基于单片机的数字相位差测量仪
单片机相位差测试仪研究报告
_____________________ 个人资料整翌_仅限学习使用_基于单片机的相位差测试仪的研究摘要提出了一种基于8051单片机开发的低频数字相位差测量仪的设计。
系统以单片机8051及计数器，显示管为核心，构成完备的测量系统。
可以对1Hz〜1000Hz频率范围的信号进行频率、相位等参数的精确测量，测相绝对误差不大于1°采用数码管显示被测信号的频率、相位差。
硬件结构简单，程序简单可读写性强，软件采用汇编语言实现，效率高。
与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。
关键词：相位差；单片机；计数器；数码显示管Designsof Low frequency Digital PhaseMeasurement Based on Single ChipAbstractA new ki nd of low - freque ncy digital phase measureme nt in strume nt is reside nted which isbased on 8051.This is a complete system whose core is based on sin gle chip 8051 and arithmometerand charactr on .It may measure the freque ncy and phase of the sig nal which beg in from 1 Hz to _____________________ 个人资料整翌_仅限学习使用_1000Hz, absolute error is not more than 1 The data are displayed on numeral displayer. Hardware structure is simple and software is realized by compiling Ianguage. Compared with traditional circuit, it has many adva ntages of faster process ing speed, good stability and high ratio betwee n property and price.Keyword: phase difference single-chip compute; . Arithmometer；charactron tube目录个人资料整理仅限学习使用第一章绪论1.1背景介绍在实际工作中，经常会遇到需要检测两个信号之间的相位差，这也是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。
单片机相位测量仪
断 并 分 别进 行处 理 和 计 算 。 图 ３ 主 程 序 流 程 图 图 ４ 中断 暇 务 程 序 流 程 图
结语
９ ８８ 该 系 统 电路 结 构 简 单 ，可 靠 性 强 ， 显 示稳 定 ，测 量 空 航 天 大 学 出 版 社 ， １ ９ ． ．
Hale Waihona Puke 精 度 高 ， 辨 率 可 达 ０ ３ 。 ， Ａ以 下 的 负 载 电流 可 直 接 分 ． ６ ５ ０
在 Ｔ 内允 许 时 钟 脉 冲 计 数 ，则形 成 相 位 差 中（ 和 基 准 信 ｔ ） 号 。该 系统 的核 心 为 ８ ９ 单 片 机 。利 用其 高 速输 入 单 元 ０８ Ｈ Ｉ 够 检 测 和 记 录 事 件 的特 点 ， 表 示相 位 差 的 脉 冲 信 Ｓ能 将 号 中（ 和 反 应 周 期 Ｔ的 基 准 信 号 分 别 从 Ｈ Ｉ 、ＨＳ．输 ｔ ） Ｓ． ０ Ｉ １
维普资讯
／， 一
Ｉ＼设 方 善 一、
圜 囚 因 园 园
单 片 机 相 位 测 量 仪
宝 鸡 文 理 学 院 电 子 电 气 工 程 系 张 正 喜
一 一
