低频数字式相位测量仪(缪学进)

低频数字式相位测量仪

该系统由相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三个模块构成,分别由两块单片机独立地实现控制与显示功能。采用ＤDS技术生成两路正弦波信号，并通过改变存储器中数据读取的起始地址来实现数字移相的功能,用Ф-T变换技术来实现相位差的测量,使得显示分辨率精确到0.０１o，测得的频率与相位差值送入LCＤ进行显示,加入红外键盘以及语音播报的功能，使得系统具有智能化、人性化的特色。

关键词:相位测量频率测量数字移相DDS语音播报

一方案论证与设计

1 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。

对以上方案进行比较，方案一在所测频率较高时,受锁相环工作频率等参数的影响会造成相位差测量的误差，采用方案二由高精度的晶振产生稳定的基准频率,可以满足系统高精度、高稳定度的要求。

２频率测量方案

方案一：用专用频率计模块来测量频率,如ＩＣM7216芯片,其内部带放大整形电路，可以直接输入正弦信号，外部振荡部分选用一块高精度晶振和两个低温度系数电容构成1０MHｚ振荡电路，其转换开关具有０.01s,0.1s，1s,10s四种闸门时间,量程可以自动切换，待计数过程结束时显示测频结果。该方案外围硬件电路较为复杂。

方案二:利用可编程计数器来实现频率的测量，将被测信号转换为方波信号输入可编程计数器825４的某一路Clｋ端口，并将Gate端置为高电平，利用单

片机产生的定时中断来控制8254的计数,最后计数值送入单片机处理并输出。本设计中我们采用方案二。

3 数字移相信号发生器方案

在数字移相信号发生器模块电路中，首先要生成两路相同频率、不同相位的正弦波信号,目前ＤDS 已经是很完善的一种数字信号产生方案,所以在该部分,我们对产生正弦波信号的数字移相方案进行论证。

方案一:将正弦波量化为一张数据表分别存储于两片PROM E 2之中，通过单片机控制计数器来对存储器中的数据进行寻址,并经过两片D/A 转换芯片循环的输出该数据表,当两路D/A 转换芯片所获得的数据序列不同时，转换所得的两路正弦信号存在相位差,相位差值仅与数据地址的偏移量有关。

方案二:将参考正弦波转换为方波，以此信号为基准，延时后产生另一路同频率的方波，通过改变延时的长短来控制两个波形的相位差大小,最后通过波形变换电路将其还原为两路有相位差的正弦波输出。

比较以上方案，采用281７存储量化的正弦波数据，通过单片机可以较精确的控制移相的大小,实现1o相位差步进,且硬件电路较为简单，而方案二虽然也可以精确控制移相，但是相对而言硬件电路更为复杂,调试较为麻烦，因此采用方案一。

二 原理分析与硬件电路图

根据赛题要求的任务，该低频相位测量系统包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三个模块，由于三个模块相对独立,以下分别对其进行原理分析与电路设计。

1 相位差测量模块

（1)原理分析

输入两路同频率的正弦波信号,其波形表达式分别为：

)sin(111?ω+=t V v m )sin(222?ω+=t V v m

当两路信号的频率相同时,相角差2θ??1＝－是一个与时间无关的常数，将此两路正弦波信号经过放大整形成两路方波信号ｆ1、f2,经过异或门输出一个脉冲序列A,与晶振产生的基准脉冲波B 进行与操作得到调制后的

波形C ，在一定的时间范围内对B 、C 中脉冲的个数进行计数得b N 、C N ,则其相位差计算公式为

C

N 360×

N 2

b ο

θ＝ 采用多个周期计数取平均值的方式以提高测相精度。系统框图如图２-1－2所示：

（2)原理电路

① 前级放大整形电路：

两列正弦波信号经过一级电压跟随器以提高测量仪的输入阻抗,选用高精度、低漂移型运放TLE2０74使输入阻抗达到兆欧数量级，由LM31１构成的迟滞回环比较器可以有效的避免在过零点时信号的干扰和抖动所引起的电压跳变，最后通过一级单门限电压比较器输出两路ＴT Ｌ电平信号，经异或门得到方波的脉冲序列。该前级放大整形电路的基本原理图如下：

②相位差测量电路

通过理论分析,基准频率越高，记得的窄脉冲个数越多，相位差的测量也越精确,受到825４极限工作频率的影响，选取８.000MHz的晶振,由单片机控制两片8254分别对两路脉冲进行计数,将8254内含的两路计数器进行级联以提高计数位数,对32位的计数结果进行浮点运算得相位差,其原理图如图2-1-4所示:

