基于单片机控制的低频数字式相位测试仪文档

基于单片机控制的低频数字式相位测试仪文档内容摘要：

(t)为两同频率的正弦信号，经整形电路后形成 方波，方波的上升沿和下降沿分别与振荡信号（正弦信号）的正负过零点对应。 整形电路的输出，一路送异或门，一路送 相位超前滞后判断电路。 两路方波信号 送入异或门后，输出的矩形脉冲的宽度  与相位  成比例关系。 在复合门上用高频时钟脉冲对相位进行刻度，即用异或门的输出脉冲来控制周期固定的高频时钟脉冲 从复合门 的通过。 复合门的输出送入 单片机的 ，由内部定时 /计数器 T1计数 时间  内，通过复合 门的时标个数 N。 定时 /计数器 T1 的启动和停止取决于 INT1引脚的信号，当 INT1由低电平变为高电平时，开始计数；当 INT1由高电平变为低电平时，停止计数器，而 INT1引脚的信号来自异或门的输出，即用异或门的输出信号控制定时 /计数器 T1 的启动和停止。 在闸门控制时间内的计数值 N正比于  ，这样相位的测量就转化为数字化的时间测量； 同时经整形后信号中的任意一路送入单片机的内部定时 /计数器 T0，使用 T0 测出输入信号的频率 ； 另一路送入 相位超前滞后判断电路 ，用来区分 两路同频信号相 位的超前与滞后关系。 整形电路 整形电路 异或门 T0 8052 T1 INT1 相位超前滞后 判断电路 复合门 高频时钟脉冲 显 示 器 e1(t) e2(t) 4 第三章 系统外围电路的设计 方案 设计与器件选择 整形电路 一、 整形电路 用 LM339构成的 电压 比较电路 组成。 对于不同幅值（ 1V～ 5V）的待测信号，将待测信号接入 ， LM339 比较器组成电压比较器 ， 用于检测信号过 0点 ， 将正弦波整形为方波 ，可以很好地达到设计需求。 使用此方法设计的整形电路简单，易于实现，且较符合设计任务的要求。 电路图 原理图 如图 32 所示。 图 32 波形整形电路 二、 采用 施密特触发电路 （又称迟滞比较电路） ，完成对输入正弦信号的整形。 因施密特触发 器 能滤除干扰噪声而获得很广泛的运用。 在一些应用场合中，特别在某些模 /数转换电路中，迟滞比较器作为抗干扰的比较器应用较多。 为了获得更好的转换效果，需要较好地选择迟滞比较器正端输入的基准电压。 而信号的未知为确定基准电压带来麻烦。 整形电路 前端 有 AD620 组成， AD620 是一个高性能的放大器，资料显示，它只须外接一个电阻，即可实现增益在 1～ 1 000内的调节。 当增益为 1时，不需外接电阻，且阻抗可以达到 10MΩ . 用 AD620可实现对弱小信号的放大整形。 LM334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。 AD620一般用于对噪声和干扰要求比较高的场合，但 AD620的购买价格较高。 5 通过分析研究， 用 LM339 构成的电压比较电路 构成 整形电路 ，是一种较为理想的设计。 高频脉冲产生电路 一、 高频脉冲 信号 由 稳定度高的石英进晶体振荡器构成。 由振荡频率为确定的石英进晶体为核心，附以非门，形成正反馈系统，得到 频率固定的高频脉冲信号。 为便于单片机的测量和计算， 选择 100KHz 的石英晶体，使得高频脉冲产生电路输出 100KHz 的高频时钟信号。 只要选择的石英晶体良好，这种方法得到的高频时钟脉冲的精度、稳 定度都很高，并且电路 实现 简单。 石英进晶体振荡器构成的高频时钟脉冲信号的电路如图 33所示。 图 33 石英进晶体振荡器构成的高频时钟脉冲产生电路 二、 高频脉冲信号使用基于 NE555定时器构成的 555振荡电路构成。 以产生需要的高频时钟脉冲信号。 通过计算， 选择对应的电阻和电容参数值， 可以得到 近似的目标频率（ 100KHz），但误差较大。 方案二设计的高频脉冲产生电路如图 35所示。 使用 基于 频率为 高稳定度石英晶体 为核心，构成 高频脉冲信号 产生源，设计简单合理，故采用前者。 图 35 555定时器构成的高频脉冲产生电路 6 异或门 鉴相电路 异或门由一片 74LS74 构成 ，起鉴相作用。 这样将两路方波信号输入后，即可将两信号高低电平相 异 的 部分 以高电平输出，而这个 输出信号的宽度脉冲与 待 测的相位差 成比例关系。 电路原理图如图 36所示。 图 36 鉴相电路 复合门 复合门由与门构成， 在异或门的输出脉冲宽度时间 г 内，将高频时钟脉冲送出。 图 38 复合门 1为时标脉冲信号，其频率为 cf 2为相位差对应的时间宽度的矩形波 ，其时间宽度为 T 3为对应于上述时间宽度内的时标个数 n （脉冲） 三者间的关系为： cfTn 7 相位超前或滞后判断模块 图 310 相位超前滞后判断电路 图 311 74LS74逻辑图 相位超前或滞后判断模块由 D触发器构成，将 A信号经整形后送入 D脚， B信号经 整形后送入 CLK脚，若 Q输出为高电平，则说明 A信号 的相位超前 B信号；反之 A信号的相位滞后 B 信号。 并将 Q 的值送至发光二极管，若发光二极管点亮，则说明 A 信号相位超前 B信号，反之，则说明 A信号的相位滞后 B信号。 电路原理图如图 310所示。 显示 电路 一 、 采用 LED数码管显示电路。 二、 7段数码管的驱动 单片机驱动 LED数码管有多种方法，按显示方法可分为静态显示和动态显示。 静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将显示的数据送出后就不再控制 LED，直到下一次显示时再传送新的显示数据。 只要当前显示的 数据没有变化，就无须理睬数码管显示器。 静态显示 的数据稳定，占用的 CPU时间少。 静态。