攘 本文介绍了 ０ ｏ８ ｛ ￣￥８ 单片机实 ＿荦信号 １ ９ 毋两 誊 乒 相位疆 的碑 ，哽 懂 ＾轭件 ？ 萼呻琴其特．。 统与由复 最 该系 ｌ ◇ 路或５ 系 单片 成的 ＇ 枣电 １列 够 ｌ ｌ 量系统 比， 有 摩高 智匏 相 速 亿 电 单 工 靠 特 。 具 路简 作可 等 点
程 序 流 程 如 图 ３ 示 ， 成 系统 初 始 所 完
化 ， Ｉ 和 ＨＳ ．输 入 ， 冲 区设 置 ， ＨＳ ． ０ Ｉ１ 缓
平 均 周 期 数 Ｎ 的 判 断 ， 位 角 计 相 算 ， 断 开 放 与禁 止 ， 用 数 据 处 理 中 调
基于单片机的相位测量仪电路设计(完整版)
相位测量仪是电力部门、工厂和矿山、石油化工、冶金系统进行二次回路检查的理想的高精度仪表。尤其适用于电能计量、用电检查、继电保护、差动检测、电力建设和变送电工程等。是电力系统各部门的必备仪器之一。
1.1
在电子测量技术中，相位测量时最基本的测量手段之一，相位测量仪式电子领域的常用仪器。随着相位测量技术广泛应用于科学研究、实验、生产实践等各个领域，对相位测量技术的要求也向高精度高智能化方向发展，在低频范围内，相位测量在电力、机械等部门具有非常重要的意义。
矢量法：任何一个正弦函数都可以用矢量来表示，如各个正弦信号幅度相等、频率相同，运算器运用减法器合成得到矢量的模 ．矢量法用于测量小角度范围时，灵敏度较好，可行度也较高；但在180°附近灵敏度降低，读数困难且不准确．由于系统输出为一余弦或正弦函数，因此这种方法适用于较宽的频带范围。
上述3种测量相位的方法各有优势，从测量范围、灵敏度、准确度、频率特性和谐波的敏感性等技术指标来看，过零检测法的输出正比于相位差的脉冲数，且易于实现数字化和自动化，故本研究采用过零检测法。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
第
本设计中，相位测量仪主要是对被测网络的输入、输出信号的相位差进行测量。这样的两路待测信号为同频不同相的正弦交流信号，频率范围为20Hz-20kHz，幅度为0V～500V。相位差测量的基本原理为：对信号波形的变换、比较及相关数学运算。即对于被测信号是同频不同相的两路正弦交流信号，为了准确地测量出该相位差，需要对输入信号的波形进行整形，本设计利用LM339组成整形电路，使输入信号变成矩形波信号，再经异或门组成的鉴相器电路，输出即为相位差信号，再结合单片机的数据处理功能，最后通过液晶即可显示出该相位差。由于单片机的工作电压在5V左右，所以在进行相位测量前，还需将被测信号进行分档降压处理。
CPLD低频数字相位测量仪的设计
包括数字移相信 号发生 器和相位 测量仪 ２ 部分 ， 分别 完成移相信号的发生 、 频率 与相位差 的预置、 数字显示、 号的移相 以 信
及移相后信 号相位差和频率 的测量 与相识 等功能。 中数字 式移 相信号发生 器可 以产 生预置频率 的差值 ； 其 相位 测量仪可
以测量和显 示相位信 号的频率 、 位 差。 相
厂一
后， 将波形整形电路的２ ０ ］ 厂 厂 厂 厂 ］ ］
图 １ 波形变换 示意 图
的功能， 用以产生相位测量仪所需的输入正弦信号 。 其
技术 要 求 指标 ： 率 范 围２ Ｈｚ～ ０ Ｈｚ 频 率 步进 为 频 ０ ２ｋ ，
２Ｈ ， ０ ｚ 输出频率可预置； 相位差范围为０ ３ ９ ， ～ ５ 。相位差
（ 具有设定保存功能。 ５）
实现相位 、 频率的测量， 并且具有独 自的控制功能和数
字显示 功能。
１１系统硬件 结构 ．
首 先 将 被 测 ２列 正
弦 信号 Ａ 、 Ｂ经平 滑 滤 波
后 ， 入 过 零 比较 电路 ， 输
Ａ
１系统硬件设计
总体要求 ： （ ） 有相 位 测量 功 能 ， １具 即相 位 测量 仪 的 功 能 。 其
传 感 及 检 测 仪 表
Ｃ Ｌ 低频 数 字 相 位 测 量 仪 的设 计 ＰＤ
朱 红梅 ， 美 君 潘
（ 海西部矿 业铅业 摘
要： 绍 了一种基 于复杂的可编程逻辑 器件（ Ｌ 和 高速 单片机ｓ ｃ８ ｃ ８ 介 ＣＰ Ｄ） Ｔ ９ ５ 的低频数字 相位 测量仪 。 该测量仪