③相位极性判别电路

在图２-1-4所示的相位测量电路中，只 能给出相位差的大小，无法判断波形的超前 或者滞后，因此将波形整形电路的两路输出

方波送入D 触发器中进行相位极性判别，当0U 超前1U 时,Q 端输出高电平，反之输出低电平,极性判别的原理图如图2-1-5所示。

2 数字式移相信号发生器模块

(１）原理分析

首先要生成两路正弦波信号，在目前的波形生成方案中，最常用的是数字式直接频率合成技术(D ＤS),DDS 的工作原理是基于相位与幅度的对应关系,通过改变频率控制字来改变相位累加器的相位累加速度,然后在固定时钟的控制下取样，取样得到的相位值通过相幅转换得到的相位值所对应的幅度序列，通过数模转换以及低通滤波之后输出正弦波信号。

基本框图如下：

相幅转换的方式选用查表法,将正弦波的量化数据存储于两片PROM E 2

之中,

通过控制读取存储器数据的地址差，从而改变输出波形的相位差，每个周期取样３６0个点,相位差步进为１o。锁相环倍频的基频为900Ｈz ，输出正弦信号的频率范围为５Ｈz~23KH ｚ，实际频率步进值为2．５Hz 。原理框图如下所示：

,由晶825４进

图2-2-1 DDS 工作原理

的输出作为存储器读取的地址,改变数据读取的地址即可改变输出波形的相位。通过改变ＡD752４的基准电压

REF

V幅值来改变输出波形的峰-峰值大小。以下给

出一路波形生成电路，另一路硬件电路与此相同。

３移相网络模块(略) 图2-2-4 移相信号发生电路

图2-2-3 倍频电路

三软件设计与流程

相位测试模块流程图如图3-1-1所示：

图3-1-1 相位测试模块流程图

数字移相信号产生部分流程图如图３-1-２所示：

图3-1-2 数字移相信号产生流程图

四系统测试与误差分析

1测试仪器

（１）ＦＬＵKＥ１7B多功能数字万用表

（２)数字示波器TＤS100２

(3）BS１905工频电参数测试仪

（4)CＡ１64OP－2０型函数发生器／计数器

２测试方法

硬件模块测试：对于数字式移相信号发生器，通过红外键盘对输出两路信号的频率、相位差以及峰-峰值进行设置。最后把产生的有相位差的两路信号分别接入相位测试电路进行相位差的测量。

软件模块测试:采用自下而上的调试方式，先进行模块测试程序的调试，待全部通过之后将所有的软件程序串接起来并结合硬件电路进行整体调试。

３测试数据

（1）相位差测量仪校准

由于实验室只有50Hz工频相位测试仪,所以选取了5０Hz频点进行测试，由此来对相位测量仪进行校准，数据如表１所示：

表1 相位差测量校准数据

(2）相位差与幅度的校验

根据题意要求,自选几个频点进行校验,

表2 f＝２０Hz时校验数据表

表3 f=200Hｚ时校验数据表

表4 f=2KHｚ时校验数据表

表5 f=20KHz时校验数据表

4 误差分析

(1）相位测量电路的误差分析

受电子元器件性能的影响,在正弦波经过零检测电路整形成方波的过程中，当波形受到干扰时,存在着转换误差,若信号的干扰或噪声幅度为n V ，信号振幅为m V ，被测周期为n T ,在正弦信号的每一个上升沿上都可能产生触发误差i T ?，其表达式为:

m

n

n i V V T T ?=

?π2 由于干扰和噪声都是随机的,则一个周期的随机误差可按下式来合成:

2221)()(T T T n ?+?=?

于是可得：

?

采用多周期测量法，

其相邻多个周期由于转换误差所产生的i T ?具有相互抵消的性质,如取十个周期，则其引入的转换误差减小为原来的１／１0。实际上我们所取的周期数数值上等于频率数，则其引入的转换误差减小为原来的1/ｆ，具有误差自适应调节的效果。

由于在一定的时间内对脉冲的个数进行计数,因此将引入±1误差,若最大计数误差为N ?,总的计数值为N ，则

x

Tf N N N 1

1±=±=?

T :闸门时间 x f :

被测频率

尤其当两路信号的相位差较小时,±1误差的存在,将对相位测量的精度造成

很大的影响,x f 一定时,增大闸门时间Ｔ,可以减小±１误差对相位差测量的影

m

n n n V V T T ?±=?21

π

响。考虑到显示刷新率的要求，我们取T=1ｓ。

（2)数字式移相信号发生电路的误差分析

在数字式移相信号发生电路中，由于锁相环稳定度的影响,波形的微小振荡会使得输出和设定值之间存在输出偏差，同时D/A转换过程中不可避免的将存在量化误差,所以产生的波形幅值与频率将会与设定值产生误差。

由于通用板本身结构的限制，以及电路中两路信号的串扰等影响,都会使得系统存在一定的误差。

五总结

本系统实现了题目基本部分以及发挥部分的要求，相位测量仪的测量范围为:电压(峰－峰值）:0.2V～30V；频率:2Hz～65kHz；显示分辨率为0.01度，测量的绝对误差在2o以内。数字式移相信号发生器扩展到5Hz～2３KHｚ,频率步进达到2.５Hz，相位差步进1o,幅值在0.1V-５.5V范围内可调,人机交互接口采用双键盘（有线键盘+红外遥控键盘)带语音提示的模式。由于单片机留有空闲的I ／Ｏ口,可以进一步对系统的功能进行扩展。

六参考文献

[1］谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版).武汉:华中理工出版社,2000.

