相位测量方案
相位方案
建设路与开源路信号灯配时方案设计信号相位方案，首先分析是否需要设置左转保护相位，依据判别条件对各进口逐一进行判断：东进口：LT q =138<200，138×(1326/4）<50000。
考虑到东西方向直行车辆流量大致相同，因此考虑设置左转保护相位。
西进口：LT q =168<200，但168×(1224/3）>50000，需要设置左转保护相位；南进口：LT q =186<200，186×204=37944<50000无需设置左转保护相位； 北进口：LT q =162<200，162×201=32562<50000无需设置左转保护相位。
交叉口信号相位方案逐步确定如下：采用三相位信号控制。
相位一为东西进口的左转保护相位；相位二为东西进口直右相位的相位，相位三为南北进口方向的直行和右转相位的相位，同时开启的是南北进口的左转相位；饱和流量估算饱和流量的定义是：在一次连续的绿灯信号时间内，进口到上一列连续车队能通过进口道停止线的最大流量，单位是pcu/h 。
饱和流量随交叉口几何因素、渠化方式及各流向交通冲突等情况而异，比较复杂。
本次设计采用的为复杂饱和流率：∏∙∙=ii i f N S S 0式中：i s ——车道组i 的饱和流率，h pcu /；0s ——进口车道基本饱和流率，h pcu /，在缺乏实测数据时取值1900veh/h ；N ——车道组i 所包含的车道数；i f ——进口车道各类校正系数。
1）基本饱和流量由于车道宽度以及坡度均符合理想状态条件，再者，如果采取1900vhe/h 计算可能会造成配时失败。
各进口车道的基本饱和流率0S 均采用1650veh/h 。
2）各类车道通用校正系数（1）车道宽度校正： ()()5.30.37.25.30.35.1605.05.04.01><≤≤≤⎪⎩⎪⎨⎧+-=W W W W W f w （3-1）式中：W ——车道宽度，m 。
相位测量仪报告
相位测量仪摘要：本设计以单片机和可编程逻辑器件FPGA为控制核心，实现数字信号的产生、逻辑信号的采集和示波器的显示。
系统主要由三个模块组成:信号发生，数据采集与波形显示。
本设计经过单片机产生逻辑信号，利用FPGA作为数据处理器和DAC控制器，能准确、清晰的在模拟示波器上显示出逻辑波形、触发标记、光标。
利用键盘输入和液晶显示，能实现逻辑预设和触发模式设置。
经验证，本方案完成了全部基本功能和扩展功能。
关键词：逻辑分析仪可编程逻辑器件单片机Abstract:The design of the microcontroller and FPGA programmable logic devices for the control of the core, digital signal generation, logic signal acquisition and oscilloscope display. System consists of three modules: signal, data acquisition and waveform display. After the microcontroller generates the logic signal design , as a data processor using FPGA and DAC controllers , accurate, clearly shows the logic waveforms. The use of keyboard and LCD display , and to achieve pre-trigger mode logic. Proven, the program completed all the basic features and extensions. Keywords:logical link control Programmable logic devices MCU一、方案设计与论证1、数字式移相信号发生器方案一：采用FPGA实现DDS直接频率合成技术。
宽频pmu 49次谐波 相位问题
宽频PMU 49次谐波相位问题1. 引言在电力系统中，准确测量和分析电压和电流的相位是十分重要的。
宽频PMU（Phasor Measurement Unit）作为一种先进的电力系统监测设备，能够实时高精度地测量电网中的电压和电流的相位信息，对于电力系统的稳定性、可靠性和安全性起着至关重要的作用。
然而，在实际应用中，人们发现宽频PMU对于49次谐波相位的测量存在一些问题，本文将就此展开讨论。