京航 天航 空 大 学 出版 社 【］ 白英 彩 ． 型 计 算 机 常 用 芯 片 手 册 【 ． 海 ： 海科 学 ３ 微 Ｍ】 上 上
基于单片机和FPGA的低频数字相位测量仪研究
２１信 号 整 形 电路 的 设计 ． 由于输入信号幅值 、 频率都 是变化的， 以必须对信号进行整 所 形处理。 最简单 的信号整形 电路就 是一个单 门限 电压 比较器 。 当输 人为 正弦波时 ， 信号每过 一次零 ， 比较器的输出端会产生一次 电压 跳变 ， 由于它 的正 负幅值均受 到供 电电源 的限制 ， 但 因此输 出的 电 压波形是一 个具有正 负极 性的方波 ， 这样就 完成了 电压 波形的整 形。 但该整形 电路抗 干扰 能力 比较差 ， 会在信号过零点 时发生多次 触发的现象 ， 而影 ￣Ｆ Ｇ 从 Ｐ Ａ计数 ， 使单片机无法准确计算出数值 。 为避 免发生 干扰 ， 本系统使用两个引入正反馈网络 的施密特触发器 组成的整形 电路 ， 以有效地 提高抗干扰能力。 中为保证输入 电 可 其 路对相位 差测量结果不带来误差 ， 这里必须保 证两 个施密特触发器 的 门 限 电平 是 相 等 的Ｄ。 】 ２ Ｐ ． Ｆ ＧＡ数据 采 集 电路 的设 计 ２ ＦＧ Ｐ Ａ数据采集 电路测量正弦波信号频率的原理是 ： 在正弦波 信号整 形后得到 的方 波信 号的一个周 期内 ， 对周 期为Ｔ 秒的数据 ｃ 采样信号进行计 数， 将其计数结果 除以Ｔ ， 到的就 是被 测正 弦波 ｃ得 信号 的频率 ， 单位为Ｈｚ测量正 弦波信号周期的原理 是 ： 。 同样在整 形得 到的方波信 号的一个周期 内 ， 对周期为Ｔ 秒 的数据采样信号 ｃ 进行计数 ， 其计数结果乘以Ｔ ， 是被测正弦波信号 的周期 ， ｃ就 单位为 秒 。 Ｐ 数据 采集 电路的功能是实现将待测同频正弦波信号 的周 Ｆ ＧＡ 期、 相位差转变 为ｌ位的数字量 。 ９ 测量两个 同频正 弦波信号 的相位 差， 关键是要测 出两个同频信号起点之间的时间差 △ｔ则根据 △ ， △ｔ ６ 。 ｔ ×３０ ／ 即可求出相位差 △由， 因此测量正弦波信号相位差原 理与测量周 期的原理相似 。 根据 以上设计思想 ， Ｐ Ａ数据采集 电路 可设计成 时钟信号分 ＦＧ 频模 块Ｆ Ｑ， Ｐ 测量控制信号发生模块ＫＺ ＸＨ， 被测信号有 关时间检 测模块Ｓ Ｊ 数据 锁存 模块Ｓ Ｓ 和输出选择模 块Ｓ ＸＺ ＪＣ， ＪＣ Ｃ 五个模块 ，
应用8051单片机IP设计相位测量仪
应用8051单片机IP设计相位测量仪摘要:本设计应用SOPC和8051单片机IP技术,设计一个高精度的相位差测量仪。
通过在FPGA中嵌入8051单片机IP来取代单片机+FPGA方案中的实际的单片机,既节省了成本又充分利用FPGA内部资源。
关键词:相位测量仪SOPC 8051单片机IPAbstract:The design of Frequency Phase Measurement System is presented based on 8051 IP Core and FPGA.8051 IP Core,which embed in the FPGA,to replace the extra 8051 of the existing MCU+FPGA solution,saving the cost and make full use of FPGA internal resources.Key Words:Frequency Phase Measurement System;SOPC;8051 IP Core相位差测量技术发展至今已深入到电子技术、工业自动化、智能控制及通信等众多领域。
因此,设计一个高精度的相位差测量仪显得十分重要。
当前国内的一般的解决方案是单片机+FPGA方案,其中FPGA完成高速的脉冲计数功能,而单片机则进行脉冲计数后的有关计算和LCD显示等的控制。
此方案中的FPGA内部资源往往利用不足,造成比较大的浪费。
本设计应用SOPC和8051单片机IP技术,通过在FPGA中嵌入8051单片机IP来取代单片机+FPGA方案中的实际的单片机。
既少用一个实际的单片机又充分利用FPGA内部资源,大大节省了硬件的成本。
1 8051单片机IP核简介常见的8051单片机IP有开源免费的和工业级收费的两类,一般都具有以下特点。
脉宽测量模块用来测量占空比待测信号的高、低电平脉宽时间,用VHDL语言设计,由FPGA实现。
基于单片机的相位差在线检测
引言：在实际工作中，常常会遇到两列频率相同信号之间存在的相位差，那么就需要测量它们之间的相位差。
电力系统中的电网并网合闸时，需要两电网的电信号的相位相同，这时需要精确测量两列工频信号之间的相位差，相位差测量在工业自动化，智能控制、通讯及电子技术等许多领域有着广泛的应用。
随着计算机软硬件的日益发展。
在测试系统中，以数字信号处理为核心的软件法测量技术越来越多的得到广泛的用。
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信号的相位差。
相位测量的方法很多,典型的传统方法是通过显示器观测,这种方法误差较大,读数不方便。
为此,我们设计一种数字式工频电压相位差测量仪。
一． 系统功能的确定及概念1.1基本要求：⑴ 能够快速准确的测量出相位差； ⑵ 精度较高；⑶ 抗干扰能力强，不受被测信号幅值，频率的影响；⑷ 稳定性较高。
1.2 相位和相位差的概念相位和相位差是正相交流电的重要概念和技术参数。
但是相位也不只是正弦信号的“专利”，非正弦周期信号同样具有相位，因为任何一个非正弦周期信号均可以被分解为一系列频率与初相不同的正弦信号。
相位说明谐波振荡在某一瞬时的状态。
在数学上定义为正弦或余弦函数的幅角，其数学表达式为：)sin()(ϕω+=t A t v式中, ϕ是初始角，ϕω+t 就是相位角,通常称为相位。
ϕωϕ+=t t )(从式中可以看出相位是时间ｔ的线性函数。
令ϕ1(t)、ϕ2(t)表示角频率为1ω2ω 的两个简谐振荡的相位，则有：)()()()()()(21212121ϕϕωϕϕωωφφφ-+=-+-=-=t t t t t从式中可以看出相位角是时间ｔ的函数。
若ω1=ω2，即两个同频率的信号，则有：21)(ϕϕφ-=t显而易见,两个同频率的相位差为常数,由初始相位角之差确定。
相位差反映了若干个正弦量之间的相位关系。
同频正弦量的相位关系是：超前、滞后、同相、反相、正交。
当A 、B 两个频率相同的正弦信号电压波形同时增大，同时减小，同时为正半周，同时为负半周，同时达到正峰点，同时达到负峰点，这样的两种信号其相位相同，信号的相位差0 o ，称为同相信号。
基于AT89C51单片机等精度数字频率相位计的设计
农 ’ 机 使 用 与 维 修
２ １ 年第 ２期 ０ １
基 于 Ａ ８ 单 片 机 等 精 度 数 字 Ｔ９ ５ Ｃ１ 频率相位 计 的设计
辽 宁职 业 学 院
摘 要
张
博
等精度频率 、 相位数 字测量仪 采用 当今 电子设计 领域 流行 的 Ｅ Ａ技术 ， Ｆ Ｇ Ｄ 以 Ｐ Ａ为核 心 ， 配合 Ａ ８ Ｃ １ Ｔ ９ ５
时 间测量 、 度 测量 、 度 控 制 等 ， 涉 及 到 频 率 测 速 速 都
量。
相 位 的测量 在 实 际 中也 有 很 重 要 的 应 用 ， 比如
基于 红外定 位 技 术 的矿 井 提 升 机 位 置 跟 踪 系 统 ， 这 个 系统就 是通过 红外 线在 井 罐和 被测 点 反 射 的相 位
图 ４ 单 片 机 系统 原 理 图
晶振 电路 、 键 及 显 示接 口电路 等组 成 。其 原 理 图 按
如 图 ４所 示 。
２ ５ 数 据 显 示 电路 的设 计 ．
整个 系统 硬 件 电路 中 ， 片 机 与 Ｆ Ｇ 进 行 数 单 ＰＡ 据交 换 占用 了 Ｐ ０口 、 １口和 Ｐ Ｐ ３口 ， 因此 数 据 显 示
差来进 行定 位 的 ， 即在井罐 发 射一 组 连 续 红外 线 ， 并 接受 其反 射信 号 ， 过 发射 和反 射 信 号 的相 位 差 来 通 代替 时间 ， 而计 算 出距离 。 从
电子技 术在 不 断发 展 ， 之 相 关 的 测 量 仪 器 也 与
