单片机一种测量相位差的新方法
相位测量方案
相位测量仪方案方案一：单周波计数法。
将有相位差的两路方波信号进行”异或”后作为闸门，在高电平时，利用外部高频信号进行计数，在下降沿将数据读出，低电平时对计数器清零。
设晶振频率为f c ，测得信号的频率为f r ，计数值为N ，则相位差phase 为o crN f f phase 180⨯⨯=方案二：定时间计数。
将高频时钟信号和两路信号异或得到的信号进行“与”，在设定时间s 内利用其上跳变沿计数，设高频时钟频率为f c ，计数值为N ，则o csf Nphase 180⨯=方案三：多周期同步计数法。
设被测信号的频率为f ，则将一被测信号进行f 1倍（f 取整）分频，则在f 1周期内(保证测量时间在1s 左右)，被测信号异或与参考高频信号相与的信号singal1的计数为N 1,同时期参考高频信号的计数为N ，则o NN phase 1801⨯=以上三种方案都可以采用一个D 触发器将相位测量的相位扩展到o 0-o 360。
方案一需高速时钟，按题目要求，在20kHz 信号时的相位差分辨率为0.1o ，则要求时钟最少为72MHz ，实现困难。
而方案二测量时间段一定，存在遗漏0~1个周波的情况，从而引入较大的误差。
方案三的读数与异或得到的信号同步，不存在遗漏问题，误差很小，故采用此方案。
相位测量方案方案一：采用脉冲填充计数法。
将正弦波信号整成方波信号，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。
方案二：鉴相部分同方案一，将两路方波信号异或后与晶振的基准频率进行与操作，得到一系列的高频窄脉冲序列。
通过两片计数器同时对该脉冲序列以及基准源脉冲序列进行计数，一路方波信号送入单片机外部中断口，作为控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。
单片机测量方波的频率、占空比及相位差的方法
单片机测量方波的频率、占空比及相位差的方法单片机测量方波的频率、占空比及相位差的方法1、频率及占空比的测量如上图所示，当脉冲的上升沿来临时，将定时器打开；紧接着的下降沿来临时，读取定时器的值，假设定时时间为t1；下一个上升沿来临时关闭定时器，读取定时器的值，假设定时时间为t2。
t1即为1个周期内高电平的时间，t2即为脉冲的周期。
t1/t2即为占空比，1/t2即为频率。
C 语言程序如下：TH0=0; //定时器高位，初值设为0TL0=0; //定时器低位，初值设为0T0_num=0; //定时器溢出次数，初值设为0while(pulse); //pulse 为脉冲的输入引脚while(!pulse); //等待上升沿来临TR0=1; //打开定时器while(pusl1); //等待下降沿来临th1=TH0;tl1=TL0;num1=T0_num; //保存定时器值while(!pusl1); //等待上升沿来临TR0=0; //关闭定时器th2=TH0;tl2=TL0;num2=T0_num; //保存定时器值上升沿打开定时器下降沿读取定时器值并保存下一个上升沿关闭定时器，读取定时器值并保存2、相位差的测量测量相位差的电路如上所示，待测量的两路脉冲分别作为两个D 触发器的时钟输入，两个D触发器的输入端D及S端都接高电平，第一个D触发器的输出接第二个D触发器的R端，第二个D触发器的互补输出端接第一个D触发器的R端。
从下面的波形图可以看出，第一个D触发器输出的脉冲信号的占空比乘以2π即为相位差。
这样就将测量两路方波信号的相位差转化为测量一路方波信号的占空比，就可以按照前面介绍的测量占空比的方法来测量了。
黄色的波形为脉冲1，蓝色的波形为脉冲2，红色的波形为相位差。
通过利用C8051F020单片机实现立体声信号相位差电平差测试仪的设计
通过利用C8051F020单片机实现立体声信号相位差电平差测试仪的设计将LR立体声信号经频谱分析、整形及占空比检测电路进行处理，采用过零鉴相法，通过测矩形波占空比，实现相位差的测试。
将LR信号用AD736专用芯片实现AC/DC转换，通过单片机编程，得到LR电平差。
在立体声播音或放音时，如果左右声道信号存在相位差和电平差，对播音或放音质量将会产生一定影响，出现声像漂移、音量减小、噪音增大和失真等故障现象。
左右声道相位差电平差越大，音质也越差，严重时还会造成无音故障。
为此文中设计了立体声信号相位差电平差测试仪，只有准确测出相位差电平差，再用补偿电路进行修正，才能保证播音或放音质量，更好地满足人们欣赏到音质优美的广播或音乐的需要。
1 设计方案
如图1所示，是立体声信号相位差电平差测试仪原理方框图。
提出了一种立体声信号相位差电平差测试仪的设计方法。
用C8051F020单片机为控制核心，主要由相位差检测模块、电平差检测模块、频谱分析及处理模块、电源模块、键盘和显示模块组成。
将LR立体声信号经频谱分析、整形及占空比检测电路进行处理，采用过零鉴相法，通过测矩形波占空比，实现相位差的测试。
将LR信号分别用AD736专用芯片实现AC/DC转换，通过单片机编程，得到LR电平差。
整个系统用单片机控制，键盘操作，用LCD显示相位差电平差及相关信息。
2 系统硬件设计
2.1 相位差检测模块
2.1.1 方框图和电路原理图
如图2所示，是相位差检测模块原理方框图。
如图3所示，是相位差检测模块电路原理。
相位差检测模块由电压比较器、与门、放大器、占空比检测电路和仪器放大器组成。
如图。
