低频数字式相位测量仪(2)

参赛单位：青岛建筑工程学院 指导老师：赵艳秋 张民 张天开

参赛队员：赵玉军 房瑞金 胡明辉

DDS（直接数字式频率合成器）原理框图如下： 参考信号 fc 频控字K 相位累加相位加法波形存储 器 器 器 相控字P fo 数字乘数模转低通滤幅控字A 法器 换器 波器 参考信号为高稳晶振，其输出信号用于提供DDS各种部件的同步工作，相位累加器是DDS的核心，它由一个N位字长的二进制加法器和一个由时钟fc取样的N位寄存器组成，作用是对频率控制字K进行线形累加，波形存储器中存储的是一张函数的波形查询表，对应不同的相位码址输出不同的相位码址输出不同的幅度编码。当相位控制字为0，幅度控制字为1时，相位累加器输出相位序列对波形存储器寻址，得到一系列离散的幅度编码。该幅度编码经D/A转换后得到对应的阶梯波，最后经低通滤波器平滑后得到想要的模拟波形。

二． 液晶显示模块

液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等 1．显示资料RAM（DDRAM）

显示资料RAM提供64×2个位元组的空间，最多可以控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示资料RAM时，可以分别显示CGROM、HCGROM与CGRAM的字型；ST7920A可以显示三种字型 ，分别是半宽的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型 ，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H—0006H的编码中将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码达成中文字型 的编码（A140—D75F），各种字型详细编码如下：

1． 显示半宽字型 ：将8位元资料写入DDRAM中，范围为02H—7FH的编码。 2． 显示CGRAM字型：将16位元资料写入DDRAM中，总共有0000H，0002H，0004H，

0006H四种编码

3． 显示中文字形：将16位元资料写入DDRAMK ，范围为A1A1H—F7FEH的编码。

2．绘图RAM（GDRAM）

6

参赛单位：青岛建筑工程学院 指导老师：赵艳秋 张民 张天开

参赛队员：赵玉军 房瑞金 胡明辉

绘图显示RAM提供64×32个位元组的记忆空间，最多可以控制256×64点的二维也纳绘图缓冲空间，在更改绘图RAM时，先连续写入水平与垂直的坐标值，再写入两个8位元的资料到绘图RAM，而地址计数器（AC）会自动加一；在写入绘图RAM的期间，绘图显示必须关闭。

3．液晶硬件接口

1、逻辑工作电压(VDD)：4.5～5.5V 2、电源地(GND)：0V

3、LCD驱动电压(V0)：0～-10V

4、工作温度(Ta)：0～55℃(常温) / -20～70℃（宽温） 保存温度(Tstg)：-10～65℃(常温)

本次大赛，为了充分体现人机界面的友好度，采用了这款中文带字库的液晶显

示屏，并采用了字库与图形方式相结合的显示方式，在系统运行时，加入了开机画面，系统菜单等，提高了与用户的互动性，用户可以根据界面来进行相应的操作。 液晶显示屏是挂在总线的接口上，采用了并行的输入输出方式，开机时液晶屏复位，同时开背光电源，进入等待状态。采用液晶显示器首先是显示的信息量大，可视性强，并且可以避免LED数码管的动态扫描，对程序的整体框架有了很大的改进。

二．最小系统模块

此最小系统板模块采用总线式结构，总线上挂有键盘，液晶显示器，以及ISP在线下载的串行口，最小系统是以PHILIP公司的89C51RD2为核心，RD2的工作频率高，对于系统速度有很很大的提高，内不有64K的程序存储区和1K的数据存储区，基本上可以满足开发着对大存储空间的要求，这款CPU还集成有看门狗，并且具有ISP在先下载和IAP在先调试功能，可以使用户方便的对系统进行调试和软件升级。其40引脚与INTEL公司的AT89C51完全兼容。

相位测量部分

一． 相位测量原理

7

参赛单位：青岛建筑工程学院 指导老师：赵艳秋 张民 张天开 参赛队员：赵玉军 房瑞金 胡明辉

射极过零比跟随 较器 A INT0 判断相异 位 或 EXF2 异B 或 射 极 过 零 比 VCC 跟随 较器

原理图

A，B为同周期正弦波信号，经过射极跟随器,送入过零比较器LM324，使之输出矩形波信号，并且具有相同的周期特性，但由于A，B两信号相位的差异，使得矩形波的高低电平时刻有差异，高低电平相反的时间段为相位差的时间，这样就把相位转换成了时间，通过异或门得到输出信号E是一个与A，B两信号之间的相位差成正比例的脉冲序列信号;脉冲序列信号输入到RD2CPU，经运算处理后，结果输出到显示器上显示，也可通过打印机接口打印输出。

