數(shù)字式相位差測量儀說明書

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1、xx大學(xué)<<數(shù)字相位差測量儀>>課程設(shè)計(jì)說明書目錄緒論……………………………………………………………………1摘要……………………………………………………………………21結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案選擇………………………………………………31.1基于過零檢測法的數(shù)字式相位差測量儀方法概述……………………41.1.1相位－電壓法……………………………………………………41.1.2相位－時(shí)間法……………………………………………………51.2方案的比較與選擇…………………………………………………62相位－時(shí)間法單元電路的原理分析與實(shí)現(xiàn)方法…………………62.1前置電路設(shè)計(jì)與分析………………………………………

2、………62.1.1放大整形電路的分析與實(shí)現(xiàn)………………………………………62.1.2鎖相倍頻電路的分析與實(shí)現(xiàn)………………………………………72.2計(jì)數(shù)器及數(shù)顯部分的設(shè)計(jì)與分析……………………………………92.2.1計(jì)數(shù)器部分的分析與實(shí)現(xiàn)…………………………………………92.2.2譯碼顯示部分的分析與實(shí)現(xiàn)………………………………………103結(jié)論…………………………………………………………………124參考文獻(xiàn)……………………………………………………………13附錄1：元器件名細(xì)表………………………………………………14附錄2：相位時(shí)間法總體電路原理圖………………………………15附錄3：相位時(shí)

3、間法總體電路PCB板………………………………16附錄4：相位時(shí)間法總體電路PCB板3D視圖……………………1716xx大學(xué)<<數(shù)字相位差測量儀>>課程設(shè)計(jì)說明書緒論隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電子技術(shù)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、航空航天、國防建設(shè)等國民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域中，而電子測量技術(shù)又是電子技術(shù)中進(jìn)行信息檢測的重要手段，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中占有舉足輕重的作用和地位。數(shù)字相位差測試儀在工業(yè)領(lǐng)域中是經(jīng)常用到的一般測量工具，比如在電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時(shí)，需要兩電網(wǎng)的電信號相同，這就需要精確的測量兩工頻信號之間的相位差。更有測量兩列同頻信號的相位差在研究網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的頻率特性中具備重要意義。

4、相位測量的方法很多，典型的傳統(tǒng)方法是通過顯示器觀測，這種方法誤差較大，讀數(shù)不方便。為此，我們設(shè)計(jì)了一種數(shù)字相位差測量儀，實(shí)現(xiàn)了兩列信號相位差的自動(dòng)測量及數(shù)顯。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，很多測量儀逐漸向“智能儀器”和“自動(dòng)測試系統(tǒng)”發(fā)展，這使得儀器的使用比較簡單，功能越來越多。本低頻數(shù)字相位測量儀主要是測量電壓和電流的相位差，由整形放大電路、基本門電路、鎖相倍頻、計(jì)數(shù)譯碼等集成電路構(gòu)成。測量的分辨率可達(dá)到0.1°，可測信號的頻率范圍為0Hz～250Hz，幅度為0.5Ⅴ，由于74HC4046的性能比較好，使得所制得的儀器精度相對較高，達(dá)到了任務(wù)書中所規(guī)定的要求。16xx大學(xué)<<數(shù)字相

5、位差測量儀>>課程設(shè)計(jì)說明書摘要本低頻數(shù)字相位測量儀主要是測量電壓和電流的相位差，由整形放大電路、基本門電路、鎖相倍頻、計(jì)數(shù)譯碼等集成電路構(gòu)成。為達(dá)到要求的精度本設(shè)計(jì)采用了鎖相倍頻電路，通過鎖相環(huán)74HC4046和四片74LS90芯片組成的3600分頻器。整個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)3600倍頻效果，使得精度達(dá)到0.1°。本電路通過四片74LS161和四片7400構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并用四片4511和四個(gè)七段共陽極數(shù)碼管來共同達(dá)到譯碼顯示相位差的效果。整個(gè)裝置具有原理簡單，測量精度高,測量范圍寬，測量結(jié)果顯示直觀的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：相位測量鎖相倍頻器整流放大電路16xx大學(xué)<<數(shù)字相位差測量儀>>課程設(shè)計(jì)

6、說明書數(shù)字式相位差測量儀1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案選擇1.1基于過零檢測法的數(shù)字式相位差測量儀方法概述基于過零檢測法數(shù)字相位測量儀工作原理，從變換方式來分，有將相位差變換成直流電壓的，有將相位差變換成時(shí)間的。后者又可以分為瞬時(shí)值相位法和平均值相位法。下面就對這兩種方法分別作介紹，最后再對這兩種方法作對比分析。其實(shí)為達(dá)到較高的精度且便于數(shù)字集成，本設(shè)計(jì)最終將采用相位差變換。1.1.1相位－電壓法相位－電壓法的實(shí)現(xiàn)原理如下，由于任務(wù)書中要求測量一電路中電壓和電流的相位差，本設(shè)計(jì)的兩路信號是以輸入電壓作為基準(zhǔn)信號Fs，經(jīng)過一個(gè)RC電路后提取電流信號Fr經(jīng)電壓比較器整形為方波信號，再2分頻后得到的FS／

7、2與FR／2送入由異或門組成的相位比較電路，其輸出脈沖A的脈寬tp反映了兩列信號的相位差，再經(jīng)過RC電路積分后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。根據(jù)相位差與電平成正比的關(guān)系，由芯片ICL7136組成的顯示校正網(wǎng)絡(luò)得到相位差值。圖中的D觸發(fā)器用于判斷FR與FS的相位關(guān)系，當(dāng)Q為1時(shí)，F(xiàn)R超前FS，相位取正值，符號位顯示全黑；當(dāng)Q為0時(shí)，F(xiàn)R滯后于FS，相位取負(fù)值，符號位顯示“-”。其總體原理方框圖和測量波形圖分別如圖1-1和圖1-2。圖1-1方案一總體原理方框圖1