基于单片机的相位差测量系统的设计
基于单片机的相位差测量系统的设计
荣雪琴
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2010(000)010
【摘要】从硬件电路和软件设计两方面介绍了一种以单片机为主控器件的相住差测量系统的设计方案,此系统可用于两个同频率的正弦信号的相位差测量,并具有硬件电路简单、测量精度高、显示直观等优点.有一定的使用价值.
【总页数】3页(P85-86,89)
【作者】荣雪琴
【作者单位】苏州大学,电子信息学院,江苏,苏州,215104;苏州工业职业技术学院,电子工程系,江苏,苏州,215104
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于单片机的高精度相位差测量系统 [J], 陈众起
2.基于AD8302的相位差测量系统的改进和设计 [J], 刘文豹;彭浩
3.基于相位差法海水声速测量系统设计 [J], 吴黎杰;蒋志迪;张晴月
4.基于谐波理论和Cotex-M3的数字式相位差测量系统设计 [J], 孔喜梅
5.基于边沿处理的相位差测量系统设计 [J], 唐军
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基于MCS_51单片机的高精度数字测相方法
2005年8月重庆大学学报(自然科学版)Aug.2005 第28卷第8期Journal of Chongqing University (N t ur l Science Edition )Vol.28 No.8 文章编号:1000-582X (2005)08-0028-03基于MCS -51单片机的高精度数字测相方法3姜玉宏1,颜 华2,苏政华1,甘 明1(解放军后勤工程学院1.信息工程系;2.基础部,重庆 400016)摘 要:相位是周期信号的一种重要的波形参数.利用MCS -51单片机与外部电路相结合,充分利用其片内资源,采用过零鉴相法,高频脉冲填充计数,多周期等精度测量方法,实现了相位差的高精度测量.着重介绍了系统原理及硬软件实现方法.关键词:单片机;测相仪;相位差;测量 中图分类号:TM933.312文献标识码:A 在生产和研究中,相位的测量通常是一个很重要的内容.传统的测相仪一般采用数字相关法:即通过A/D 转换器采集待测信号送入单片机进行数字处理,由高精度的数字离散计算得到相位差结果.该测量方法对超低频信号有很高的精度,但在高频段误差较大.且其测量范围和精度受到A/D 芯片的限制,测量相位差的误差与取样点和A/D 转换器的位数和速度有关.文中所论述的数字测相仪利用MCS -51单片机与外部电路相结合,充分利用其片内资源,采用过零鉴相法,高频脉冲填充读数,多周期等精度测量方法,实现了相位差的高精度测量.1 系统原理分析系统框图如图1所示:图1 系统总框图两待测信号U 1(t )、U 2(t )经整形为方波,方波的上升沿和下降沿分别与待测信号的正负过零点相对应,经鉴相器鉴相后输出为矩形脉冲,其宽度ΔN 与相位φ成正比例.为实现相位差的高精度测量,通过同步门控制使测量信号的宽度为输入信号的整数倍,实现多周期同步等精度测量[1-3].24M Hz 的高频脉冲经闸门控制填充多周期的矩形脉冲,经分频后送单片机读数(信号示意图如图2所示).如果设高频填充脉冲频率为f x ,其周期T x =1/f x ;被测信号频率为f c ,被测信号的周期为T ,N 个周期中计得调频脉冲数为n ,则相位差为:φ=ΔT/T ×360°=n/N ×f c /f x ×360°,式中:ΔT 为相位差的脉宽.MCS -51单片机内有2个16位定时计数器T 0、T 1,2个外部中断源IN T0、IN T1.将T 0设置为16位读数器,对调频填充脉冲n 值读数,T 1设置为工作方式1,定时100ms (单片机晶振为6M Hz ),并完成Δt 的测量.IN T0中断对被测信号周期N 计数.由于受单片机外部计数脉冲频率小于f o sc /24(f o sc =6M Hz )=0.25M Hz 的局限,T 0需与外部计数器结合,分频电路选用两片2-8-16进制计数器SN74197,最高工作频率可达100M Hz ,分频系数为256.利用同步等精度测量产生的最大计数误差为±1个计数脉冲,即n =1,此时产生的绝对误差Δφ=360°×ΔT/T ,在填充脉冲为24M Hz 时,ΔT =1/24000000=0.0417μs ,输入信号为上限频率20k Hz 时,T =1/20000=50μs ,当输入信号为下限频率20Hz 时,T =1/20=50000μs ,则上限时Δφmax =360°×0.0417/50=0.3°,下限Δφmin =360°×0.0417/50000=0.0003°.3收稿日期:2005-04-23基金项目:国家自然科学基金资助项目(70102008)作者简介:姜玉宏(1972-),女,四川自贡人,后勤工程学院讲师,硕士,主要从事测控与仪表方面的研究.图2 测相原理信号示意图2 系统硬件实现整形电路(图3)由AD620和L M339组成,AD620是一个高性能仪用放大器,它只须外接一个电阻,即可实现增益在1～1000内调节.当增益为1时,不需外接电阻,且其阻抗可达到10M Ω.用AD620可实现对弱小信号的放大整形.L M339比较器组成施密特电压比较器,用于检测信号过0点,将正弦波整形为方波[4].鉴相器(图4)由一片74L S74双D 触发器组成,线性度好,工作范围为0～359.999°.