2. 宽频PMU简介宽频PMU是一种基于GPS同步的智能化电能监测设备，能够实时地采集电力系统中的电压和电流波形数据，并且通过精确的时间戳来进行同步。
宽频PMU主要由电压采样模块、电流采样模块、数字转换模块、GPS模块和数据接口模块等组成，可以对电力系统中的电压和电流进行高速高精度的采集和传输。
3. 49次谐波相位问题的分析在电力系统中，谐波是指频率是基波频率的整数倍的电压或电流波形畸变。
而49次谐波是电力系统中比较典型和突出的谐波成分之一。
由于电力系统中存在各种非线性负载和电力电子器件，会导致电压和电流波形的畸变，进而产生谐波。
然而，宽频PMU在测量49次谐波相位时存在一些问题，主要表现为相位漂移和不确定性的情况。
4. 引起问题的可能原因在实际应用中，导致宽频PMU在测量49次谐波相位时出现问题的原因可能有多种。
是由于电力系统本身的复杂性和不确定性，导致谐波波形的不稳定性和多样性，进而影响了PMU对于49次谐波的测量。
是由于PMU设备本身的采样率、滤波特性和数字化处理等技术限制，使得在高频谐波成分的测量和分析上存在一定的困难。
5. 解决方案和建议针对宽频PMU在测量49次谐波相位时存在的问题，可以采取以下一些措施来加以解决。
可以通过对PMU设备的硬件和软件进行优化，提高设备对于高频谐波成分的采样和处理能力。
可以加强对PMU设备的标定和校准工作，减小设备本身对于相位测量的误差。
另外，还可以加强对电力系统中谐波波形特性的深入研究，以便更好地理解和分析其对PMU测量的影响。
电缆线路的相位检查试验方法及注意事项
动力与电气工程1 试验接线核对相位的方法较多,比较简单的方法有电池法及绝缘电阻表法等(见图1)。
2 操作步骤采用电池法核对相位时,将电缆两端的线路接地刀闸拉开,对电缆进行充分放电。
对侧三相全部悬空。
在电缆的一端,A 相接电池组正极,B 相接电池组负极;在电缆的另一端,用直流电压表测量任意二相芯线,当直流电压表正起时,直流电压表正极为A 相,负极为B 相,剩下一相则为C 相。
电池组为2～4节干电池串联使用。
采用绝缘电阻表法核对相位时,将电缆两端的线路接地刀闸拉开,对电缆进行充分放电,对侧三相全部悬空,将测量线一端接绝缘电阻表“L ”端,另一端接绝缘杆,绝缘电阻表“E ”端接地。
通知对侧人员将电缆其中一相接地(以A 相为例),另两相空开。
试验人员驱动绝缘电阻表,将绝缘杆分别搭接电缆三相芯线,绝缘电阻为零时的芯线为A 相。
试验完毕后,将绝缘杆脱离电缆A 相,再停止绝缘电阻表。
对被试电缆放电并记录。
完成上述操作后,通知对侧试验人员将接地线接在线路另一相,重复上述操作,直至对侧三相均有一次接地。
核对双缆并联运行电缆相位时,试验人员在电缆一端将两根电缆A 相接地,B 相短接,C 相“悬空”,如图(c)所示。
试验人员再在电缆的另一端用绝缘电阻表分别测量六相导体对地及相间的绝缘情况,将出现下列情况:(1)绝缘电阻为零,判定是A 相;(2)绝缘电阻不为零,且两根电缆相通相,判定是B 相;(3)绝缘电阻不为零,且两根电缆也不通的相,判定是C 相。
3 测试中注意事项(1)试验前后必须对被试电缆充分放电。
(2)在核对电缆线路相序之前,必须进行感应电压测量。
4 电缆试验操作危险点分析及控制措施(1)挂接地线时,应使用合格的验电器验电,确认无电后再挂接地线。
严禁使用不合格验电器验电,禁止不戴绝缘手套强行盲目挂接地线。
(2)接地线截面、接地棒绝缘电阻应符合被测电缆电压等级要求;装设接地线时,应先接接地端,后接导线端:接地线连接可靠,不准缠绕;拆接地线时的程序与此相反。
等精度数字频率计
等精度数字频率计测量方式：一、测频原理所谓“频率”，确实是周期性信号在单位时刻转变的次数。
电子计数器是严格依照f ＝N/T的概念进行测频，其对应的测频原理方框图和工作时刻波形如图1 所示。
从图中能够看出测量进程：输入待测信号通过脉冲形成电路形成计数的窄脉冲，时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入计数器计数，即可取得其频率。
假设闸门开启时刻为T、待测信号频率为fx，在闸门时刻Ｔ内计数器计数值为N，那么待测频率为：fx = N/T假设假设闸门时刻为1s，计数器的值为1000，那么待测信号频率应为1000Hz 或1.000kHz，现在，测频分辨力为1Hz。