图 １ 测 量 频 率 、 位 系 统 总体 框 图 相
图 ７ 显 示 程 序 流 程 图
电路 的设计 采 用 静 态显 示 的方 式 ， 据 显 示 电路 如 数
单片机数字相位差计的设计
XXXXXX项目式教学设计报告课程名称：电路综合设计项目名称：单片机数字相位差计的设计专业班级：学生姓名：指导教师：开课时间：报告成绩：数字相位差计的设计与实现摘要随着数字电子技术的发展，由数字逻辑电路组成的控制系统逐渐成为现代检测技术中的主流，数字测量系统也在工业中越来越受到人们的重视。
在实际工作中，常常需要测量两列频率相同的信号之间的相位差，来解决实践中出现的种种问题。
例如，电力系统中电网合闸时，要求两电网的电信号之间的相位相同，这时需要精确测量两列工频信号之间的相位差。
如果两列信号之间的相位差达不到相同，会出现很大的电网冲激电流，对供电系统产生巨大的破坏力，所以必须精确地测量出两列信号之间的相位差。
本设计由STC89C51构成的最小系统，通过外围扩展，精确测量工频电压的相位差，采用LCD1602显示相位差，功耗小，精确度高，稳定性能好，读数方便且不需要经常调试。
关键词：单片机、低频、相位差、LCD一、绪论 1.1课题的意义众所周知，相位是交变信号的三要素之一，而相位差则是研究两个相同频率交流信号之间关系的重要参数。
相位差的测量是电气测量的一项基本内容，其含义为测量两个同频率周期信号的相位差值。
例如某一电路系统输入信号与输出信号之间的相位差，三相交流电两个相电压或两个线电压之间的相位差，相电压与相电流之间的相位差等。
又如，在自动控制理论中，系统的相频特性为在不同频率正弦信号作用下，系统的输出信号与输入信号之间的相位和频率的函数关系。
此外，同频率正弦信号的相位差测量在工业自动化、智能控制及通讯电子等许多领域都有着广泛的应用。
如电工领域中的电机功角测试，等等。
因此相位差的测量是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。
1.2课题要求本设计研究了一种可测20Hz-20kHz 内波形（正弦波、三角波、矩形波）数字相位差测量仪的设计方法。
主要内容是以STC89C51为控制核心，实现对音频范围内的正弦交流信号的相位的测量，可测的信号相位差在0～360︒度范围内，测量精度可达0.1︒。
基于单片机的相位差的测试仪的研究
基于单片机的相位差测试仪的研究摘要提出了一种基于8051 单片机开发的低频数字相位差测量仪的设计。
系统以单片机8051 及计数器，显示管为核心, 构成完备的测量系统。
可以对1Hz～1000Hz 频率范围的信号进行频率、相位等参数的精确测量, 测相绝对误差不大于1°采用数码管显示被测信号的频率、相位差。
硬件结构简单, 程序简单可读写性强,软件采用汇编语言实现, 效率高。
与传统的电路系统相比, 其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。
关键词: 相位差；单片机；计数器；数码显示管Designs of Low frequency Digital Phase Measurement Based on Single ChipAbstractA new kind of low - frequency digital phase measurement instrument is residented which is based on 8051.This is a complete system whose core is based on single chip 8051 and arithmometer and charactron. It may measure the frequency and phase of the signal which begin from 1 Hz to 1000Hz, absolute error is not more than 1° The data are displayed on numeral displayer. Hardware