图3 整形电路图图4 鉴相电路外部计数器(图5)采用两片2-8-16进制计数器SN74197,分频系数选256.当为上限频率,相位最大时,分频后进入单片机的频率小于2.4M Hz/256=9.3k Hz ,满足单片机外部计数脉冲小于250k Hz 的条件.显示器用6位L ED 数码管静态显示,定时刷新,用6片串入并出的移位寄存器74L S161驱动.3 系统软件实现系统软件的主要任务是:预置闸门(P1.7)、对填充脉冲和多周期个数计数、对f x 等精度测量、高精度运算、显示测量结果等功能.为实现等精度测量,需设图5 外部分频电路立两个标志位20H 、21H ,用以判断计数单元是否为0、定时100ms 时间到标志位.多周期个数计数单元为31H (高位)、30H (低位).单片机P0口用于读取外部计数器数值[5-6].系统流程图如图6-8所示.1)初始化.初始化完成T 0、T 1工作方式的设置、T 1初始值的装入、中断优先级(中断1>中断0)定义、标志位、读数单元、外部计数器清零、清同步预置门(P1.7=0).2)主程序.主程序中开预置门、开外部中断0、读取计数值、完成相位差的计算、送显示等功能.3)中断程序.外部中断0用于对多周期计数、开启、关闭定时计数器、关预置门、开外部中断1、置计数单元为0,标志位为1.外部中断1中再次启动T 1,用于计取Δt 、关中断1、置定时到标志位为1.图6 主程序流程图图7 外部中断0程序流程图92第28卷第8期 姜玉宏,等: 基于MCS -51单片机的高精度数字测相方法图8 外部中断1程序流程图4 实验结果及结论为了验证上述分析的正确性,笔者进行了实验.用函数发生器输出频率f 0在20Hz ～20k Hz 范围变化,对幅值V P 可调的正弦信号,自选几个测量点,先用标准数字相位仪,测出基准相位差φx .再将该信号送入制作的数字相位测量仪,测出相位差φ′x ,计算出绝对误差Δφ.实验结果如表1所示.表1 信号发生器输出参数和数字相位仪测量值对比表信号发生器输出参数V P /Vf 0/Hzφx数字相位仪测量值φ′xΔφ0.32040.01539.7840.2311.050026.38426.5570.1732.81200214.664214.7530.08942000320.005319.9880.0174.51000032.20632.2050.00152000045.10445.1040.000 通过理论分析和实验可以看出,该数字相位仪采用MCS -51单片机为微处理器进行相位测量,结构简单,性能可靠,可达到理想的测量效果,其性能指标如下:1)频率范围为20Hz ～20k Hz ;2)幅度为300mV ～5V ;3)绝对误差0.0003～0.3°;4)输入阻抗达10M Ω;5)分辨率0.001°;6)只需在软件上稍作补充,即可实现频率和周期的测量.参考文献:[1] 廖常初,唐昆明.微机相位差测量方法与提高测量精度的措施[J ].自动化与仪器仪表,1995,(4):41-42,46.[2] 操长茂,秦工.数字式相位差测量仪[J ].仪表技术,2003,(2):18-19.[3] 潘洪明,邹立华,方燕红.同频正弦信号间相位差测量的设计[J ].测控技术与设备,2003,29(3):41-42.[4] 刘灿涛,赵伟,袁俊.基于数字相关原理的相位差测量新方法[J ].计量学报,2002,23(3):219-223.[5] 何立明.单片机高级教程(应用与设计)[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2000.[6] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M ].北京:清华大学出版社,1996.Method of High Accuracy Phase Measurement B asedon the MCS 251Single 2chip ComputerJ I ANG Y u 2hong 1,Y AN Hua 2,SU Zheng 2hua 1,G AN Ming 1(1.Depart ment of Information Engineering ;2.Depart ment of Foundation ,Logistical Engineering U niversity ,Chongqing 400016,China )Abstract :Phase is a kind of important wave parameter of periodical signal.Making use of t he combination of MCS 251single 2chip comp uter and external circuit and using it s flat resource f ully ,t his paper has realized t he high accuracy measure of p hase difference by using t he precision measurement technique such as over zero ap 2praisal p hase met hod ,fill co unt by t he p ulse of high f requency and multiperiods etc.It also introducs systemat 2ic p rinciple and t he realization met hod of hardware and software emp hatically.K ey w ords :single 2chip comp uter ;measuring p hase inst rument ;p hase difference ;measure(编辑 刘道芬)03重庆大学学报(自然科学版) 2005年。
单片机一种测量相位差的新方法
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直接测得的是时间 ! 相位差角要由这一中间结果与
!
引言
正弦交流电信号相位差的测量可以采用多种
信号的周期运算后才能得到 ! 所以周期的测量不可 缺少 ! 其测量精度也将影响相位差角的精度 $ 在此 比较直接的数字式测量方法是在已知信 号周期的前提下用定时的方法测得相位差角对应 的时间 ! 然后根据已知的周期将其换算成相位差角 度 $ 但是 ! 这种方法的测量精度依赖于定时器的精 度和分辨率 $ 在信号频率较高或频率虽不甚高但相 位差角较小时 ! 都可能出现较大的误差 $ 另外 ! 由于
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刘 杰 !王旭光 ! 赵永林
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单片机判断相序
单片机判断相序判断电源中的三相电流的相序对于电力系统的稳定运行非常重要。
在单片机中，可以通过测量电流的相位差和幅值等信息来判断三相电流的相序。
以下是一个简单的方法：1.测量相位差：•使用单片机的定时器来测量三个电流波形的相位差。
相位差是每个相电流波形的起始点之间的角度差。
可以使用定时器的输入捕获功能来记录每个相电流波形的上升沿或下降沿的时间戳。
2.计算相序：•根据相位差的大小和顺序，判断电流的相序。
具体的判断方法取决于系统的具体要求，但通常可以通过比较相邻相位差的大小来确定相序。
3.测量电流幅值：•可以通过使用电流传感器（例如霍尔效应传感器）来测量电流的幅值。
这有助于区分电流的正负方向，从而确定相序。
4.使用相序检测电路：•除了通过软件测量相位差和幅值外，还可以设计硬件电路用于检测相序。
这可能包括比较器、放大器等电路。
以下是一个简化的伪代码示例：// 伪代码示例，具体实现取决于使用的单片机和传感器// 定义变量uint32_t timestamp_A, timestamp_B, timestamp_C;double phase_difference_AB, phase_difference_BC,phase_difference_CA;// 获取时间戳timestamp_A = get_timestamp_phase_A();timestamp_B = get_timestamp_phase_B();timestamp_C = get_timestamp_phase_C();// 计算相位差phase_difference_AB = calculate_phase_difference(timestamp_A, timestamp_B);phase_difference_BC = calculate_phase_difference(timestamp_B, timestamp_C);phase_difference_CA = calculate_phase_difference(timestamp_C, timestamp_A);// 判断相序if (phase_difference_AB < phase_difference_BC &&phase_difference_BC < phase_difference_CA) {// 相序为ABC} else if (phase_difference_AB > phase_difference_BC &&phase_difference_BC > phase_difference_CA) {// 相序为CBA} else {// 相序不确定或异常}请注意，实际的单片机程序需要根据具体的硬件和系统要求进行更详细的实现。
一种基于ARM Cortex微控制器的相位差检测方法
第9卷 第5期 信 息 与 电 子 工 程 Vo1．9，No．52011年10月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Oct．，2011 文章编号：1672-2892(2011)05-0600-04一种基于ARM Cortex 微控制器的相位差检测方法刘世国，彭春荣(中国科学院电子学研究所 传感技术国家重点实验室北方基地，北京 100190)摘 要：针对周期信号之间的小相位差难以检测的问题，提出了一种基于ARM Cortex 高性能微控制器，采用相位差放大处理技术的相位差检测方法，先使用放大器和比较器对初始信号进行处理，产生3个方波信号，然后利用ARM Cortex 处理器I/O 口的中断功能来检测相位差。
根据本方法进行了系统的软件、硬件设计和实际信号测试，测试结果表明：信号在1 kHz 时不确定度能达到2%。
关键词：相位差；ARM Cortex 处理器；微控制器；中断中图分类号：TN919.5；TP273 文献标识码：APhase difference measurement based on ARM cortex MCULIU Shi -guo，PENG Chun -rong(State Key Lab of Transducer Technology，Institute of Electronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)Abstract: This paper presents a phase difference measurement method of two sine signals based onAdvanced RSIC Machines(ARM) Cortex Micro Control Unit(MCU). This measurement method firstlymagnifies the phase difference，then it uses the interrupt function I/O port of ARM MCU to detect thephase difference. The hardware and software of the detecting system are designed and tested. Theprecision of measurement reaches 2% when the frequency of input signals is 1kHz during testing.Key words: phase difference；Advanced RSIC Machines；Micro Control Unit；interrupt相位差的测量常应用在通信、仪器仪表设计、工业生产等诸多领域[1]，它像电压和电流一样是一种非常重要的信号量，但对它的测量相比电压、电流等物理量要复杂些，目前主要有两类检测方法：时域法和频域法。
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。
基于单片机的相位测量仪设计制作 毕业设计
基于单片机的相位测量仪设计制作摘要本次设计提出了一种基于8051 单片机开发的相位差测量仪的设计，系统以单片机8051 及计数器为核心, 构成完备的测量系统。
系统可以对20Hz～ 20kHz 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°。
系统采用液晶1602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C语言实现。
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。
关键字：单片机相位差测量 1602The design and implementation of intelligent chargerABSTRACTIn our daily life, mobile phone has become more and more important. We often need to use a mobile phone, phone calls, text messaging, surfing the Internet, watching movies, listening to music, play games, and so on. With large screen and high frequency mobile phone, lithium ion battery becomes more important, the lithium ion battery charger also brought to the attention of the consumers.This product adopts the li-ion battery charger IC MAX1898, through STC89C52RC control can realize prefi lled, fast charging, and constant voltage charge. By setting the other can easily change the charging time, etc., you can also monitor the charging process of each state, as well as the use of 1602 convenient displays information about the charging current. This design implements the circuit is simple, low cost, and charge effect is very good, including the high security, short time-consuming, small damage to the battery, and meet the requirements of general users.Key words: single chip MAX1898 1602目录摘要............................................................................. ABSTRACT ........................................................................... 