图1 测频原理框图和时刻波形二、方案设计2.1整体方案设计等频率计测频范围1Hz~100MHz，测频全域相对误差恒为百万分之一，故由此系统设计提供100MHz作为标准信号输入，被测信号从tclk端输入，由闸门操纵模块进行自动调剂测试频率的大小所需要的闸门时刻，如此能够精准的测试到被测的频率，可不能因闸门开启的时刻快慢与被测频率信号转变快慢而阻碍被测频率信号致使误差过大，被测信号输入闸门操纵模块后，在闸门操纵模块开始工作时使encnt端口输出有效电平，encnt有效电平作用下使能标准计数模块（cnt模块）和被测计数模块（cnt模块），计数模块开始计数，直到encnt 从头回到无效电平，计数模块就将所计的数据送到下一级寄放模块，在总操纵模块的作用下，将数据进行load（锁存），然后寄放器里的数据会自动将数据送到下一模块进行数据处置，最后送到数码管或液晶显示屏（1602）进行被测信号的数据显示。
PIN_84VCCreset INPUTPIN_31VCCtclk INPUTcnt_time 100Signed IntegerParameter Value Typeclken_1kHztclkclrloadencntcnt_eninst4cnt_w idth32Signed IntegerParameter Value Typeclkclrencntout[cnt_width-1..0]cntinst1cnt_w idth32Signed IntegerParameter Value Typeclkclrencntout[cnt_width-1..0]cntinst2cnt_w idth32Signed IntegerParameter Value Typeclken_1kHzclrlock_endata[cnt_width-1..0]regout[cnt_width-1..0]bcnt_reginst3cnt_w idth32Signed IntegerParameter Value Typeclken_1kHzclrlock_endata[cnt_width-1..0]regout[cnt_width-1..0]tcnt_reginst5clken_1kHzresetenencntclr_cntlockclr_regload_encntcontrolinst6clken_1kHzresetclearreset_cntinst16被测频率信号输入闸门信号控制器100M标准频率信号计数器被测频率信号计数器100M标准频率数据寄存被测信号频率数据寄存复位模块闸门、计数、寄存的总控制模块clk_100MHztclk1loadclk_100MHzen_1kHzclk_100MHzen_1kHzen_1kHzclk_100MHzloaden_1kHzclk_100MHzclk_100MHzen_1kHzset_f ashion[4]tclk1reset1cnt_numb[31..0]cnt_numt[31..0]两路数据送到下一级进行数据处理2.2理论分析采纳等精度测量法，其测量原理时序如图1所示从图1中能够取得闸门时刻不是固定的值，而是被测信号的整周期的倍数，即与被测信号同步，因此，不存在对被测信号计数的±1 误差，可取得：变形后可得：对上式进行微分，可得：由于 dn=± 1 ,因此可推出：从式（5）能够看出：测量误差与被测信号频率无关，从而实现了被测频带的等精度测量；增大T或提高fs能够提高测量精度；标准频率误差为dfs/fs,因为晶体的稳固度很高，再加上FPGA核心芯片里集成有PLL锁相环可对频率进一步的稳固，标准频率的误差能够进行校准，校准后的标准误差即能够忽略。
第3章+低频数字式相位测量仪的设计
图3.3 用测周期的方法获得信号频率
第3章 低频数字式相位测量仪的设计
2) 鉴相器就是异或门，在鉴相器的输出波形IV中， 正脉冲宽度就是要测量的I和V 相位差所对应的时间差 Tθ ，如图3.4所示。
第3章 低频数字式相位测量仪的设计
I V
IV
图3.4 鉴相器的输入、输出波形图
第3章 低频数字式相位测量仪的设计
F INT1(P 3.3)
图3.6 MCU测量时间差、周期的电路图
第3章 低频数字式相位测量仪的设计
（2） 时序图如图3.7所示。需要说明的是，由软 件创建一标志位2FH.1，当输入引脚P3.6=0时，CPU置 位标志位2FH.1，而当P3.6=1时，CPU在读取时间差数 据后清零标志位2FH.1。
第3章 低频数字式相位测量仪的设计
2) （1）电路图如图3.6所示，该电路由单片机、整 形电路、门电路等组成。由定时器/计数器T0、T1分别 测量周期、时间差。
第3章 低频数字式相位测量仪的设计
待测信号 1 待测信号 2
A
D
整形 电路
2分 频
＝1 C
&
整形 电路 B
MCU -51 INT0(P 3.2) ≥1 E P3.6
SUB1入 口 R4＝4(R4是计 数器 )
P3.6＝ 1?