阻抗的提高：由于设计要求输入阻抗，我们在信号输入比较器前加了射极跟随器。

相位的判别：在相位的超前，迟后的判断问题，我们选用了D触发器，V1整形后的信号送D触发器的D端，V2整形后的信号送CLK，那么如果Q端送CPU的P1口，V1超前V2则Q端为1，V2迟后V1则Q端为0

相位测量的方法： 1． 根据定义，周期同为T的两个同频信号，其相差为￡，过零点的时间差为t, 则T/360=

t/￡,即￡=360*t/T，式中360/T为常数，可又用户在程序内部设定或直接在CPU中预置，t即为E信号的脉冲宽度。 2． CPU中有两个定时记数器，他们可以方便的进行内部定时和外部记数，若C/￣t=0时，

则CPU处于内部记数状态，此时，若设定 TR0=和GATE=1,则T0是否记数取决于INT0的信号；当INT0由0→1时，T0记数；当INT0由1→0时，停止记数。这样，将E信号接在INT0上，就可以方便的求出E的脉宽t 3． 相位差的脉冲宽度信号直接送CPU外部中断INT0，利用单片机定时器0的定时方式，

利用门控和单片机的时钟周期，测的脉冲个数，从而得出相位差 t int0

等E，

开T0 停止T0

脉冲宽度测量

4． 为了提高精度，可进行多次测量，并求其平均值。测量次数可由程序内定，也可由CPU口直接预制。

8

参赛单位：青岛建筑工程学院 指导老师：赵艳秋 张民 张天开

参赛队员：赵玉军 房瑞金 胡明辉

开始 № Y 启动T0开始记数 读参数：周期T,次 数n ,设定值 N INT0=0？ 等待 计算 360/T 并保存 Y 起来 关闭T0进行用户 处理显示程序 Y P1.0=0? N n=0? Y 00H清零00H置位 END N 等待 INT0=1？ № Y

相位脉宽测量

周期测量方法：

主要应用了定时记数器2的捕捉方式，其中EXEN2=1，在T2EX上的负跳变信号作用下,分别被捕获在RCAP2H和RCAP2L寄存器中。该负跳变信号将使外部标志EXF2置1。

二．最小系统

最小系统是以PHILIP公司的89C51RD2为核心，RD2的工作频率高，对于系统速度有很很大的提高，内不有64K的程序存储区和1K的数据存储区，基本上可以满足开发着对大存储空间的要求，这款CPU还集成有看门狗，并且具有ISP在先下载和IAP在先调试功能，可以使用户方便的对系统进行调试和软件升级。其40引脚与INTEL公司的AT89C51完全兼容。

9

参赛单位：青岛建筑工程学院 指导老师：赵艳秋 张民 张天开

参赛队员：赵玉军 房瑞金 胡明辉

三．键盘显示

设计方案

本设计采用串入并出74LS595通过级联实验，具体如电路原理图所视

本设计采用LED实现，其中8段数码管用了6个，16段彩色数码管2个。我们利用彩色数码管显示单位，如：微秒‘us’，赫兹‘HZ’,度‘°’。这样就解决了8段数码管所存在显示信息量少的问题。

同时，采用了10片74LS595级联，实现了8个数码管显示，采用74LS595，数据线通过SDAT输入时钟，通过一个SCLK信号，10片74LS95达到了时钟同步，同理，HOLD信号使10片74LS595同步锁存输出，采用74LS595，节省了CPU的口线，同时又逼开了动态扫描带来的定时扫描问题，为解决80个限流电阻问题，线路利用+5v电源通过4个硅二极管降压，每个二极管压降为0.5v~~0.7v,四个为2.0v~~2.8v，这样在每个发光二极管上的压降在2.2~~3.0v之间，也能使得发光二极管正常工作，同时也解决了多个排电阻焊接所带来的不便。 显示功能：

⑴．周期 XXXXX us ⑵．频率 HZ ⑶．相差 XXX.X ° ⑷．电子钟显示，可预置

结束语：

本次大赛的题目充分体现了当今时代对数字化的高要求，同时要求利用成熟的技术与新技术结合，充分发挥各自的功能，甚至提高到更高的性能，本着这个原则，我们充分利用的现有的条件，基本上完成了题目的要求，希望本次大赛能够圆满成

功！

10

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库低频数字式相位测量仪(2)在线全文阅读。