目录.............................................................................1 绪论 (1)2 设计原理与方案论证 (1)2.1设计要求 (1)2.2方案论证 (2)2.2.1控制部分的方案选择和论证 (2)2.2.2显示模块的选择方案和论证 (2)2.2.3相位测量方案选择和论证 (3)2.3相位差测量原理论证 (3)3 系统硬件电路设计 (3)3.1各单元模块功能分析及模块电路设计 (5)3.1.1 单片机控制模块 (5)3.1.2稳压电路设计 (1)3.1.3相位差测量模块 (2)3.1.4显示模块 (4)4 软件部分设计 (7)4.1C语言的简介 (7)4.2系统软件设计思想 (7)5 仿真调试及结果 (9)5.1硬件的调试 (10)5.2软件调试 (11)5.3P ROTEUS中仿真图的绘制与调试 (11)5.3.1仿真图的绘制 (11)5.3.2仿真结果 (15)5.4设计结果及总结 (15)5.4.1设计结果 (15)5.4.2设计总结 (15)参考文献 (17)致谢 (19)附录 (20)1 绪论在电子测量技术中，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。
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。
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
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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) 。
基于单片机的相位差测量系统的设计
基于单片机的相位差测量系统的设计荣雪琴【摘要】从硬件电路和软件设计两方面介绍了一种以单片机为主控器件的相住差测量系统的设计方案,此系统可用于两个同频率的正弦信号的相位差测量,并具有硬件电路简单、测量精度高、显示直观等优点.有一定的使用价值.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2010(000)010【总页数】3页(P85-86,89)【关键词】信号检测;单片机;相位差测量【作者】荣雪琴【作者单位】苏州大学,电子信息学院,江苏,苏州,215104;苏州工业职业技术学院,电子工程系,江苏,苏州,215104【正文语种】中文【中图分类】TP273利用一些常用的仪器进行波形检测，往往只能测量波形的幅度、频率以及观察两个波形的相对位置，所测的相位差误差大，并且需要经过计算。
本文以单片机为核心，设计了一款相位差测量系统，其具有硬件电路简单、测量精度高、显示直观等优点，有一定的使用价值。
1 系统设计方案系统的总体设计框图如图1所示，主要由信号检测电路、单片机AT89C51和LED 数码管显示等3部分电路组成。
信号检测电路，完成对两个正弦波信号的周期T和时间差Δt的检测；单片机完成对信号检测的控制，把检测到的信号转换成相位差φ，并且转换成数码管所能显示的字型代码后，从单片机的串行口送出；显示电路，采用3片串并转换芯片74LS164进行输出端口的扩展，然后在74LS164的输出端各接一个数码管，用于显示相位差。
图1 系统框图2 硬件电路设计2.1 信号检测电路信号检测电路由1片双电压比较器LM393和2片双D触发器74LS74等组成（如图2所示），完成两个被测信号的时间差和周期的检测，在AT89C51单片机的控制下，可以实现准确的测量。
（1）零点的检测。
由LM393等电路组成的零点检测电路，分别用以检测A、C两点输入的两路交流信号的零点。
以两路正弦信号为例，在A、C两点输入两个正弦信号，当输入信号大于零时，分别在B、D两点输出高电平；当输入信号电压小于-5×（10K/330K）V时，分别在B、D两点输出低电平。
用单片机实现的简易相位计
用单片机实现的简易相位计
李秀人
【期刊名称】《沈阳航空工业学院学报》
【年(卷),期】1995(012)001
【摘要】本文介绍了用单片机实现高精度相位测量的原理和方法，并提出了软硬件的设计和要求。
【总页数】6页(P57-62)
【作者】李秀人
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.312
【相关文献】
1.基于51单片机简易数字频率计的设计与实现 [J], 赵银玲;
2.跟我学51单片机系列教程（九）——单片机简易频率计 [J], 赵亮
3.单片机从入门到精通系列讲座——单片机简易频率计 [J], 赵亮
4.用单片机实现的简易相位计 [J], 李秀人
5.基于单片机的简易数字相位计设计 [J], 孙英晖;曹丽剑;陈孝桢
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基于单片机的工频相位差测量仪
基于单片机的工频相位差测量仪
操长茂;肖运虹
【期刊名称】《计量技术》
【年(卷),期】2003(000)009
【摘要】本文介绍了一种基于单片机89C51的相位差测量仪的工作原理、硬件电路组成和软件实现.