N
Y
2FH.1＝ 1?
N
Y
R4＝ 4?
Y
N
保存 周期 TH0、TL0 保存 时间 差 TH1、TL1
SETB 2FH.1
清零 定时 器 T0、T1 清0标志 位 2FH.1
R4－ 1送 R4
N
R4＝ 0?
Y SUB1出 口
相位测量
相位测量方案※方案实现：原理：首先将输入的两个同频率但存在着相位差的信号进行整形， 使之变成方波 。
如图示A 和B 再对A,B 进行异或处理, 异或输出信号C 的脉冲宽度则反映相位差角.C 的脉宽 T1对应的电角度是相位差角∅,C 的周期T2 是信号周期T 的1/2.如果信号角频率为ω,则T1=φω , T2=πω .C 为幅值为U 的方波其平均值Ud=U ×T1/T2=U由此可见,C 的平均值( 亦即直流分量 )仅与相位差角和脉冲幅度有关与信号周期无关.通过一个RC 低通滤波器将C 中的交流成分滤除在滤波器的输出端就可得到单纯的直流成分如果保持C 的脉冲幅度U 不变那么就能够很好地反映出相位差角的大小.结合单片机的A/D 转换便可通过数码管较直观地读取相位差值。
相位极性的判断可通过微分电路和锁存器级单片机来共同完成（详细分析见后文）。
经过前置电路（包含在测量电流和电压的电路中）的调理，将电流信号转换成电压信号。
经过前置电路同时对电压信号和电流信号进行放大或衰减处理。
使得两路交流电压信号符合下一步整形的电压要求（2-18V）。
整形：测相的两路信号经过整形，要使产生的额外相差最小，必须保证两路通道参数的一致性选用TI公司的双路比较器TLC372。
器件优点分析：TLC372 是一款LinCMOS 双差分输入比较器。
它的输入电压范围很宽，可达2V ~ 18V；耗尽电流很小，在5V时只有150uA；它具有很高的输入电阻，标准情况下可达W 12 10 ，可以直接与高阻信号源相连。
内部还集成有静电放电保护电路。
它具有极小的输入偏置电流，标准情况下只有5pA；具有极低的输入偏置电压，最大情况下有5mV图3 测相位差调理电路AB电阻分压B测相位差大小：A和B信号进过异或处理之后得到C信号，再经过低通滤波的信号，将占空比转换为直流电压，再进过A/D转换后，单片机可读取相位差值，输出在数码管上显示。
测量相位极性：对于信号A与B之间的超前/滞后关系的判断，可以遵循以下原则由图1可以看出，如果方波A上跳后,C出现高电平,则说明A超前于B.否则如果A上跳后C出现低电平，则是A滞后于B;可以通过一个锁存器来记录A上跳后C的状态。
非线性电路中的混沌现象_电子实验分析方案
1．计算电感L本实验采用相位测量。
根据RLC谐振规律，当输入激励的频率时，RLC串联电路将达到谐振，L和C的电压反相，在示波器上显示的是一条过二四象限的45度斜线。
测量得：f=30.8kHz；实验仪器标示：C=1.145nF由此可得：估算不确定度：估计u(C>=0.005nF，u(f>=0.1kHz则：即最终结果：2．用一元线性回归方法对有源非线性负阻元件的测量数据进行处理：<1）原始数据：99999.9 -11.75023499.9 -11.55013199.9 -11.350-11.150-10.950-10.750-10.550-10.350-8.950-8.750-8.550-8.350上表为实验记录的原始数据表，下表为数据处理时使用Excle计算的数据及结果。
<2）数据处理：根据可以得出流过电阻箱的电流，由回路KCL方程和KVL方程可知：由此可得对应的值。
对非线性负阻R1，将实验测得的每个<I，U）实验点均标注在坐标平面上，可得：图中可以发现，<0.00433464，-9.150）和<0.00118629，-1.550）两个实验点是折线的拐点。
故我们在、、这三个区间分别使用线性回归的方法来求相应的I-U 曲线。
经计算可得，三段线性回归的相关系数均非常接近1<r=0.99997），证明在区间内I-V 线性符合得较好。
应用相关作图软件可以得出非线性负阻在U<0区间的I-U曲线。
将曲线关于原点对称可得到非线性负阻在U>0区间的I-U曲线：该图为根据计算绘出的I-U图，能清楚的看到拐点和变化关系。