structure is simple and software is realized by compiling language. Compared with traditional circuit, it has many advantages of faster processing speed, good stability and high ratio between property and price.Keyword: phase difference；single-chip computer；. Arithmometer；charactron tube目录第一章绪论 (4)1.1背景介绍 (4)1.2本设计的内容要求及方法 (4)第二章小信号处理的构成及基本原理 (5)2.1 信号处理模块 (5)2.2.1数字式相位测量仪 (5)2.2.2.移相网络 (6)2.2.3信号发生器 (7)2.3方案细化 (8)2.3.1、数字式相位测量仪 (8)2.3.2信号发生器 (10)2.4原理图分析及各参数设置 (11)第三章计数部分的构成和原理 (12)3.1测相部分 (12)3.1.1测相原理 (12)3.1.2电路结构 (12)3.2测频部分 (13)3.2.1测频原理 (13)3.2.2电路结构 (13)3.3程序编写 (17)3.4输出显示部分 (19)第四章模拟仿真及结论 (21)4.1仿真工具的选择 (21)4.2电路仿真操作步骤 (21)4.3仿真波形分析 (22)第五章原理误差分析245.1小信号部分的误差 (24)5.2频率测量模块的误差 (24)5.3相位测量模块的误差 (25)附录 (26)设计回顾，收获及心得体会 (39)感谢辞 (40)参考文献 (41)第一章绪论1.1背景介绍在实际工作中，经常会遇到需要检测两个信号之间的相位差，这也是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。
基于单片机和CPLD的数字相位测量仪设计
测 量输 入 与输 出信 号 问 的相 差 △ｐ以便 确 定 线性 控 制 的 范 围 。 （ ， 常用 到的 一 般 测
量 工具 ， 比如 在 电力 系统 中 电 网 并 网合 闸时 ， 求 两 电 网 的电 信 要
号 相 同 ， 就 要 求精 确 的 测 量 两工 频 信 号 之 间 的相 位 差 。 有 测 这 还
形， 电路 图如 图 ２所 示 。 密 特触 发 器 在单 门限 电压 比较 器 的基 施
础 上 加 入 了 正反 馈 网 络 ， 以 有 效提 高抗 干 扰 能 力 ， 而 避 免 信 可 从
的 相位 。通 常所 谓 相 位 测量 是 指 对 两 个 同 频 率 信号 之 间 相 位 差
的 测量 。相 位 的 测 量很 重 要 ， 测 某元 件 的阻 抗 Ｚ 厶 因 此 如 ＝ ，
姚 晖 李 伟 季上 满 沈科杰 胡 娅 （ 浙江理工大学信息电子学院， 浙江 杭州 ３０ １ ） １０ ８
摘 要
介 绍 了数 字 式低 频 相 位 测量 仪 的 组成 、 作原 理 ， 出 了一 种基 于单 片机 和 可编 程 逻辑 器件 的 低频 数 字相 位 测 量 仪 的 工 提 设 计 方 案。 系统 以 Ａ ８ Ｃ ２单 片机 小 系统 及 Ａｌ ｒ 司 的 Ｅ Ｍ７ ２ Ｓ Ｃ８ — ５ Ｃ Ｌ 为核 心 ， 频 率 为 ２ Ｈ Ｔ９ ５ ｔ ａ公 ｅ Ｐ １８ Ｌ ４ １ Ｐ Ｄ 对 ０ ｚ到 ２ ｋ ｚ ０Ｈ 的 正 弦 波信 号 实现 精 确 测 频 、 相 ， 用 以 ８ ７ 测 并 ２ ９为 核 心 的键 盘 显 示 电路 给 以显 示 。 对 测 周 误 差进 行 了改进 分 析 。 设 计 还 该
Ｋｅ ｗｏｒｓ： ａ ｅ ｍ ｅ ｓ ｅ， ｙ ｄ ｐｈ ｓ ａ ｕｒ ＭＣＵ， ＣＰＬ ｆ Ｄ，ｅｑｕ ｎｃ ，ｒｏｒ ｒ ｅ ｙｅ ｒ
基于单片机和CPLD的数字相位测量仪设计
《工业控制计算机》2010年23卷第1期正弦信号υ（t）＝υm cos（ωt＋φ）有三个要素：振幅、角频率和初相位。
