相位差测量电路的设计

在相位差的测试技术中 ， 单片机仍未得到有效地应用。 用 单
片 机 测 量 相 位 差 的 基 本 思 路 是 这 样 的 ：首 先 测 量 出与 相 位 差 相
对应 的时 间间隔 △ Ｔ ， 再测量 出被测量 信号周 期 Ｔ ， 最 后 利 用 公 式 计 算 出相 位 差 ‘ Ｐ ＝ （ △ Ｔ ／ Ｔ） ￥ ３ ６ ０ ｃ 的值 。该 思 路 的 理 论依 据 是 不 容置 疑 的 ， 单 片 机 定 时 器 的计 时 也是 相 当 准 确 的 ， 看 似测 量 可 以 准确 地 进 行 ， 其 实 不 然 。在 记 录 时 间 间 隔 △ Ｔ及 周 期 Ｔ的 起 始
ｂ ａ ｃ ｋ ｓ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ＡＴ ８ ９ Ｃ５ １ ＭＣＵ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ， ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ
时 刻 和终 了 时刻 的准 确 性 上 存 在 有 问 题 。 主 要表 现在 ： 定 时 器 从 应 该 开始 计 时到 实 际开 始 计 时 存 在 有 时 间差 ，即 出 现 了计 时 延
图 ２ 带 通滤 波器
２ ． ２ 信 号 比较 环 节 信 号 经过 带通 滤 波 器 滤 掉 高 频 干 扰 和 低 频 漂 移 信 号 并 进 行
压保护的作用 。
本 文最 大 的 特 点是 将 两 路信 号 通 过 ７ ４ Ｌ Ｓ ７ ４双稳 态 触 发 器 『 ４ 转 换 成 一 路 脉 宽 信 号 ，而 脉 宽 的 宽 度 为 信 号 的相 差 使 得 软 件 编
程变得非常方便 ， 也 提 高 了精 度 。
基 于 单 片 机 系 统 的 相 位差 测量 框 图 如 图 １所 示 。待 测 信 号 Ｓ １ 、 Ｓ ２经 过 前 置处 理 和整形 后 ， 经 过相 位 差 检测 电 路 ， 输 出结 果 直 接 送 入单 片 机 进 行 处 理 ，标 准 正 弦 信 号 由 Ｉ ＣＬ ８ ０ ８ ３产 生 ， 用 于对 待 测 信 号 Ｓ １ 、 Ｓ ２的 相位 差 进 行 校 正 ， 提 高 精度 。
摘 要
传 统 的相 位 差 测 量仪 需要 采 用 多片 中 小规 模 集成 电路 ， 不 仅 电路 复 杂 ， 测 量 相 位 差 的精 度 不 高 ， 而且 使 用 的 频 率 范 围
窄， 因此 在 实 际应 用 中存 在 着 不足 之 处 。利 用 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ５ １单 片 机 实现相 位 差 测 量 ， 分 析 测 量 原理 ， 给 出 了硬 件 电路 和 软 件 设 计 方 案 。 该 测 量 方 法 具有 硬 件 电路 简单 ， 测 量精 度 高 ， 抗干扰好 ， 频 率 范 围 宽等 优 点 ， 可 广 泛应 用 于各 种 实 时 系统 之 中 。
关键词 ： 单 片机 ， 测量， 相 位 差
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ
Ｔｈ ｅ ｔ ｒ ａｄｉ ｔ ｉ ｏｎ ａ ｌ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ －ｐｈ ａｓ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｎ ｅｅ ｄ ｔ ｏ ｆ ｉ ｌ ｍ ａ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｓ ｃ ａｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅｇｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃｉ ｒ ｃｕ ｉ ｔ ｓ ， ｎ ｏ ｔ ｏｎ ｌ ｙ ｔ ｈｅ ａｃ ｃｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏｆ ｐｈ ａ ｓ ｅ ｄｉ ｆｅｒ — ｅ ｎ ｃｅ ｍｅａ ｓ ｕｒ ｅｍｅｎ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃｕ ｉ ｔ ｃｏ ｍ ｐｌ ｅ ｘｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｎ ｏｔ ｈ ｉ ｇｈ ， ａｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ａｒ ｒ ｏ ｗ ｒ ａｎ ｇｅ ｏｆ ｆ ｒ ｅｑｕ ｅｎ ｃｉ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅｄ， Ｓ Ｏ ｉ ｎ ｐｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅｒ ｅ ａｒ ｅ ｄｒ ａ ｗ—
ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ． Ｔｈ ｉ ｓ ｍｅａ ｓ ｕｒ ｅｍｅｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ ｐｌ ｅ ｈ ａｒ ｄｗａ ｒ ｅ ｃｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ， ｈ ｉ ｇｈ ａ ｃｃ ｕｒ ａ ｃｙ ， ｇｏ ｏｄ ａ ｎ ｔ ｉ — ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｃ ｅ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ： ＳＣＭ ， Ｍｅ ａｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ， Ｐｈ ａｓ ｅ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ
时； 同样 ， 定 时 器 终 了计 时也 存 在 着 计 时 延 时 ， 加 之 程 序 软 件 引 起 的计 时误 差 ， 导 致 测 量 系统 存 在 着 较 大 的 系 统 误 差 ， 因 此 测 得 结果误差较大。
本 相 位 差 测 量 方 法 充 分 利 用 了 ＭＣ Ｓ 一 ５ １系列 单 片 机 内部 精 确 的时 钟 源 及 校 正 电路 ［ ３ ］ ， 能进行在线检测 和显示 ， 大 大 提 高 了相 位 差 的 测试 精度 和速 度 。
１ 设 计 方 案
线性放大 后 ， 变 为一 波形正规 、 幅值适 当的正弦信 号 Hale Waihona Puke Baidu 然后经 过
滞 回 比较 器 形 成 Ｔ Ｔ Ｌ电 平 。 采 用 同 相滞 回 比较 器 ， 以 减 小 外 加 干
扰， 提 高测 量 仪 灵 敏 度 ， 提 高精 度 ， 同时 增 大 输 入 阻 抗 。 本 文 采 用 快速 性能较好 的 Ｌ Ｆ ３ ５ ３作 比较 器 ， 以 适 应 高 频 信 号 的 测 量 要 求， 提 高 反应 速度 和测 量 精 度 。 电路 如 图 ３所 示 ， 此 电 路 还 有 过
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相 位 差 测 量 电 路 的 设 计
相位差测量 电路的设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ｏ ｆ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ ｎ Ｐｈ ａ ｓ ｅ Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
刘龙 飞 王根 岭 肖培 如 （ 浙江理工大学信息电子学院， 浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ ）