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同频正弦信号间相位差丈量的规划

1引言本设计目的在于测量出任意两相同频率正弦信号之间的相位差,并将测量结果以数字形式显示出来。具体实现方法为:先通过比较电

1 引 言

  本规划意图在于丈量出恣意两相同频率正弦信号之间的相位差,并将丈量成果以数字方式显现出来。详细完成办法为:先经过比较电路将两路同频信号别离转化为相应的脉冲信号,然后将其间的一路信号经过反相器取反后与另一路信号相与,得到一等脉宽的脉冲波形,此脉冲波形的脉宽t,即表明两信号的相位差。将原信号对应的恣意一路脉冲信号(周期为T)倍频后,作为单片机计数器的计数脉冲,并对相位差脉冲记数,得记数值为W。设倍频电路的倍频系数为A,则记数脉冲周期为T/A,可得到两信号相位差角计算公式如下:

其间N=360/A,N为常数,是相位丈量体系的最小精确度。
  经过单片机体系编程即可完成此简略运算式,并将运算成果Q送LED显现。原理框图如图1所示。

2 体系硬件电路原理剖析与规划
  整个体系硬件电路由比较整形电路、倍频电路、单片机AT89C51及显现电路组成。
2.1 比较整形电路
电路选用电压比较器LM339。LM339内有4个电压比较器,取其间的两个比较器即可。两路信号别离接两个比较器同相输入端,将反相输入端接地,即构成过零比较电路。两比较器输出即转化为脉冲信号。将其间一路脉冲经过反相器CC4069取反后与另一路信号经过与门CC4081相与,可得一等脉宽的脉冲信号,此脉宽即记载着两输入信号之间的相位差,咱们称之为相位差脉宽。转化进程见图2。

2.2 倍频电路
  由相位差计算公式可知,倍频系数A越大,丈量精度就越高,丈量越精确。本电路选用A=720的倍频电路,因而相位丈量精度为N=360/720=0.5°,能够满意实践需求。倍频电路由锁相环%&&&&&%CC4046和双BCD(Binary-Coded DecimalNotation)同步加法计数器CC4518组成。电路框图如图3所示。
  两片CC4518双BCD同步加法计数器别离完成10分频和72分频。分频器的输出信号与锁相环的输入信号fi相一致时,锁相环芯片锁存输出的信号频率为fo=Afi,然后完成倍频。假设输入信号频率fi=50Hz,则输出频率fo=36kHz。

2.3 单片机处理及显现电路
本体系数据处理和显现操控选用AT89C51单片机。原理简图如图4所示。

  单片机需求处理2路输入脉冲,别离为相位差脉冲和经过倍频电路得到的计数脉冲。要求在相位差脉冲为高电平时对记数脉冲进行计数,并对计数值进行软件处理并予以显现。因而,可将相位差脉冲作为计数器作业的门控脉冲,从AT89C51的P3.2/INT0管脚输入,而将计数脉冲从P3.4/T0管脚输入,这样,门操控位GATE0使定时器T0的发动计数受INT0的操控。当GATE0和TR0均为1时,只要引脚P3.2/INT0输入为高电平,T0才答应计数。使用GATE0的这个功用,能够方便地检测出相位差脉宽的外部记数脉冲值W。
  依据计算公式Q=W×N=0.5W即可求出相位差值。将数据Q送显现电路显现,因为相位差值Q的规模为0~180°,考虑到可能有一位小数位(W为奇数时),因而选用4位8段LED数码管显现。规划中将AT89C51的P0口作为8段显现的段选位,P0.0~P0.7别离对应数码管的a b c d e f g h段。将P2口作为位选位,P2.0~P2.3别离对应从高到低的4位数码管位选端,选用动态扫描显现技能。因为该种显现电路较为简略,在此不再赘述。
  当单片机定时器/计数器用作计数器,来自相应的外部输入引脚T0或T1的计数脉冲信号发生由1至0的跳变时,计数器的值增1。因为确认一次下跳变要花2个机器周期,即24个振荡器周期,因而,外部输入的计数脉冲最高频率为振荡器频率的1/24。此体系选用6MHz的晶体振荡器,能够计算出被测信号可到达的最大频率为:6000000/24/720=347 Hz。因而,此体系可丈量的输入信号频率规模为:0~347Hz。
3 软件规划
  本体系软件主要是对相位差脉冲进行计数,并对数值进行换算处理,一起在显现器上显现出相位差的度数值。体系软件流程框图如图5所示。

4 结束语
  此体系能够丈量必定频率规模内两同频正弦信号之间的相位差,并能到达一安稳的丈量精度(0.5°)。在实践使用中,能够经过添加倍频电路的倍频系数来进步丈量精度,单片机体系可选用更高的晶振频率来添加频率丈量规模。

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