖 36所示。 圖 36 鑒相電路 復合門 復合門由與門構成， 在異或門的輸出脈沖寬度時間 г 內，將高頻時鐘脈沖送出。 圖 38 復合門 1為時標脈沖信號，其頻率為 cf 2為相位差對應的時間寬度的矩形波 ，其時間寬度為 T 3為對應于上述時間寬度內的時標個數 n （脈沖） 三者間的關系為： cfTn? 7 相位超前或滯后判斷模塊 圖 310 相位超前滯后判斷電路 圖 311 74LS74邏輯圖 相位超前或滯后判斷模塊由 D觸發(fā)器構成，將 A信號經整形后送入 D腳， B信號經 整形后送入 CLK腳，若 Q輸出為高電平，則說明 A信號 的相位超前 B信號；反之 A信號的相位滯后 B 信號。并將 Q 的值送至發(fā)光二極管，若發(fā)光二極管點亮，則說明 A 信號相位超前 B信號，反之，則說明 A信號的相位滯后 B信號。電路原理圖如圖 310所示。 顯示 電路 一 、 采用 LED數碼管顯示電路。 二、 7段數碼管的驅動 單片機驅動 LED數碼管有多種方法，按顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。 靜態(tài)顯示就是顯示驅動電路具有輸出鎖存功能，單片機將顯示的數據送出后就不再控制 LED，直到下一次顯示時再傳送新的顯示數據。只要當前顯示的 數據沒有變化，就無須理睬數碼管顯示器。靜態(tài)顯示 的數據穩(wěn)定，占用的 CPU時間少。靜態(tài)
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