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1、《電子技術(shù)》課程設(shè)計報告課題：數(shù)字式相位差測量儀班級電氣1112學號1111205423學生孟雷專業(yè)電氣工程及其自動化院系電氣學院電子系指導教師專業(yè)方向課程設(shè)計指導小組工學院電子信息工程系2014年12月一、設(shè)計目的與任務(wù)《電子信息工程專業(yè)方向》課程設(shè)計是一項重要的實踐性教育環(huán)節(jié)，是學生在完成本專業(yè)所有課程學習后必須接受的一項結(jié)合本專業(yè)方向的、系統(tǒng)的、綜合的工程訓練。在教師指導下，運用工程的方法，通過一個較復雜課題的設(shè)計練習，可使學生通過綜合的系統(tǒng)設(shè)計，熟悉設(shè)計過程、設(shè)計要求、完成的工作容和具體的設(shè)計
2、方法，掌握必須提交的各項工程文件。其基本目的是：培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓練綜合運用電路設(shè)計和有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固，加深和擴展有關(guān)電子類方面的知識。通過課程設(shè)計，應(yīng)能加強學生如下能力的培養(yǎng)：(1)獨立工作能力和創(chuàng)造力；(2)綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識，解決實際工程技術(shù)問題的能力；(3)查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；(4)工程繪圖的能力；(5)編寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。二、設(shè)計要求1、被測信號為正弦波(或者是方波)，頻率為40~60Hz，
3、幅度大于等于0.5V；相位測量精度為1度；用數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。2、主要單元電路和元器件參數(shù)計算、選擇；3、畫出總體電路圖；4、提交格式上符合要求、容完整的設(shè)計報告三、總體設(shè)計在電工儀表、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信號的相位差。例如,電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時,要求兩電網(wǎng)的電信號之間的相位相同,這需要精確測量兩列工頻信號的相位差。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)計一種數(shù)字式相位差測量儀,該儀以可編程邏輯器件(PLD
4、)和鎖相環(huán)(PLL)倍頻電路為核心,實現(xiàn)了兩列信號相位差的自動測量及數(shù)顯。相位差測量儀的原理框圖(以分辨率為1°為例)如圖1所示?；鶞市盘?相位基準)fR經(jīng)放大整形后加到鎖相環(huán)的輸入端,在鎖相環(huán)的反饋環(huán)路中設(shè)置一個N=360的分頻器,使鎖相環(huán)的輸出信號頻率為360fR,但相位與fR相同,這個輸出信號被用作計數(shù)器的計數(shù)時鐘。被測信號fS經(jīng)放大整形再2分頻后得到的fS/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;利用這個信號作為計數(shù)器的閘門控制信號使計數(shù)器僅在
5、fR與fS的相位差tp計數(shù),這樣計數(shù)器計得的數(shù)即為fR與fS之間的相位差。于計數(shù)時鐘頻率為360fR,因此,一個計數(shù)脈沖對應(yīng)1°。計數(shù)的值經(jīng)鎖存譯碼后通過LED數(shù)碼管顯示。這種測量方法可以從波形圖圖2得到理解和說明。圖中D觸發(fā)器用于判斷fR與fS的相位關(guān)系,當Q為1時,fR超前于fS,相位取正值,符號位數(shù)碼管顯示全黑;當Q為0時,fR滯后于fS,相位取負值,符號位數(shù)碼管顯示“-”。四、單元電路設(shè)計1、移相網(wǎng)絡(luò)所謂移相是指兩種同頻的信號，以其中的一路為參考，另一路相對于該參考作超前或滯后的移動，即稱為是
6、相位的移動。兩路信號的相位不同，便存在相位差，簡稱相差。若我們將一個信號周期看作是360，則相差的圍就在0°～360°。：兩個同頻信號之間的移相，是電子行業(yè)繼電保護領(lǐng)域中模擬、分析事故的一個重要手段，利用移相原理可以制作校驗各種有關(guān)相位的儀器儀表、繼電保護裝置的信號源。因此，移相技術(shù)有著廣泛的實用價值。我們知道，將參考信號整形為方波信號，并以此信號為基準，延時產(chǎn)生另一個同頻的方波信號，再通過波形變換電路將方波信號還原成正弦波信號。以延時的長短來決定兩信號間的相位值。這種處理方式的實質(zhì)是將延時的時間映射
7、為信號間的相位值。也就是說，只要能夠測量出該延遲時間，我們就可以推算出其相位差值。2．方案實現(xiàn)本系統(tǒng)由移相網(wǎng)絡(luò)，相位測量儀，數(shù)字移相信號發(fā)生器組成。其中相位測量儀由單限（過零）比較器，邏輯門電路，單片機系統(tǒng)組成。數(shù)字式移相信號發(fā)生器由單片機軟件編程實現(xiàn)，頻率可調(diào)并可以步進。移相網(wǎng)絡(luò)由相位超前，滯后網(wǎng)絡(luò)及放大電路組成。鍵盤電路與顯示電路用來預置初始狀態(tài)與顯示結(jié)果。（1）移相網(wǎng)絡(luò)：具體電路圖如圖1在該電路中相角和電壓幅值均可以改變。本電路中第一部分是由741和RC網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的超前移相電路和滯后移相電路，第
8、二部分為TL072運算放大器構(gòu)成的低噪聲高增益放大電路。調(diào)節(jié)RR，R4可以改變輸出電壓幅度，R3為調(diào)零相位電。超前，滯后網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論：（如下圖）對于超前網(wǎng)絡(luò)：關(guān)于滯后網(wǎng)絡(luò)：根據(jù)題目要求，不同情況下具體的參數(shù)由上述公式計算。注意：具體調(diào)試電路的時候應(yīng)根據(jù)以上公式，當輸入頻率改變的時候，應(yīng)改變超前，滯后網(wǎng)絡(luò)中R，C參數(shù)，此時才可以改變相位差。2放大整形電路的分析與設(shè)計電路：在相位差測量過程中，不允許兩路信號在放大整形電路中發(fā)生相對相移。為了使兩路信號在測量
