智能儀器頻率測試儀設(shè)計-展示頁
2025-04-04 01:20本頁面
【正文】 相位差測量的絕對誤差 ，而FPGA在測量T時有一個字的誤差，對待測信號頻率f=20kHz而言，下式成立：：=：50us則有 即FPGA采集相位差對應(yīng)時間差T時，比較方案一和方案二可以看出：（1）方案一比方案二更加可靠；（2）使用到的元器件也都是我們所常用到的一些元件，如：74HC138譯碼器，74HC573鎖存器，按鍵等；（3）從操作和可行性上說方案一思路清晰；（4）雖然方案一略顯復(fù)雜一些，但由于本次設(shè)計是第一次將單片機(jī)運用于實際的電路設(shè)計中，且尚未學(xué)過EDA，用FPGA設(shè)計有一定困難。（2）相位差對應(yīng)的時間差T的測量。對頻率的測量采用測周期的方法，即在信號周期T時間內(nèi)，對時標(biāo)信號進(jìn)行計數(shù)。FPGA通過對整形后的信號A、B的處理，要獲得二進(jìn)制數(shù)形式表示的信號頻率以及相位差對應(yīng)的時間差。STC從FPGA獲取數(shù)據(jù)并經(jīng)過CPU計算、轉(zhuǎn)換等有關(guān)處理后，得到信號的頻率和相位差并送LED數(shù)碼管顯示。信號（2）相位差的測量我組用一個與門將兩輸入的待測信號比較后疊加，而輸出的波形中，正脈沖寬度就是要測量的待測1和待測2相位差所對應(yīng)的時間差t，跟據(jù)公式可得相位值。本設(shè)計我組采用測周期法。（1）頻率的測量：STC對信號頻率的測量可以采用直接測量法和測周期法。用測周期的方法獲得信號頻率即是對I進(jìn)行2分頻后的波形中，高電平的寬度正好對應(yīng)I的周期，我們將此高電平信號作為單片機(jī)內(nèi)部定時器的硬件啟動/停止信號，便可測得周期T,由公式,得頻率。一般信號頻率較高時，采用直接測頻率法，而信號頻率較低時，采用測周期的方法。 此式說明，相位差與 一一對應(yīng)，可以通過測量時間差及周期信號的測量，也就是時間的測量，而時間的測量則要用到電子計數(shù)器。不妨令,式中是相位差對應(yīng)的時間差，且令為周期信號，則有比例關(guān)系:360176。 方案項目方案一方案二芯片部分 741741整形部分LM324LM339信號轉(zhuǎn)換部分74HC08FPGA適配板單片機(jī)部分STC12C5A3252AT89C51顯示部分LEDLED 只有兩個同頻率的（正弦）信號才有相位差的概念。、稱為正弦量的三要素。設(shè)計中有兩路輸入信號，也是被測量信號，它們是兩個頻率相同的正弦信號，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。整形電路STC12C5A3252整形電路移相電路待測信號2待測信號1輸入信號鍵盤控制切換LED顯示 方案一方框圖。⑵．主要技術(shù)指標(biāo)①．測量頻率范圍：1Hz~1MHz②．測量誤差：≤%（全頻段）③．額定輸入信號電壓：500mV④．最大輸入信號電壓：100V⑤．輸入阻抗：1MΩ⑥．顯示方式：6位LED數(shù)碼管顯示被測信號的頻率。③．輸入采用交流耦合方式。設(shè)計要求:⑴．功能要求①．可以測量被測信號的頻率。可通過按鍵實現(xiàn)測頻或測相，用LED數(shù)碼管直接顯示讀數(shù)，顯示清晰直觀。要求測量頻率的范圍為20Hz到20KHz，相位的范圍為0176。智能 頻 率測試 儀 設(shè) 計專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)班級：09應(yīng)電2班學(xué)號：2009061595姓名：崔建宇指導(dǎo)老師：董衛(wèi)軍11前言本次設(shè)計是以STC12C5A3252單片機(jī)為控制核心的頻率及相位測試儀。本次設(shè)計可完成對信號頻率的頻率測量和相位差測量。到360176。誤差小，穩(wěn)定性高。②．使用多周期同步測量原理，實現(xiàn)全頻段等精度測量。④．使用220V/50Hz交流電源，設(shè)置電源開關(guān)、電源指示燈和電源保護(hù)功能。2總體方案設(shè)計 方案一。整形電路整形電路FPGAAT89C51LED顯示AB待測信號1待測信號2 方案二方框圖本設(shè)計要完成信號頻率的測量和相位差的測量。 令正弦信號為，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。不妨令兩個同頻率的正弦信號為 則相位差，由此可看出，相位差在數(shù)值上等于初相位之差，是一個角度。=:,可以推導(dǎo)得到=360176。信號頻率的測量可以采用直接測頻率的方法和周期測頻率的方法。用直接測頻率的方法獲得信號頻率即是讓定時器/計數(shù)器T1對外部事件計數(shù)，而讓定時器/計數(shù)器T1定時1s，只有在這1s內(nèi)T1啟動對外部事件（即信號I）計數(shù)，則T1的計數(shù)值就是待測信號的頻率。方案一工作原理：兩路待測信號經(jīng)整形后變成了矩形波信號1和2，1和2是同頻率，不同相位的矩形波。一般信號頻率較高時采用直接測量法，而信號頻率較低時用測周期法。將輸入信號送入單片機(jī)再對高電平進(jìn)行掃描，記錄在1s內(nèi)高電平出現(xiàn)的次數(shù)N，則N就是測得的頻率。信號1信號2與門輸 出方案一工作原理：讓FPGA實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，即待測信號的頻率f、兩路
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