【总页数】2页(P20-21)
【作者】操长茂;肖运虹
【作者单位】江汉大学物理与信息工程学院,武汉430056;江汉大学物理与信息工程学院,武汉430056
【正文语种】中文
【中图分类】TM93
【相关文献】
1.基于锁相环的工频相位差测量仪的设计和实现
2.基于相位差法的快速工频频率校正的研究
3.一种工频相位差测量仪的设计
4.基于单片机的数字相位差测量仪
5.数字式工频电压相位差测量仪的设计
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/>:$ %& 对应相位差角为 />.?/@$!相应的输出频率 是 />; 0)5% 不难看出 ! 相位差角每变化 .@ !频率随 之 变 化 7’A’? )5 ! 或 者 说 ! 频 率 输 出 的 每 一 个 脉 冲 对应 /A/9B@ 相位差角 % /A/9B@ 即为本测量电路的分
辨率 %
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结论
航空航空航天大学出版社 !#)))"
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自动化与仪表
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! ! " # 变换测量相位差角的工作原理
先将输入的两个同频率但存在着相位差的信 号进行整形 ! 使之变成方波 ! 如图 ! 示 " 和 # ! 再对
运 算’显 示 等 处 理 非 常 方 便!不 仅 可 以 大 大 地 简 化 硬件电路 ! 也有利于增加功能和提高精度 " 本电路 采用 *+$,% 单片机 ! 充 分 发 挥 其 定 时 ’ 计 数 ’ 中 断 ’ 并 行 输 出 等 资 源 的 效 用 !组 成 一 个 功 能 强 ’结 构 紧 凑 ’ 价格低廉的相位测量专用装置 " 由于单片机的 灵 活 性 !该 电 路 的 硬 件 稍 加 改 造 !就 可 以 增 加 频 率 测试功能 " 对于信号 " 与 # 之间的超前 & 滞后关系的判 断 ! 可以遵循以下原则 ( 由图 ! 可以看出 ! 如果方波
形电路连接 % 整形电路由电压比较器构成 ! 在此采 用 023!!% 该比较器可用4, 5 单电源供电 !可以简 化电路结构 ! 同时它的输出也更容易与后 面的逻辑电路连接 ! 另外 023!! 的转换 速度很快 ! 能够保证对信号整形的质量 % 值得注意的是 ! 输入的两路信号可能有公 共端 ! 但也可能不允 许 有 公 共 端 ! 而 两 路 整形电路共地 % 所以每一路的两个端子都 必须接耦合电容 ! 以免在输入信号在没有 公共端时经整形电路形成短路 % 另外 ! 在 整形电路 的 输 入 端 还 应 设 置 限 幅 电 路 以 保护电压比较器 %
4 " 即使对于 12 )5 的输入信号6 ! 是异或门输出脉 冲周期的 72 倍 ! 电容两端电压的波动已经很小了 " !"! ! " # 变换电路的设计 ! ’ # 变换电路采用 ! " # 变换芯片 8*991! 采用 该芯片的单:; % 电源供电的典型应用电路<7=" 采用
这种接法 ! 输入电压与输出频率成正比关系 " 输入 电压从 / 变到 ./ % !输出频率从 / 变到 ./ 0)5 " 本 电路的输入电压是滤波电路的输出 ! 其变化范围是
高 ’低 电 平 还 是 从 高 电 平 跳 变 到 低 电 平 !微 分 电 路 均不输出正脉冲 ! 锁存器处于保持状态 % 直到下一 次 " 的上跳锁存器的内容才得以刷新 % 输出端 . 的 状态随时可以被读取 !.’! 说明信号 " 超前于信号
#&.’/ 信号 " 滞后于信号 #%
和脉冲幅度有关 ! 与信号周期无关 % 通过一个 #$ 低通滤波器将 $ 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
% & ’ 变换输出信号后 ! 利用单片机进行定时 ’ 计数 ’
% 个 023!! 的 输 出 即 为 两 路 方 波 信
!"
!"#$%&’($) * +),’-"./)’0’($)
1223!3"
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号 ! 和 " ! 由于采用 #$ % 单电源供电 ! 这些信号可 以直接与逻辑异或门连接 !得 & 信号 " 态% 测量结果通过 8IJ 进行显示 ! 相位差角最大可 能为 .?/@6 而在角度较小时 6 为保证精度又应显示小 数位 % 本电路保留两位小数 % 因此 !完整地显示相位 差 需 要 B 位 8IJ ! 即 整 数 K 位 ’ 小 数 L 位 ’ 表 示 超 前 D 滞后的符号 . 位 " 每一个 8IJ 与一个锁存 D 驱动 电路相连接 ! 对应一个独立的 M D + 地址 !&GH 通过
机系统构成 ! 图 % 所示的电路为其主要外围电路 % 对于 % & ’ 输出 ") 信号的处理 ! 充分发挥 *+$,% 单 片机内部定时 ’ 计数及中断功能的作用 % 测量结果 由 *+$,% 经其并行口驱动 01- 显示 %
"#$
整形电路及信号 % 的形成 两路被测输入信号分别经耦合电容与两路整
" 上跳后 !$ 出现高电平 ! 则说明 " 超前于 #& 否则 ! 如果 " 上跳后 $ 出现低电平 ! 则是 " 滞后于 # % 可 以通过一个锁存器来记录 " 上跳后 $ 的状态 % 信号 " 经微分电路后接锁存器的控制端 # 上跳沿锁入 $! 当信号 " 出现上跳时 ! 微分电路输出一个正脉冲 !$ 的状态被从 - 端传向 . 端保存 ! 而后无论 " 保持
%#!& 孙涵芳 "56789 #2 位单片机 %: &"北京 ’ 北京航空航天大学出版社 ! #))1" %##&
汪建 ! 孙开放 ! 章 述 汉 ":;0<)2 系 列 单 片 机 原 理 及 应 用 技 术 %: &" 华中理工大学出版社 !.!!!"