3．观察混沌现象：<1）一倍周期：<2）两倍周期：<3）四倍周期：<4）单吸引子：<5）三倍周期(6>双吸引子：六、什么叫混沌？表现在相图上有什么特点？答：混沌大体包含以下一些主要内容：（1）系统进行着貌似无归律的运动，但决定其运动规律的基础动力学却是决定论的；（2）具体结果敏感地依赖初始条件，从而其长期行为具有不可测性；（3）这种不可预测性并非由外界噪声引起的；（4）系统长期行为具有某些全局和普适性的特征，这些特征与初始条件无关。
安捷伦相位噪声测量解决方案
安捷伦相位噪声测量解决方案最适合您的测试解决方案选购指南序言 (3)a. 概览 (3)b. 测量技术简要比较 (4)主要的相位噪声测量技术 (5)a. 直接频谱技术 (5)b. 鉴相器技术 (6)●参考信号源/PLL (7)●鉴频器 (8)●外差(数字) 鉴相器 (9)c. 双通道交叉关联技术 (10)安捷伦相位噪声测量解决方案 (11)a. 基于直接频谱技术的解决方案 (11)●用于X 系列信号分析仪的N9068A 相位噪声应用软件 (11)●用于传统PSA 和ESA 频谱分析仪的选件226 相位噪声测量专用软件 (11)●主要技术指标与比较 (12)b. 基于相位探测技术的解决方案 (13)●E5505A 相位噪声测量系统 (13)●主要技术指标和配置 (16)c. 基于交叉关联技术的解决方案 (17)●E5052A 信号源分析仪 (17)●主要技术指标和配置 (19)d. 安捷伦相位噪声测量解决方案比较 (20)选择适合的相位噪声解决方案 (21)其他资源 (22)安捷伦已有40 年的射频设计和测量经验，多年来以丰富的测试与测量技术为基础，提供了广泛的相位噪声测量解决方案。
面对众多的测试方案，如何寻找适合您的解决方案呢?本文将帮助您根据特定测量需求选择最适合的解决方案。
有关相位噪声的更多信息，请参见本文后面的其他资源部分。
相位噪声概览相位噪声是衡量信号发生器件品质的最重要指标之一，在航空航天与国防以及通信领域的应用中起着重要的作用。
相位噪声是表征频率稳定性的基本概念。
频率稳定性是指振荡源在规定的时间段内产生相同频率的一种度量。
频率稳定性又分为长期稳定性和短期稳定性。
长期频率稳定性描述几小时、几天、几个月甚至几年内的频率变化特性。
而短期频率稳定性指若干秒内额定载波频率的变化。
本文主要介绍短期频率稳定性。
在量化相位噪声的众多技术指标中，最常用的测量指标是“单边带(SSB) 相位噪声”(f)。
从数学角度来讲，美国国家标准与技术研究院(NIST) 将 (f) 定义为偏离载波频率处单位带宽内的单边带信号功率与载波信号总功率的比值。
低频率数字相位差测量仪设计
引言相位差测量数字化的优点在于硬件成本低、适应性强、对于不同的测量对象只需要改变程序的算法，且精度一般优于模拟式测量。
在电工仪表、同步检测的数据处理以及电工实验中，常常需要测量两列同频率信号之间的相位差。
例如，电力系统中电网并网合闸时，需要求两电网的电信号的相位差。
相位差测量的方法很多，典型的传统方法是通过示波器测量，这种方法误差较大，读数不方便。
为此，我们设计了一种基于锁相环倍（分）频的相位差测量仪，该仪器以锁相环倍（分）频电路为核心，实现了工频信号相位差的自动测量及数字显示。
论文摘要本系统为低频数字式相位/频率测量仪，由移相网络模块、相位差测量模块及频率测量模块三大部份构成，其系统功能主要是进行相位差测量及频率测量。
移相网络主要是由RC移相电路和LM324运放电路组成，将被测信号送入移相网络，经RC移相、LM324隔离放大，产生两路信号，一路为基准信号经过波形转换，另一路为移相后的信号。
分别经过波形转换、整形、二分频送给相位测量模块及频率测量模块。
相位差测量仪主要是由锁相环PLL（Phase Lock Loop）产生360倍频基准信号和移相网络的基准信号与待测信号进行异或后的信号作为显示器的闸门电路和控制信号。
频率测量模块主要是用计数法测量频率的，它是有某个已知标准时间间隔Ts内，测出被测信号重复出现的次数N，然后计算出频率f=N/Ts.显示电路模块主要是由计数器、锁存器、译码器和数码管组成。
