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《數(shù)字相位差測量儀設計.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、引言相位差測量數(shù)字化的優(yōu)點在于硬件成本低、適應性強、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。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)絡模塊、相位差測量模塊及頻率測量模塊三大部份構成，其系統(tǒng)功能主要是進行相位差測量及頻率測量。移相網(wǎng)絡主要是由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，經(jīng)RC移相、LM324隔離放大，產(chǎn)生兩路信號，一路為基準信號經(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倍頻基準信號和移相網(wǎng)絡的基準信號與待測信號進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
3、的，它是有某個已知標準時間間隔Ts內(nèi)，測出被測信號重復出現(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。目錄1設計任務書……………………………………………………………………………….32設計方案概述……………………………………………………………………………33系統(tǒng)的組成………………………………………………………………………………4.3.1總體框圖………………………………………………………………………………43.2移相網(wǎng)絡部分………………………………………………………………43.
4、3相位測量部分………………………………………………………………61)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……………………………………
5、……………………113.4頻率測量部分……………………………………………………………121)數(shù)字頻率計的基本原理………………………………………………………122)系統(tǒng)框圖………………………………………………………………………124附錄………………………………………………………………………一、設計任務書（一）任務設計仿真一數(shù)字相位計（二）主要技術指標與要求：（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）對課程設計的成果的
6、要求（包括圖表）設計電路，安裝調(diào)試或仿真，分析實驗結果，并寫出設計說明書。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據(jù)。二、設計方案概述根椐設計任務書的要求，我們參考了一些相關資料書，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）技術組成相位差測量儀。基準信號與待測信號進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
7、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`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(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)出的標準脈沖,只有在門控電路的輸入高電平的時間T是非常準確的,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行有條理的工作(例如準備----計數(shù)
8、----顯示------清零----準備下一次測量).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)絡部分(圖3.1)移相網(wǎng)絡是由二節(jié)RC超前或滯后移相網(wǎng)絡、集成運算放放大器組成的電壓跟隨器和運放組成的。一節(jié)RC電路如圖所示。由它的相量圖可知超一