正弦信号经过不同的时间或不同的网络后可以有不同的相位。
通常所谓相位测量是指对两个同频率信号之间相位差的测量。
相位的测量很重要，如测某元件的阻抗Z＝UI∠φ，因此要知道复阻抗就要知道电压与电流间的相位差φ。
另外在间接调频电路中，利用电压控制谐振电路的中心频率，从而使载波的相位φ产生漂移Δφ，即频率随控制电压改变。
在这种调频电路中要确定控制电压与相移Δφ间线性变换的范围，因而就需要测量输入与输出信号间的相差Δφ，以便确定线性控制的范围。
低频数字式相位测试仪在工业领域中是经常用到的一般测量工具，比如在电力系统中电网并网合闸时，要求两电网的电信号相同，这就要求精确的测量两工频信号之间的相位差。
还有测量两列同频信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具有重要意义。
近年来，随着科学技术的迅速发展，很多测量仪逐渐向“智能仪器”和“自动测试系统”发展，这使得仪器的使用比较简单，功能越来越多。
1系统组成系统主要包括整形电路，以CPLD为核心的频率、相位差测量电路，以单片机为核心的计算、控制电路以及以8279为核心的键盘显示电路组成。
系统的结构原理图如图1所示。
图1低频数字相位测量仪结构图1．1整形电路整形电路主要用于将两路具有相位差的正弦波都整形成方波，以便让CPLD可以对其进行计数、测频。
本系统中我们使用两个施密特触发器对两路信号进行整形，电路图如图2所示。
施密特触发器在单门限电压比较器的基础上加入了正反馈网络，可以有效提高抗干扰能力，从而避免信号在过零点时多次触发的现象。
另外，为了保证输入电路对相位差测量不带来误差，必须使两个施密特触发器的门限电平相等。
图2施密特整形电路1．2频率、相位差测量电路本系统主要采用测周期的方法来测量信号的频率。
首先，将整形后的信号进行二分频，那么二分频后信号的高电平宽度正好对应于原信号的周期T。
模电课程设计——数字式相位差测量仪
模电课程设计——数字式相位差测量仪小组成员：韦岸（组长）袁剑波农志兴杨勰一．数字式相位差测量仪的概念数字式相位差测量仪是利用MAX7219外界微处理器实现数码显示。
当两列同频率信号经过整形电路比较电路后，输出两列方波，然后通过微处理器对其进行处理，计算出两列信号的相位差，再向显示控制器下达显示指令，产生使LED显示器显示数码的电平，达到利用数码管显示相位差的效果。
这里，采用单片机的计数功能对输入脉冲进行计数，使计数器仪在两信号的相位差期间计数。
其功能，先将计数器进行清零，接下来检测输入的脉冲的上升沿，若上升沿到，则计数器开始工作，当下一个新号的上升沿到来的时候，计数器便停止计数，将计数器的结果送入锁存器进行锁存，再对计数器进行清零，这样，可是使计数器在下一次能正常工作。
该电路必须加计数锁存器，否则显示器上的数字会随计数器的状态而变化，所以要想稳定地显示测量结果，计数器的计数结果必须经锁存器锁存。
二．原理框图的构建相位差测量仪的原理框图，分辨率为1度。
基准信号（相位基准）f 经放大整形后加到锁相环的输入端，在锁相环的反馈环路中设置一个N=360 的分频器，使锁相环的输出信号频率为360f，但相位与f 相同，这个输出信号被用作计数器的计数时钟。
被测信号f s经过放大整形再2分频后得到f s/2与f/2送入由异或门组成的相位比较电路，其输出脉冲A的脉宽tp反映了两列信号的相位差：利用这个信号作为计数器的阀门控制信号，使计数器仅在f与f s的相位差tp内计数，这样计数器记得的数即为f与f s之间的相位差。
由于计数器时钟频率为360f，因此，一个计数脉冲对应1度。
计数的值经锁存译码后通过LED数码管显示。
D触发器用于判断f与f s的相位关系，当Q为1时，f超前于f s，相位取正值，符号位数码管显示全黑：当Q为0为0时，f滞后于f s，相位取负值。
原理框图三.电路原理图四.使用元件原理介绍（1）放大电路本设计采用的是LM324运算放大器，如下图：通过使用LM324运放器，我们可以使正弦波转变为方波。
基于单片机的相位差在线检测