低频率数字相位测量仪目录1设计任务书 (3)2设计方案概述 (3)3系统的组成………………………………………………………………………………4.3.1总体框图 (4)3.2移相网络部分 (4)3.3相位测量部分 (6)1)波形转换、整形放大 (8)2)锁相环倍频 (9)3)闸门电路 (11)4)控制门 (11)5)计数器 (11)6)锁存器 (11)7)显示译码器与数码管 (11)3.4频率测量部分 (12)1)数字频率计的基本原理 (12)2)系统框图 (12)4附录………………………………………………………………………一、设计任务书（一）任务设计仿真一数字相位计（二）主要技术指标与要求：（1）输入信号频率为1KHZ～20KHZ可调（2）输入信号的幅度为10mV（3）采用数码管显示结果，相位精确到0.1°（4）采用外部5V直流电源供电（三）对课程设计的成果的要求（包括图表）设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书。
相位差测量电路设计
本科毕业设计( 2015 届 )题目：相位差测量电路的设计学院：机电工程学院专业：自动化学生姓名：学号：指导教师：职称（学位）：讲师合作导师：职称（学位）：完成时间：2015 年 5 月 28日成绩：黄山学院教务处制原创性声明兹呈交的设计作品，是本人在指导老师指导下独立完成的成果。
本人在设计中参考的其他个人或集体的成果，均在设计作品文字说明中以明确方式标明。
本人依法享有和承担由此设计作品而产生的权利和责任。
声明人（签名）：年月日目录摘要 (1)英文摘要 (2)1 绪论 (2)1.1 研究背景及意义 (3)1.2 发展现状和发展趋势 (3)1.2.1 国外发展状况 (3)1.2.2 国内发展状况 (4)1.2.3 发展趋势 (5)2 相位差测量的基本原理 (5)2.1 相位的基本概念 (5)2.2 相位差测量原理 (5)2.3 电路设计原理 (6)3 设计与分析 (6)3.1 移相电路 (6)3.1.1 方案分析 (6)3.1.2 移相电路设计 (8)3.2 检测电路 (8)3.2.1 方案分析 (8)3.2.2 检测电路设计 (11)3.2.3 LM339特性分析 (12)3.2.4 双稳态触发器 (13)3.3 计数显示电路 (14)3.3.1 方案分析 (14)3.3.2 计数显示电路设计 (14)3.3.3 数码管工作原理 (15)4 仿真与调试 (16)5 实验分析 (18)总结 (19)参考文献 (20)致谢.................................................................................................错误!未定义书签。
附录 (21)相位差测量电路设计机电工程学院自动化专业指导老师：（讲师）摘要: 随着计算机以及电子技术的发展，相位差测量技术作为常用的信号测量技术，得到了快速发展，已经成为现代科学研究不可或缺的一部分。
多功能计数器——武汉大学
多功能计数器指导老师：黄根春 队员及年级：伍玉、陈林辉、夏效禹 2006 级 学校及院系：武汉大学电子信息学院摘要： 本系统以单片机和 FPGA 构成的最小系统为控制核心， 由宽带放大模块， 摘要：比较整形模块，频率、相位差测量模块等模块构成。
在 FPGA 内采用等精度测频 法测出频率和周期，可实现对有效值为 0.005V~5V，频率范围 1Hz~35MHz 信号 的频率、周期的测量。
用计数法测出相位差，可实现对有效值 0.5V~5V，频率 10Hz~100KHz 信号的相位差测量。
系统功能由按键控制，可对测量结果实时显 示，人机交互界面友好，达到了较好的性能指标。
另外我们系统还具有自动校准 和手动校准的功能。
关键字： 关键字：等精度测频法 相位测量 程控放大Abstract： system is built upon the core of 89C55 microcontroller (MCU) and ： ThisFPGA, consisting of the following functional blocks:progammable amplifier module, comparator module, frequence and phase difference testing module.We implement the equal accuracy frequency-examining technique and it manages to test the frequency and circle of signal which ranges from 1Hz ~ 35MHz and the amplitude of which ranges from 5mVrms to 