低频数字式相位测量仪(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

89c52 高速可编程计数器1 计数器2 2964 存储器 DA 转换器 CP脉 这种方法的缺点是产生的波的频率较低，难以达到高频的要求。题目要求是：20HZ—20KHZ的正弦波，若对每个周期的信号取样64个点。则要求的CP脉冲的频率：1280HZ—1280KHZ可以实现。通过可编程计数器的计数初值的预置，调节计数器2的时序脉冲，设计中由于采样64个存储数据，所以计数器2为64进制计数器，即通过高速计数器送出64个脉冲后，实现一个周期的正弦波输出，这样计数器2处于不断的循环寻址中，从而存储器输出连续不断单位周期内64个采样正弦波数值，通过DA转换取得相应于正弦波形的电压，再通过电容滤波就可得到正弦波。由于全过程采用了数字化，容易实现高精度的步进控制，而且通过对计数器2起始计数时间的控制（如在计数器2前再加一计数器，使该计数器达到某一数值时计数器2开始计时寻址），还可实现数字化的相移。由于须采取两套相同的系统，本装置中没有采用。

2 移相电路：

根据题目的要求，要实现相移在-45度---+45度的调节，而提高部分要求移相在0—3 59度之间，且可实现步进1度要求。采用高精度的延时电路或移相电路，虽可实现数控和步进，但由于成本高，调节较困难，不易实现，我们采用了简单的RC移相电路，比较容易的实现了相移的连续调节。节省了制作成本，且达到了题目的基本要求。此电路的基本原理

：

图一 图二

其中图一是无源RC滞后网络 ，其传递函数为：h(jw)=1/(1+jwrc),相移角=arctan2*3。14*r*c, 图二为无源RC超前网络。其传递函数为：h(jw)=1/(1-j1/wrc),相移角=arctan(1/(2*3.14*r*c).

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它们的相频特征曲线为 角度 频率 45o 90o 本设计使用的电路图： R331R12C2U1B576R25C162RW1731U3BR?R6R4R?U1A488U4ARW34R5R?RW2 ewb的仿真波形：

按照相移与F,R,C的关系式，在滞后电路中取相移角为：45o，有

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tanA=2*3.14*r*c*f=1,当f=20hz时，r*c=0.008,当f=20khz 时，r*c=0.000008,从而取r= 4.7千欧 c=1微法。 在超前网络中，取相移为45o，有tanB=1/(2*3.14*r*c*f).当f=20hz时，r*c=0.008,当f=20khz时r*c=0.000008,从而取r=4.7kΩ ,c=1μF这样，相移可达+60o - -60o

3’相位测量及显示电路：

本部分电路不采用相敏整流法，避免了模拟电路得不好控制，不易数字化的缺点，而是采用单片机89c52，利用高频计数器cd4040和逻辑电路来实现的相位测量。这部分的电路图是

工作原理： 由于这部分的输入是有相移的两路正弦信号，而要实现其数字化，所以要把正弦信号转化成方波信号，其电路如下： 8INPUT132LM393132INPUT256U1B7U1A1U2A4OUTPUT output输出的波形为

LM393GND

output输出的波形再与固定的晶振脉冲 相与非产生新的脉冲信号，作为CD4040的CP脉冲，计算脉冲个数。CD4040工作方式：

当RST脚为“0”时，计数器开始计数，CLK脚为脉冲输入端；当RST脚为“+1”时，计数器的各脚清零。所以在output脚输出的信号的一个周期内，计数器计数一次。为扩大测量的相移差的范围，采用两片CD4040.达到24位的要求。计算参数如下：

设晶振的周期为Ts, 两个正弦波变换成方波后的周期为To,output输出的信号的

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低电平的时间为T,则对应的相移对应的时间为To/2-T;CD4040计数的数值为N.则T=N*Ts,则T’=To-N*Ts;得相移对应的晶振个数N’=(To-N*Ts)/Ts;每个晶振个数对应一定的相移：A0,

则总的相移：A0*N’

在一个周期内，测得的计数脉冲的个数通过8255传给单片机89c52,进行计算，

从而达到通过软件达到现视的目的。此设计通过8279达到显示管的驱动。

四 系统软件设计：

1 系统软件工作流程图

1）测量及显示程序流程图：

系统自检

测频率吗？ 89c52,8279,8255的初始化 NO测量相位 启动测量频率电路 4040和测相电路 计算频率 计算相位 数码管显示频率

YES RESET?

数码管显示相位

NO 退出 29

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2）信号产生程序流程图：

发射 NO 发射固定频率100HZ,1KHZ,10KHz YES N N 频率设定好

了吗 YES 有步进相移吗 8255 初始化 设置 8253 计数值

YES N

相 步 进 移处理 发射频率

显示频率

2，主要程序:

见附页

五 测试指标：

1 测试仪器：

示波器：Hitachi V- 1060 频率计：SAMPO CN3165 万用表：DT9202

2 本设计能达到的技术指标：

1）相位测量：(a)频率范围：10HZ---100HZ.(b)相位测量仪的输入阻抗〉=100千欧。（c）允许两路输入正弦信号的峰峰值可在0.5v---5vf范围内变化。 (d)相位测量绝对误差<=2度。(e)具有频率测量及数字显示功能.(f) 相位差数字显示：相位读数为0o~359.9o，分辨力为0.1°

2)移相网络: (a)输入频率范围:20KHZ—200KHZ (b)连续相移范围-45度---+45度.(c)输出的正弦信号峰峰值可在0.3v—5v之间变化.

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