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贾振 "/0#1.! 及其高精度温度测量的实现 %( &"电子技术应用 " 景小宁 "智能热电测温技术及其实现 %( &"微型机与应用 !.!!#*#-" 刘少强 "新型精密铂电阻测温方法 %( &" 传感器技术 !#))) !#1 (. )"
"
电路的组成及参数选择
整 个 测 试 装 置 由 以 *+$,% 芯 片 为 核 心 的 单 片
"(! 如果保持 $ 的脉冲幅度 " 不变 ! 那么 "( 就能够
很好地反映出相位差角 % 的大小 % 为了进行数字化 处理 ! 将在滤波器输出端得到的 "( 作为 % & ’ 变换 器的电压输入 !它的输出 ") 将是一列脉冲 ! 其频率 ’ 正比于 "( % 这样在一定时间里通过对 ") 的脉冲个 数的计 数 ! 只 需 简 单 的 标 度 变 换 ! 就 可 以 换 算 出 相 位差角 % 相位差角测量电路原理图如图 % % 在得到
%#.& 颜 荣 江 ! 朱 无 清 ! 侯 文 军 "=0/ 系 列 可 编 程 单 片 机 通 用 外 围 接 口
芯片原理 " 编程及应用 %: &" 北京 ’ 人民邮电出版社 !#))’"
%#,& 窦振中 " 单 片 机 外 围 器 件 实 用 手 册 ’ 存 储 器 分 册 %: &" 北 京 ’ 北 京
题 !达到了 !"# $ 的测量精度 ! 与此同时工业运行控 制中现场操作 " 修改和设置等关键问题也得到了很 好地解决 # 以上这些都在工业运行中得到厂方的认 可 $ 存在的问题主要是本仪器通用性不很强 ! 很难 在更大的范围应用和推广 ! 只能运用于某些特定的 企业 $ 今后的工作主要放在硬件和软件的改进上 ! 例如增加一些通用性很强的功能模块 $
*+%N 指令向其传送数据 "
$
应用实例
以图 L 所示电路为基础 ! 增加少量元器件即可
组成一台数字式频率 D 相位测试仪 " 具体的做法是 两路同频率被测信号经大容量无极性电容耦合到 两个 8*K.. 比较器的输入端 6 为能够测量较低的频 率 6 应选择较大容量的电容 6 选样 . /// $3( 图 L 中 信号 ! 与 ?C&;L 的定时 D 计数输入端 & D E. 连接 ! 作 为频率测试用 % B 位 8IJ 轮流显示 ) 频率 * 和 ) 相位 * 的测量结果 % 实际使用表明 ! 该仪器在输入信号频 率为几 )5 到几十 0)5 范围均能很好地工作 ! 用高 级别仪表校正 ! 相位测量误差不超过 /A/;@ ! 该精度 完全满足一般电气测量和高等学校教学实验的要 求%
!"!#$%
文章编号 !#!!#>))++*.!!+-!+>!!.’>!,
!"#$%&’()*+
刘 杰 !王旭光 ! 赵永林
! 山东交通学院 ! 山东 济南 "#$$"%&
摘 要 ! 提出了一种用 ! ? " 变换测量交流电的相位差的新方法 " 首先产生出其幅度 正 比 于 相 位差大小的直流电 ! 再由 ! ? " 变换器转换成反映相位差大小的频率信号 ! 在 单 片 机 的 配 合 下 ! 最终得到相位差 # 这种方法具有分辨率高 ! 适应于大范围的各种输入频率等优点 # 关键词 ! 相位测量 " 相位差 "!"# 变换 " 单片机 中图分类号 !!"#$$%$ 文献标志码 !&
收稿日期 !.!!,<#!<#2 " 修订日期 !.!!,<##<#3
! # " 变换器把相位差转换成一个其频率与之成正比
的脉冲列 ! 通过计算在一定时间内的脉冲个数测量 相位差角 $ 这种测量方法与信号的周期无关 ! 并且可 以得到较高的精度 $