5Vrms.We manage to detect the phase difference of signal,the amplitude of which range from 0.5Vrms to 5Vrms and the frequency of which range from 10Hz to100KHz.The function of the system is controlled by certain designed keys,while the LCD display shows the results.The system reaches excellent capability and is friendly interfaced. Our system also has the function of automatic calibration and manual calibration of frequency.Keywords:Equal accuracy frequency-examining method Progammable amplifier Phase difference testing11洒方案设计1.1 理论分析 频率和周期测量方法分析 ① 频率和周期测量方法分析高频标准脉冲采用等精度测频法，其测量原理 时序如图 1.1 所示。
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制信号控制两片计数器。
得到的两路计数值送入单片机进行处理得相位差值。
对以上方案进行比较，方案一在所测频率较高时，受锁相环工作频率等参
数的影响会造成相位差测量的误差，采用方案二由高精度的晶振产生稳定的基
准频率，可以满足系统高精度、高稳定度的要求。
相位测量论证与选择
方案一：利用单片机实现测量相位差，实现框图如图1-1所示。
信号1整形电路方波1测频
键盘
信号2整形电路方波2异或门
测脉宽单片机
显示DFF
图1-1利用单片机实现测量相位差原理图
直接利用单片机的内部时钟以异或门的输出为闸门进行计数。
理论上晶振为12M时MCS-51单片机的最窄脉宽为1us，误差即为±1us。
当要实现1︒的步进时，计数脉宽最少为360us，以正弦波计，最高的频率为
1
360*10-6
＝2.78KHz。
显然，此种方法硬件原理上难以保证测量精度，需在软
件上采用∆∑技术来提高精度，增加了软件量。
方案二：采用相差－电压测量法。
即通过数字鉴相器，如异或门鉴相电路
输出相差脉冲，经过低通滤波器滤出其中的直流成分（其中含有相位信息），设
计原理框图如图1-2所示。
信号输入1数字
鉴相器滤波器A/D单片机显示信号输入2异或门
图1-2数字鉴相、相位－电压法原理框图
此方案为数字方法与模拟方法相结合，数字鉴相器的设计解决了模拟鉴相器的频带限制，但精度问题依然存在。
方案三：采用相差－时间测量法。
设计原理框图如图1-3所示。
信号输入A 信号输入B
数字
鉴相器
周期/脉冲
计数/锁存
单片机显示
⨯360O
∆ϕ=n
N
其中，n为方波相位差对应时间间隔内的脉冲数，N为方波一个周期内的脉冲数。
上述两种方案从对硬件的要求而言，方案一在FPGA芯片基础上需要一片CD4046和一片AD0809，而方案二则在FPGA芯片基础上只需要一片LM393；从测量性能方面来说，在低频率方面，方案一的相位差总共只能有256个量级，而采用通过FPGA记脉冲数的方法测量的精度将远远高出此量级。
因此，选用方案二，采用比较器LM393和FPGA来实
现测相。
相位差测量
方案一：将被测的两路正弦波信号整成方波信号，利用异或门电路进行鉴相处理，将得到的脉冲序列经过RC平滑滤波取出其直流分量，该直流电平的幅值与两路信号的相位
差成正比，将此信号送入A/D转换器由单片机进行运算处理从而计算出相位差值。
方案二：采用脉冲填充计数法，将正弦波信号整成方波信号，其前后沿分别对应于正弦波的正相过零点与负相过零点，对两路方波信号进行异或操作之后输出脉冲序列的脉宽可以反映两列信号的相位差，以输入信号所整成的方波信号作为基频，经锁相环倍频得到的高频脉冲作为闸门电路的计数脉冲，由单片机对获取的计数值进行处理得到两路信号的相位差。
方案三：将两路被测正弦波信号整成方波信号，通过图3-5所示的鉴相器，输出一路具有不同占空比的脉冲波形。
