【正文】 ，相位測量在電力、機械等部門具有非常重要的意義。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域都有著廣泛的應用。 相位測量儀是 適用于電能計量、用電檢查、繼電保護、差動檢測、電力建設和變送電工程等 的 一種高精度儀器儀表。 在 許多領域，經(jīng)常會遇到需要檢測兩個信號之間的相位差， 精確地測量兩個信號之間的相位差，具有很重要的意義。相位差的測量是研究網(wǎng)絡相頻特性中不可缺少的重要方面 。隨著測量需求的逐漸增大，一款高精度的相位測量儀正是市場所需要的。單片機和計算機相比，單片機缺少了外圍設備等。由于單片機的需求大，現(xiàn)在已經(jīng)有 8位、 16 位、 32 位的單片機，其中作為 8位單片機的 51單片機最為成功，因為其簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。 方案論證 控制部分的方案選擇和論證 方案一： 采用傳統(tǒng)的 8 位單片機，例如 STC12C5A60S2 作為控制核心。 方案二： 采用 FTC10F04 單片機，還帶有非易失性 Flash 程序存儲器。 方案一成本比較低 ， 適合做設計，方案二運算速度高，性能好，所以兩種方案都有可取之處。 綜合比較選用方案一 顯示模塊的選擇方案和論證 方案一： LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描。 方案二： 點陣顯示。 方案三： LCD1602 液晶是一種具有 8位并行接口方式的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 16x2。 3 相位測量方案選擇和論證 方案一： 過零點檢測法： 原理是將基準 信號的過零時刻與被測信號的過零時刻進行比較 ，由二者之間的時間間隔與被測信號周期的比值推算出兩信號之間的相位差。 從測量范圍、準確 度 等技術(shù)指標來看 ，綜合比較選擇方案一，即過零點檢測法。 式 表明，相位差 ? 與時間差 ?T 有著一一對應的關系，只要通過測量時間差 ?T 及信號周 期 T ，就可以求得相位差 ? 。系統(tǒng)總體框圖如圖 1所示。 STC12C5A60S2 系列 1T 單片機特點如下： 1. 增強型 8051 CPU,1T,單時鐘 / 機器周期 2 . 工作電壓 :有 3 . 3 V 和 2 . 2 V 兩種電壓的單片機可以選擇，可以最大的適應你所需要的設計需求 3. 工作頻率范圍 :0 35MHz 4. 用戶應用程序空間 選擇多 5. 片上集成 1280 字節(jié) RAM 6. 通用 I/O 口 (36/40/44 個 ) 8. 有 EEPROM 功能 9. 看門狗 10. 內(nèi)部集成 MAX810 專 用復位電路 11. 外部掉電檢測電路 12. 時鐘源 :外部高精度晶體 或者 內(nèi)部 R/C 振蕩器 13. 共 4 個 16 位定時器 ,16 位定時器 T0 和 T1 引腳信號介紹： ～ ： P0 口 8 位雙向口線 ～ ： P1 口 8 位雙向口線 ～ ： P2 口 8 位雙向口線 ～ ： P3 口 8 位雙向口線 P1 口的第二功能如表 31： 表 P1 口第二功能表 引腳號 第二功能 T2（定時器∕計數(shù)器 T2的外部記數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX(定時器 ) MOSI(在系統(tǒng)編程用 ) MISO(在系統(tǒng)編程用 ) MCK(在系統(tǒng)編程用 ) 6 P3 口的第二功能如表 32: 表 P3 口第二功能表 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（外部中斷 0） INT0 外部中斷 0） T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 單片機電路如圖 3所示 ： 圖 3 單片機最小系統(tǒng) 穩(wěn)壓電路設計 7 圖 4 7805 穩(wěn)壓電路 圖 4 所示，電源電路采用集成穩(wěn)壓管 LM7805 進行穩(wěn)壓。電池提供的 12V電壓可用于驅(qū)動繼電器的工作。 相位差測量模塊 相位測量模塊主要包括整形電路的設計和鑒相器電路的設計。 整形電路采用的是過零比較法 將待測信號變成矩形波信號，然后再送給鑒相器電路進行下一步的處理 。其中， Ua、 Ub 分別是待測信號和參考信號； Uc、 Ud 分別是經(jīng)過過零比較整形后的兩路矩形波信號； Ue、 Uf 分別是經(jīng)過三極管轉(zhuǎn)換電路得到的只有 0、 1 電平的矩形波信號，用以作為 JK 觸發(fā)器的時鐘信號； Ug、 Uh 分別是經(jīng) JK 觸發(fā)器后的二分頻信號，同時也是鑒相器的輸入信號； Ui、 Uj分別是相位差信號及其取反后的信號，這兩個信號分別接入單片機的 和 口 。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。 8 圖 5 相位測量電路 LM339 簡要介紹 圖 6 是很常見 LM33 引腳圖， lm339 可以 各種電壓比較器電路。 1V~177。 LM339 集成塊 采用C14 型封裝。當 CLK 端接收到觸發(fā)脈沖時，Q 端有低電平變?yōu)楦唠娖剑划斚乱粋€脈沖到來， Q 端又由高電平變?yōu)榈碗娖剑绱瞬粩喾磸?。其管腳圖如圖 7所示。 10 圖 8 鑒相器輸入輸出波形圖 由圖可知，鑒相器的輸出信號是兩輸入信號的二倍頻信號，而該輸入信號是經(jīng)過 JK觸發(fā)器的二分頻信號，由此可知，該相位差信號和待測信號是同頻的。 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 :162 個字符 工作電壓 :— 工作電流 :() 各引 腳接口說明如 下 表所示 : 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 11 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極 第 1 腳： 接地 第 2 腳：接 5V。 第 15 腳：背光源 的 正極。 1602LCD 的指令說明及時序 如表 1014 所示： 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器 的 地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器 的 地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 12 10 寫 數(shù)據(jù) 到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 與 HD44780 相兼容的芯片時序表如下： 讀狀態(tài) 輸入 RS=L， R/W=H， E=H 輸出 D0— D7=狀態(tài)字 寫指令 輸入 RS=L， R/W=L， D0— D7=指令碼， E=高脈沖 輸出 無 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=H， E=H 輸出 D0— D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=H， R/W=L， D0— D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出 無 該模塊在本次設計中的電路如圖 9 所示： 圖 9 LCD1602 電路圖 4 軟件部分設計 在單片機設計中，可以使用 C語言和匯編語言。 C 語言的簡介 本系統(tǒng)對核心測量電路 —— 相 位測量部分進行了詳細的軟件設計。通過軟件計數(shù)的方法對相位差信號的高電平和低電平分別計數(shù) 10個，同時開啟定時器，記錄相應的時間。再根據(jù)式 方可得到所測相位差，并通過液晶顯示出來。 15 圖 11 INT1 中斷服務子程序 5 仿真調(diào)試及結(jié)果 經(jīng)過初步的分析和設計完成后， 系統(tǒng)的 軟件和硬件 調(diào)試是 分不開的。在我們進行系統(tǒng)調(diào)試的時候，我們要先對各個模塊進行調(diào)試，避免系統(tǒng)調(diào)試的時候，因為模塊故障而無法繼續(xù)調(diào)試下去。 外部中斷 INT1 入口 開啟定時器 T0 軟件計數(shù)值 a是否為 0 定時器 T0初始化 計數(shù)值 a 自加 a 是否計數(shù)到 10 關閉定時器 T0， a 重新從 0 開始計數(shù) 記錄此時定時器的時間值 返回 是 是 否 否 16