數(shù)字式相位差測(cè)量?jī)x

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1、班級(jí)：電子1062姓名：萬龍學(xué)號(hào)：23課題：數(shù)字式相位差測(cè)量?jī)x一、設(shè)計(jì)目的與任務(wù)《電子信息工程專業(yè)方向》課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，是學(xué)生在完成本專業(yè)所有課程學(xué)習(xí)后必須接受的一項(xiàng)結(jié)合本專業(yè)方向的、系統(tǒng)的、綜合的工程訓(xùn)練。在教師指導(dǎo)下，運(yùn)用工程的方法，通過一個(gè)較復(fù)雜課題的設(shè)計(jì)練習(xí)，可使學(xué)生通過綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熟悉設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)要求、完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計(jì)方法，掌握必須提交的各項(xiàng)工程文件。其基本目的是：培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用電路設(shè)計(jì)和有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析和解決工程實(shí)際問題的能力，鞏固，加深和擴(kuò)展有關(guān)電子

2、類方面的知識(shí)。通過課程設(shè)計(jì)，應(yīng)能加強(qiáng)學(xué)生如下能力的培養(yǎng)：(1)獨(dú)立工作能力和創(chuàng)造力；(2)綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力；(3)查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書的能力；(4)工程繪圖的能力；(5)編寫技術(shù)報(bào)告和編制技術(shù)資料的能力。二、技術(shù)指標(biāo)與要求1、被測(cè)信號(hào)為正弦波(或者是方波)，頻率為40~60Hz，幅度大于等于0.5V；相位測(cè)量精度為1度；用數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果。2、主要單元電路和元器件參數(shù)計(jì)算、選擇；3、畫出總體電路圖；4、提交格式上符合要求、內(nèi)容完整的設(shè)計(jì)報(bào)告三、工作原理10班級(jí)：電子1062姓名：萬龍學(xué)號(hào)：23課

3、題：數(shù)字式相位差測(cè)量?jī)x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信號(hào)的相位差。例如,電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時(shí),要求兩電網(wǎng)的電信號(hào)之間的相位相同,這需要精確測(cè)量?jī)闪泄ゎl信號(hào)的相位差。相位測(cè)量的方法很多,典型的傳統(tǒng)方法是通過顯示器觀測(cè),這種方法誤差較大,讀數(shù)不方便。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)一種數(shù)字式相位差測(cè)量?jī)x,該儀以可編程邏輯器件(PLD)和鎖相環(huán)(PLL)倍頻電路為核心,實(shí)現(xiàn)了兩列信號(hào)相位差的自動(dòng)測(cè)量及數(shù)顯。相位差測(cè)量?jī)x的原理框圖(以分辨率為1°為例)如圖1所示?；鶞?zhǔn)信號(hào)(相位基準(zhǔn))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

4、饋環(huán)路中設(shè)置一個(gè)N=360的分頻器,使鎖相環(huán)的輸出信號(hào)頻率為360fR,但相位與fR相同,這個(gè)輸出信號(hào)被用作計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘。被測(cè)信號(hào)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(hào)的相位差;利用這個(gè)信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的閘門控制信號(hào)使計(jì)數(shù)器僅在fR與fS的相位差tp內(nèi)計(jì)數(shù),這樣計(jì)數(shù)器計(jì)得的數(shù)即為fR與fS之間的相位差。于計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率為360fR,因此,一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖對(duì)應(yīng)1°。計(jì)數(shù)的值經(jīng)鎖存譯碼后通過LED數(shù)碼管顯示。這種測(cè)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

5、與fS的相位關(guān)系,當(dāng)Q為1時(shí),fR超前于fS,相位取正值,符號(hào)位數(shù)碼管顯示全黑;當(dāng)Q為0時(shí),fR滯后于fS,相位取負(fù)值,符號(hào)位數(shù)碼管顯示“-”。四、總體框圖10班級(jí)：電子1062姓名：萬龍學(xué)號(hào)：23課題：數(shù)字式相位差測(cè)量?jī)x五、各模塊電路分析1移相網(wǎng)絡(luò)所謂移相是指兩種同頻的信號(hào)，以其中的一路為參考，另一路相對(duì)于該參考作超前或滯后的移動(dòng)，即稱為是相位的移動(dòng)。兩路信號(hào)的相位不同，便存在相位差，簡(jiǎn)稱相差。若我們將一個(gè)信號(hào)周期看作是360，則相差的范圍就在0°～360°。：兩個(gè)同頻信號(hào)之間的移相，是電子行業(yè)繼電保護(hù)領(lǐng)域中模擬、分析事故的一個(gè)重要手段，利用

6、移相原理可以制作校驗(yàn)各種有關(guān)相位的儀器儀表、繼電保護(hù)裝置的信號(hào)源。因此，移相技術(shù)有著廣泛的實(shí)用價(jià)值。我們知道，將參考信號(hào)整形為方波信號(hào)，并以此信號(hào)為基準(zhǔn)，延時(shí)產(chǎn)生另一個(gè)同頻的方波信號(hào)，再通過波形變換電路將方波信號(hào)還原成正弦波信號(hào)。以延時(shí)的長短來決定兩信號(hào)間的相位值。這種處理方式的實(shí)質(zhì)是將延時(shí)的時(shí)間映射為信號(hào)間的相位值。也就是說，只要能夠測(cè)量出該延遲時(shí)間，我們就可以推算出其相位差值。2．方案實(shí)現(xiàn)10班級(jí)：電子1062姓名：萬龍學(xué)號(hào)：23課題：數(shù)字式相位差測(cè)量?jī)x本系統(tǒng)由移相網(wǎng)絡(luò)，相位測(cè)量?jī)x，數(shù)字移相信號(hào)發(fā)生器組成。其中相位測(cè)量?jī)x由單限（過零）比較器

7、，邏輯門電路，單片機(jī)系統(tǒng)組成。數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器由單片機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)，頻率可調(diào)并可以步進(jìn)。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(yù)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，第二部分為TL072運(yùn)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(duì)于超前網(wǎng)絡(luò)：10班級(jí)：電子1062姓名：萬龍學(xué)號(hào)：23課題：數(shù)字式相位差測(cè)量

8、儀關(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(jì)算。注意：具體調(diào)試電路的時(shí)候應(yīng)根據(jù)以上公式，當(dāng)輸入頻率改變的時(shí)候，應(yīng)改變超前，滯后網(wǎng)絡(luò)中