【正文】 定時器 /計數(shù)器有三個特點： 第一：定時器 /計數(shù)器可以與 CPU 并行工作； 第二：定時器 /計數(shù)器可以采用中斷方式與系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作； 第三：定時器 /計數(shù)器可以有軟件或硬件控制啟動和停止。 MCU 測量時間差 及 周期 下 面詳細(xì)談?wù)?MCU 測量時間差、周期 [7]的方法。 另外，由圖 32 可知， BA? 信號是 A 信號的二倍頻（ A 與 B 同頻），由此可見，低頻相位測量儀硬件電路設(shè)計 6 對于同頻 不 同相的兩個信號，經(jīng)過異或門后可得到二倍頻的信號。 相位差的測量 鑒相器就是異或門，在鑒相器的輸入波形 BA? 中，正脈沖寬度就是要測量的 A和 B 相位差所對應(yīng)的時間差 ?T ，如圖 32 所示（其中波形 C 為鑒相器即異或門的輸出波形）： 圖 32 鑒相器的輸出 及 輸入波形圖 在測量相位差時還應(yīng)該考慮超前 、 滯后兩種 情況（ 圖中所示為 A超前 B）。 上述三種測量相位的方法，各有優(yōu)缺點，從測量范圍、靈敏度、準(zhǔn)確度、頻率特性和諧波的敏感性等技術(shù)指標(biāo)來看，過零點檢測法比較好，它輸出正比于相位差的直流電壓和相位差的脈沖數(shù)， 還易于實現(xiàn)數(shù)字化和自動化 ， 現(xiàn)代的數(shù)字相位表多采用這種原理構(gòu)成。附近靈敏度降低，讀數(shù)困難也不準(zhǔn)確。這種方法由于應(yīng)用了積分環(huán)節(jié)，可以濾掉信號波形中的高次諧波，抑制了諧波對測量準(zhǔn)確度的影響。以內(nèi) ， 欲使測量范圍擴(kuò)展到 360176。這種方法的特點是電路簡單，對啟動采樣電路要求不高，同時該方法還具有測量分辨率高、線性好、易數(shù)學(xué)化等優(yōu)點。 時間的測量有多種方法，而設(shè)計題目關(guān)于相位測量儀的技術(shù)指標(biāo)要求會影響到我們對方案的選擇， MCU 應(yīng)用系統(tǒng)一般能較好的實現(xiàn)各種不同的測量及控制功能，往往還能滿足一些設(shè)計要求比較高的技術(shù)指標(biāo)，因此，我們在進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計時，可用 MCU 實現(xiàn)系統(tǒng)功能，完成系統(tǒng)指標(biāo)。不妨令兩個同頻率的正弦信號為： ? ? ? ?? ? ? ?02220111 s ins in ?? ?? ?? ?? tAtA tAtAmm （ ） 則相位差： ? ? ? ? 02021201 ??????? ?????? tt （ ） 由 式中可看出，相位差在數(shù)值上等于初相位之差， ? 是一個角度 不妨令 ??? T? ，其中 ?T 是相位差 ? 對應(yīng)的時間差，且令 T 為信號周 期，則有比例關(guān)系： ??:360: TT ? （ ） 可以推導(dǎo)得到： ? ? 360/ ?? TT?? （ ） 式子 中可以說明，相位差 ? 與 ?T 一一對應(yīng)，可以通過測量時間差 ?T 及信號周期 T ，計算得到相位差 ? ，這就是 相位差 的基本測量原理。 Am、 ? 、 0? 稱為正弦量的三要素。相位測量儀有兩路輸入信號，也是被測信號，他們是兩個同頻率的正弦信號，頻率范圍為 20Hz~20KHz（正好是音頻范圍），幅度為 UPP=1~5V（ 可以擴(kuò)展到 ~5V） ，但兩者幅度不一定相等。 將其送到 MCU 外部中斷口，再通過 MCU 處理數(shù)據(jù)（數(shù)字濾波、計算、送數(shù)據(jù)、鍵盤處理等），最后得到我們所要的相位值，并將其通過 數(shù)碼管 顯示出來。 兩路待測信號（同頻率、不同相位的兩路信號）通過整形電路，變成矩形波信號，再通過鑒相器，得到兩路波形的正脈沖寬度，也就是所要測量的兩路信號的相位差所對應(yīng)的時間差。因此，研究和設(shè)計低頻數(shù)字式相位測量儀，將會為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到推動和促進(jìn)作用。同頻信號間相位差的測量在電力系 統(tǒng)、工業(yè)自動化、智能控制及通信、電子、地球物理勘探等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。總之 ， 相位測量技術(shù)在我們生活中起到了不可忽視的。 “ 相位 — 時間 ” 法和 “ 功率比例法 ” 是兩種比較傳統(tǒng)的相位差測量方法，低頻相位測量儀硬件電路設(shè)計 2 在現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域中還對基于離散 傅里葉 變換 [2]的相位測量原理進(jìn)行了研究，并有了一定的成效 。本次設(shè)計 就 是利用單片機(jī)實現(xiàn)對低頻相位差的測量，使得儀表更加數(shù)字化、智能化，功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。可以說，電子技術(shù)的應(yīng)用水平是現(xiàn)代化進(jìn)程的一個重要標(biāo)志。 選題意義 隨著 微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，給國民經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)活動和社會活動帶來極大的變革。而且，具有體積小、性價比高、性能穩(wěn)定的特點。 我們設(shè)計的相位測量系統(tǒng)電路，由 MCU 芯片和小規(guī)模的集成電路構(gòu)成。在電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時，要 求兩電網(wǎng)的電信號相同，這就要求精度的測量兩工頻信號之間的相位差 。 對于低頻相位的測量，用傳統(tǒng)的模擬指針式儀表顯然不能夠滿足所需的精度要求，隨著電子技術(shù)以及微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式儀表因其高精度的測量分辨率以及高度的智能化、直觀化的特點得到越來越廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................... 32 附 錄 ........................................................................................................................... 