引言：在实际工作中, 经常会遇到需要检测两个信号的相位差, 这也是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。
传统的测量方法有很多, 如示波器测量法、转化为时间间隔法、零示法等。
随着集成电路技术的发展、单片机的普及, 用单片机组成的相位差测量电路具有精度高、速度快、成本低的优点, 日益受到人们的重视。
本相位差测量方法充分利用MCS -51 系列单片机内部精确的时钟源及校正电路, 能进行在线检测、显示,大大提高了相位差的测试精度和速度。
设计目的：使用单片机组建相位差检测系统, 利用单片机内部时钟及定时/ 计数器, 能够对被测信号的相位差进行精确、快速的测定, 可广泛应用于各种实时系统之中。
1． 系统功能的确定基本要求：⑴ 能够快速准确的测量出相位差； ⑵ 精度较高；⑶ 抗干扰能力强，不受被测信号幅值，频率的影响； ⑷ 稳定性较高。
2． 方案论证2．1方案一基于异或门的测量方法两路同频信号经过零比较后，得到两路同周期的方波。
该两方波经异或后得到的脉冲宽度与信号周期的比值（占空比）即对应为两信号的相位差，这里的异或门相当于鉴相器。
对脉宽信号的处理有以下两种方法。
<1> 电压测量法；<2>数字计数法。
2．2方案二基于函数计算的测量方法 我们先从数学理论上计算相位差，假设信号A 为)cos(1αω+=t A S A ，信号B 为)cos(2αω+=t B S B 。
），其中A,B 分别为信号A 和信号B 的幅度, ω为角频率，1α,2α为信号A和信号B 的初相位,两信号相乘可得[])cos()2cos(2)cos()cos(212121ααααωαωαω-+++=++=t ABt t AB S S B A 式中21ααα-=为所求相位差。
把乘法运算结果中的二次谐波滤除，只剩下直流分量，设结果为M,可得到)2arccos(21ABM=-=ααα 此式是从理论上分析求出的相位差，而实际上输入的信号A 和信号B 都是带有各种谐波干扰的。
用单片机测量相位差的新方法
3
误差分析
影响该相位差测量精度的主要因素有 : ①运算放大器的偏移电压和偏移电流引起的误
差 : 经计算这两项误差之和不超过 0. 5 % 。 ② DAC 和计数器的量化误差 : 该误差之和不超过
0. 8 % 。
③ 模拟开关的断开电阻不为无穷大引起的误差 : Ω 以上 ,该误差不超过 0. 5 % 。 典型的断开电阻在 1M
θ
( 7)
θ= M1 π/ ( 2 n - 1) 计数值 M1 输入 AT89C52CPU , 经计算处理输出两 信号的相位差 , 并送显示电路显示 。可见 : 两信号的相 位差只与计数值及数模转换器 DAC 的位数有关 , 而与 时钟频率 、 信号频率无关 。 测量原理与双斜式模数转换 器 ADC 的转换原理类似 ,精确度可达 0. 01 % 。
M 为 tr 或 tf 内的计数值 , T 为信
图1 过零比较法
号频率 该法不仅与信号频率 、 时钟频率有关 , 而且易受元 件性能影响 , 当过零不稳时 , 上升沿或下降沿的时间差 并不能反映信号的真实相位差 ,见图 1 ( e) 。 而信号中点 的时间差 Δt (Δt = 位差
3 3 3
[2 ]
・ 30 ・( 总 344)
用单片机测量相位差的新方法
2000 年
用单片机测量相位差的新方法
A Ne w Wa y to Measure Phase Difference with Single - Chip Computer
史健芳
( 太原理工大学
太原
030024)
【摘
要】 介绍了利用 AT89C52 单片机测量两正弦信号相位差的测量原理 、电路组成 , 并分析了引起误差的原
方法来测量信号的相位差 。测量原理电路如图 2 所 示。 电路由 AT89C52CPU、 比较器 、 计数器 、 DAC 转换 器、 积分器等组成 , 正弦信号 x1 、x2 经比较器转换为方 波信号 m1 、 m2 , 经异或门输出两信号的上升沿及下降 沿的时间差 tr 及 tf , m1 信号经二分频电路输出 m4 信 号 ,工作波形如图 3 ( a) ～ (f) 。