數(shù)字相位差測量儀設(shè)計

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1、低頻率數(shù)字相位測量儀引言相位差測量數(shù)字化的優(yōu)點在于硬件成本低、適應(yīng)性強、對于不同的測量對象只需要改變程序的算法，且精度一般優(yōu)于模擬式測量。在電工儀表、同步檢測的數(shù)據(jù)處理以及電工實驗中，常常需要測量兩列同頻率信號之間的相位差。例如，電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時，需要求兩電網(wǎng)的電信號的相位差。相位差測量的方法很多，典型的傳統(tǒng)方法是通過示波器測量，這種方法誤差較大，讀數(shù)不方便。為此，我們設(shè)計了一種基于鎖相環(huán)倍（分）頻的相位差測量儀，該儀器以鎖相環(huán)倍（分）頻電路為核心，實現(xiàn)了工頻信號相位差的自動測量及數(shù)字顯示。-1-低頻率數(shù)字相位測量儀論文摘要本系統(tǒng)為低頻數(shù)字式相位/頻率測量儀，由

2、移相網(wǎng)絡(luò)模塊、相位差測量模塊及頻率測量模塊三大部份構(gòu)成，其系統(tǒng)功能主要是進(jìn)行相位差測量及頻率測量。移相網(wǎng)絡(luò)主要是由RC移相電路和LM324運放電路組成，將被測信號送入移相網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)RC移相、LM324隔離放大，產(chǎn)生兩路信號，一路為基準(zhǔn)信號經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換，另一路為移相后的信號。分別經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換、整形、二分頻送給相位測量模塊及頻率測量模塊。相位差測量儀主要是由鎖相環(huán)PLL（PhaseLockLoop）產(chǎn)生360倍頻基準(zhǔn)信號和移相網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)信號與待測信號進(jìn)行異或后的信號作為顯示器的閘門電路和控制信號。頻率測量模塊主要是用計數(shù)法測量頻率的，它是有某個已知標(biāo)準(zhǔn)時間間隔Ts內(nèi)，測出被測

3、信號重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)N，然后計算出頻率f=N/Ts.顯示電路模塊主要是由計數(shù)器、鎖存器、譯碼器和數(shù)碼管組成。-1-低頻率數(shù)字相位測量儀目錄1設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………………………………….32設(shè)計方案概述……………………………………………………………………………33系統(tǒng)的組成………………………………………………………………………………4.3.1總體框圖………………………………………………………………………………43.2移相網(wǎng)絡(luò)部分………………………………………………………………43.3相位測量部分………………………………………………………………61

4、)波形轉(zhuǎn)換、整形放大…………………………………………………………82)鎖相環(huán)倍頻……………………………………………………………………93)閘門電路………………………………………………………………………114)控制門…………………………………………………………………………115)計數(shù)器…………………………………………………………………………116)鎖存器…………………………………………………………………………117)顯示譯碼器與數(shù)碼管…………………………………………………………113.4頻率測量部分……………………………………………………………121)數(shù)字頻率計的基本原理

5、………………………………………………………122)系統(tǒng)框圖………………………………………………………………………124附錄………………………………………………………………………-1-低頻率數(shù)字相位測量儀一、設(shè)計任務(wù)書（一）任務(wù)設(shè)計仿真一數(shù)字相位計（二）主要技術(shù)指標(biāo)與要求：（1）輸入信號頻率為1KHZ～20KHZ可調(diào)（2）輸入信號的幅度為10mV（3）采用數(shù)碼管顯示結(jié)果，相位精確到0.1°（4）采用外部5V直流電源供電（三）對課程設(shè)計的成果的要求（包括圖表）設(shè)計電路，安裝調(diào)試或仿真，分析實驗結(jié)果，并寫出設(shè)計說明書。要求圖紙布局合理，符合工程要求，所有的器件的選擇要有計算依

6、據(jù)。二、設(shè)計方案概述根椐設(shè)計任務(wù)書的要求，我們參考了一些相關(guān)資料書，經(jīng)過小組的討論分析，提出了方案：相位測量儀是利用鎖相環(huán)PLL（PhaseLockLoop）技術(shù)組成相位差測量儀?；鶞?zhǔn)信號與待測信號進(jìn)行異或后的信號作為計數(shù)器的閘門控制信號來控制計數(shù)器，使計數(shù)器在待測信號與基準(zhǔn)信號之間的相位差間計數(shù)，則計數(shù)器計出來的數(shù)值則為待測信號與基準(zhǔn)信號間的相位差。數(shù)字頻率計實際上就是一個脈沖計數(shù)器,即在單位時間里(如1S)所統(tǒng)計的脈沖個數(shù).圖1是數(shù)字頻率計原理廣框圖.該系統(tǒng)主要由輸入整形電路`晶體振蕩器`分頻器及量程選擇開關(guān)`門控電路`閘門`計數(shù)譯碼顯示電路等組成.首先,把被測信號

7、(以正弦波為例)通過放大`整形電路將其轉(zhuǎn)換成同頻率的脈沖信號,然后將它加到閘門的一個輸入端.閘門的別一個輸入端是門控電路發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)脈沖,只有在門控電路的輸入高電平的時間T是非常準(zhǔn)確的,它由一個高穩(wěn)定的石英振蕩器和一個多級分頻器及量程選擇開關(guān)共同決定.邏輯控制電路是控制計數(shù)器的工作順序的,使計數(shù)器按照一定的工作程序進(jìn)行有條理的工作(例如準(zhǔn)備----計數(shù)----顯示------清零----準(zhǔn)備下一次測量).-1-低頻率數(shù)字相位測量儀三、系統(tǒng)的組成（一）總體框圖（見圖3.1）低頻數(shù)字相位差、頻率測量儀的組成框圖（二）移相網(wǎng)絡(luò)部分(圖3.1)移相