34 低頻相位測量儀硬件電路設(shè)計 1 1 緒論 近年來 ， 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，相位測量技術(shù)也廣泛應(yīng)用于國防、科研、生產(chǎn)等各個領(lǐng)域，很多測量儀 逐漸 向 “ 智能儀 器 ” 和 “ 自動測試系統(tǒng) ” 發(fā)展，這使得儀器的功能豐富而使用簡單。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。 相位測量 模塊 采用對輸入的兩路信號 （同頻率、不同相位） 通過比較器整形 、鑒相器異或之后得到的相位差， 輸入到單片機(jī)的中斷口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理 ； 采用數(shù)碼管顯示被測信號的相位差?？梢詫Φ皖l率范圍的信號進(jìn)行相位等參數(shù)的精確測量，測相絕對誤差不大于 1176。低頻相位測量儀硬件電路設(shè)計 I 低頻相位測量儀硬件電路設(shè)計 摘 要 本設(shè)計 提出了一種基于 AT89C51 單片機(jī)開發(fā)的低頻數(shù)字相位測量儀的 方案 。主要包括 相位測量模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示模塊、電源模塊的設(shè)計 。 。硬件結(jié)構(gòu)簡單 ， 軟件采用匯編語言實現(xiàn) ， 程序簡單可讀寫 性強(qiáng) 、 效率高。 關(guān)鍵詞 相位 差 單片機(jī) 低頻 誤差 低頻相位測量儀硬件電路設(shè)計 II THE DESIGN OF LOWFREQUENCY PHASEMEASURING INSTRUMENT HARDWARE CIRCUIT ABSTRACT The design of this lowfrequency digital phase measurement program based on include phase measurement modules, the smallest singlechip systems, display module, power module design. It can make precision measurement of lowfrequency range phase of the signal parameters, measurement of absolute error no greater than measurement modules use two input signals(The same frequency and different phase)Through the parator shaping XOR phase detector of the phase, To the microcontroller interrupt input port for data acquisition and processing. We choose LED to display the measured phase difference signal. The hardware structure is simple, software realization is shown by assembly language. The program can be read and written simply and strongly and high efficiency. Compared with the traditional circuit system, it has the advantages of faster processing speed, high stability, costeffective. KEY WORDS Phase MCU Lowfrequency Erroneous 低頻相位測量儀硬件電路設(shè)計 III 目 錄 中文摘要 .............................................................................................................................. I 英文摘要 ............................................................................................................................. II 1 緒論 ................................................................................................................................. 1 選題意義 ............................................................................................................... 1 課題研究內(nèi)容 ...................................................................................................... 2 2 方案選擇 ........................................................................................................................ 2 設(shè)計方案論 證 ...................................................................................................... 2 相位差測量方案選擇 ........................................................................................ 3 3 系統(tǒng)原理 ........................................................................................................................ 4 原理框圖 ............................................................................................................... 4 相位差的測量 ...................................................................................................... 5 MCU 測量時間差及周期 ...........