由图３-６的仿真波形可知，该脉冲信号的占空比与这两路信号
图3-5鉴相器原理图
图3-6鉴相器的仿真波形
的相位差成正比：
相位差=N1*360°/（N1+N2）(3-5)其中N1是高电平脉宽时间内的计数器，N2是低电平脉宽时间内的计数值。
8
4
9对以上三种方案进行比较，方案一在低频段时，RC 滤波电路的输出波动很大，难以 达到要求的相位精度，而方案二在所测频率较高时，受锁相环工作频率等参数的影响会造 成相位差测量的误差，极大地影响测量的精度，采用方案三由高精度的晶振产生稳定的基 准频率，可以满足系统高精度、高稳定度的要求。
3’相位测量及显示电路：
本部分电路不采用相敏整流法，避免了模拟电路得不好控制，不易数字化 的缺点，而是采用单片机 89c52，利用高频计数器 cd4040 和逻辑电路来实现的 相位测量。
这部分的电路图是
工作原理： 由于这部分的输入是有相移的两路正弦信号，而要实现其数字 化，所以要把正弦信号转化成方波信号，其电路如下：
ㅔㅔㅔć
가가가ﺣ
가 가A
2
1
가가가
가 가가 가 가
가가 1
가
가
가가가가
ㅔɄ
ㅔㅔㅔā
output 输出的波形为
output 输出的波形再与固定的晶振脉冲 相与非产生新的脉冲信号，作为 CD4040 的 CP 脉冲，计算脉冲个数。
CD4040 工作方式：
当 RST 脚为“0”时，计数器开始计数，CLK 脚为脉冲输入端；当 RST 脚 为“+1”时，计数器的各脚清零。
所以在 output 脚输出的信号的一个周期内， 计数器计数一次。
为扩大测量的相移差的范围，采用两片 CD4040.达到 24 位的 要求。
计算参数如下：
ϕ x = ⨯ 360︒ 即为相位差的度数。
故有： MT CP T O
分析与比较:纵观上述两种方案，方案一是将相位差信号转变为电压信号进行测量，对
单一频率信号的相位检测时，相位差信号与电压信号之间存在唯一对应关系，电压的高低 反应了相位的大小，但当输入的信号频率在一定范围可变时，此方法不适用。
原因有二:一
是相位变化会引起输出电压信号U O 的变化，二是频率变化也会影响输出信号U O 的变化。
所以对于 20Hz -20KHz 范围内的信号检测系统的输出U O 与被测信号的相位之间不存在唯一
对应关系。
方案二是将相位差信号转变为时间信号进行测量，相位差与(T X /T)之间始终存 在一一对应关系，因此不管频率如何变化，只要测量出(T X /T)大小，相位差的大小也就确 定了。
因此我们采用方案二。
1.3 相频特性测量
方案一：使用鉴相器，将相位差转换为电压值测量。
由于受到鉴相器的性能 限制，此方案精度不太高。
方案二：相位差可以通过占空比进行测试，但正弦波占空比不易测量，因此 需先将正弦波通过过零比较整形为方波。
再由如下图所示原理将通过被测网络 前的方波信号 f1 和通过被测网络后的信号 f2 相与，从而得到两者的相位差 A ，再将 A 和高频脉冲 B 相与得到 C ，对 C 进行多周期计数来求得每个周期中高 电平占空比，即可得到相差。
图 1-1
综上考虑，方案二的测量精度高，我们采用了方案二。
（二）．相频特性测试原理及实现
首先将输入输出信号分别通过电压比较器整形为方波，然后送鉴相器鉴相，经低通滤除其中的交流成份，取出直流成份，得到被测网络相移信号，送A/D进行数据采集。
原理框图如下图所示：
图4-3相频特性测试框图
本系统鉴相器利用CD4046锁相环的鉴相器（是异或门鉴相），
其鉴相特性如图4—4所示：
图4—4 鉴相特性
从特性看它只能给出相移的大小信息，而无法判断超前与滞后，所以我们另加一个相位极性判别电路。
该电路如图4－5所示：
i ' ' i i ' ' i
图 4—5（ａ） 图 4—5（b ）
将整形后的被测网络输入信号U ' 加到 D 触发器 CP 端，将整形
后的被测网络输出信号U 0
加到触发器的 D 端，如图 4—5(b)所示，
若U 0 超前U ' ，则对应U '
上升沿处，U 0 为 1，则 D 触发器输出为 1。
反之，U 0 滞后U ' ，则 D 触发器输出为 0，将其输出送往单片机，即
可判断相移的超前与滞后。
然后由程序根据标志位将 f < f 0 所对应的
相移数据翻转，如 4－6 图所示，即可得到实际的相位特性，该相位
特性可由示波器显示或打印机打印出来。
（a ）
(b)
图 4—6。