數(shù)字相位差測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

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1、低頻率數(shù)字相位測(cè)量?jī)x引言相位差測(cè)量數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)在于硬件成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)于不同的測(cè)量對(duì)象只需要改變程序的算法，且精度一般優(yōu)于模擬式測(cè)量。在電工儀表、同步檢測(cè)的數(shù)據(jù)處理以及電工實(shí)驗(yàn)中，常常需要測(cè)量?jī)闪型l率信號(hào)之間的相位差。例如，電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時(shí)，需要求兩電網(wǎng)的電信號(hào)的相位差。相位差測(cè)量的方法很多，典型的傳統(tǒng)方法是通過示波器測(cè)量，這種方法誤差較大，讀數(shù)不方便。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于鎖相環(huán)倍（分）頻的相位差測(cè)量?jī)x，該儀器以鎖相環(huán)倍（分）頻電路為核心，實(shí)現(xiàn)了工頻信號(hào)相位差的自動(dòng)測(cè)量及數(shù)字顯示。-1-低頻率數(shù)字相位測(cè)量?jī)x論文摘要本系統(tǒng)為低頻數(shù)字式相位/頻率測(cè)量?jī)x，由移相網(wǎng)絡(luò)模塊

2、、相位差測(cè)量模塊及頻率測(cè)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(cè)量及頻率測(cè)量。移相網(wǎng)絡(luò)主要是由RC移相電路和LM324運(yùn)放電路組成，將被測(cè)信號(hào)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(hào)，一路為基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換，另一路為移相后的信號(hào)。分別經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換、整形、二分頻送給相位測(cè)量模塊及頻率測(cè)量模塊。相位差測(cè)量?jī)x主要是由鎖相環(huán)PLL（PhaseLockLoop）產(chǎn)生360倍頻基準(zhǔn)信號(hào)和移相網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)信號(hào)與待測(cè)信號(hào)進(jìn)行異或后的信號(hào)作為顯示器的閘門電路和控制信號(hào)。頻率測(cè)量模塊主要是用計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率的，它是有某個(gè)已知標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔Ts內(nèi)，測(cè)出被測(cè)信號(hào)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)N，然

3、后計(jì)算出頻率f=N/Ts.顯示電路模塊主要是由計(jì)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(cè)量?jī)x目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)書……………………………………………………………………………….32設(shè)計(jì)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(cè)量部分………………………………………………………………61)波形轉(zhuǎn)換、整形放大……………………

4、……………………………………82)鎖相環(huán)倍頻……………………………………………………………………93)閘門電路………………………………………………………………………114)控制門…………………………………………………………………………115)計(jì)數(shù)器…………………………………………………………………………116)鎖存器…………………………………………………………………………117)顯示譯碼器與數(shù)碼管…………………………………………………………113.4頻率測(cè)量部分……………………………………………………………121)數(shù)字頻率計(jì)的基本原理………………………………………………………122

5、)系統(tǒng)框圖………………………………………………………………………124附錄………………………………………………………………………-1-低頻率數(shù)字相位測(cè)量?jī)x一、設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）任務(wù)設(shè)計(jì)仿真一數(shù)字相位計(jì)（二）主要技術(shù)指標(biāo)與要求：（1）輸入信號(hào)頻率為1KHZ～20KHZ可調(diào)（2）輸入信號(hào)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(duì)課程設(shè)計(jì)的成果的要求（包括圖表）設(shè)計(jì)電路，安裝調(diào)試或仿真，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并寫出設(shè)計(jì)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(jì)算依據(jù)。二、設(shè)計(jì)方案概述根椐設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，我們參考了一些相關(guān)

6、資料書，經(jīng)過小組的討論分析，提出了方案：相位測(cè)量?jī)x是利用鎖相環(huán)PLL（PhaseLockLoop）技術(shù)組成相位差測(cè)量?jī)x?；鶞?zhǔn)信號(hào)與待測(cè)信號(hào)進(jìn)行異或后的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的閘門控制信號(hào)來控制計(jì)數(shù)器，使計(jì)數(shù)器在待測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差間計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)器計(jì)出來的數(shù)值則為待測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)間的相位差。數(shù)字頻率計(jì)實(shí)際上就是一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器,即在單位時(shí)間里(如1S)所統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù).圖1是數(shù)字頻率計(jì)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(jì)數(shù)譯碼顯示電路等組成.首先,把被測(cè)信號(hào)(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(hào),然后將它加

7、到閘門的一個(gè)輸入端.閘門的別一個(gè)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(shí)間T是非常準(zhǔn)確的,它由一個(gè)高穩(wěn)定的石英振蕩器和一個(gè)多級(jí)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(jì)數(shù)器的工作順序的,使計(jì)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(jì)數(shù)----顯示------清零----準(zhǔn)備下一次測(cè)量).-1-低頻率數(shù)字相位測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x的組成框圖（二）移相網(wǎng)絡(luò)部分(圖3.1)移相