[２]张彦斌等.凌阳十六位单片机原理及应用. 北京：北京航天航空大学出版社,2００３. ［3]张菊鹏等.计算机硬件技术基础(第二版).北京：清华大学出版社,2000.

［４]王福昌.锁相技术.武汉:华中理工大学出版社，19９7.

Aｂstｒaｃt

Thｅsysｔｅm eｑｕiｐs1６bits SCM－ＳPＣE061A as kｅrneｌpａrt,a ｎｄiｎcludｅs ｔhｒee partｓ：phａｓe ｍeａsｕｒinｇ，aｒbiｔrary waveform ｇeneratｏｒand ｐｈase－shift neｔwｏｒk．Tｗoｍicｒopｒoｃesｓorｓareａpｐｌied ａｓthｅcontrol uｎiｔand the displaｙparｔｉndepｅndentｌy．The ｗaveｆoｒｍｇeｎeraｔor eｍｐlｏyｓthｅDigital Freｑuency Syｎtheｓｉzer and ｇｅtｓthe dｉffｅｒenｔphaseｓｂy chａｎｇinｇthe ｉnｉtiaｔｉｖe aｄdｒｅｓs ｆｒｏm the E2．Tｏｍeasure ｔhe pｈａse，we uｓe Ф-T coｍmutatｉoｎanｄPROM

the reｓolviｎgｐoweｒis ０．01o.The pｈaseａnd ｆreqｕency ａｒe ｄisｐlayｅd by LCD．Ｗe alｓｏadｄinfｒａrｅd ｋｅyboａrd aｎd ｔhｅ

vｏｉcｅbroadｃast into tｈｅsyｓtem to make it ｉntｅlｌigent ａnｄｈｕｍａniｓtic.

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? 。两路信号（同频、不同相）通过过零比较器电路整形成矩形波信号，再通过鉴相器，D 触发器二分频得到相位差信号。这样就构成了相位测量系统的测量电路。再将该相位差信号送入单片机的外部中断端口，通过单片机对数据的处理，最后方可得到所要测量的相位差，并在液晶上显示出测量结果。 二、相位测量方案论证与选择 2.1设计方案论证 方案1：相位——电压转换法 相位--电压转换式数字相位计的原理框图如图2-1

数字式相位差测量仪说明书4

目录 绪论 (1) 摘要 (2) 1 结构设计与方案选择 (3) 1.1 基于过零检测法的数字式相位差测量仪方法概述 (4) 1.1.1 相位－电压法 (4) 1.1.2 相位－时间法 (5) 1.2 方案的比较与选择 (6) 2 相位－时间法单元电路的原理分析与实现方法 (6) 2.1 前置电路设计与分析 (6) 2.1.1 放大整形电路的分析与实现 (6) 2.1.2 锁相倍频电路的分析与实现 (7) 2.2 计数器及数显部分的设计与分析 (9) 2.2.1 计数器部分的分析与实现 (9) 2.2.2 译码显示部分的分析与实现 (10) 3 结论 (12) 4 参考文献 (13) 附录1：元器件名细表 (14) 附录2：相位时间法总体电路原理图 (15) 附录3：相位时间法总体电路PCB板 (16) 附录4：相位时间法总体电路PCB板3D视图 (17)

随着科学技术突飞猛进的发展，电子技术广泛的应用于工业、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。数字相位差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，需要两电网的电信号相同，这就需要精确的测量两工频信号之间的相位差。更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备重要意义。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，我们设计了一种数字相位差测量仪，实现了两列信号相位差的自动测量及数显。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。 本低频数字相位测量仪主要是测量电压和电流的相位差，由整形放大电路、基本门电路、锁相倍频、计数译码等集成电路构成。测量的分辨率可达到0.1°，可测信号的频率范围为0Hz～250Hz，幅度为0.5Ⅴ，由于74HC4046的性能比较好，使得所制得的仪器精度相对较高，达到了任务书中所规定的要求。

相位测量仪

辽宁工业大学 电子综合设计与制作（论文）题目：低频数字式相位测量仪 院（系）：电子与信息工程学院 专业班级：电子班 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：2013.12.13-2014.1.10

电子综合设计与制作（论文）任务及评语

摘要 该设计是低频数字式相位测量仪，设计思路为输入一个低频正弦信号通过分支路正常输出，另一路不通过移相器输出一个相位改变频率不变的正弦波。得到上述两路频率相同相位不同的信号后就要测出两信号的相位差和频率，在做此工作前先要经过相位测量前置级信号处理电路，由阻抗变换和放大、限幅、电平转换、整形电路组成。经过相位测量前置级信号处理电路得到两路方波，通过异或门输出一个脉冲序列与晶振产生的基准脉冲波进行与操作得到调制后的波形，在一定的时间范围内对脉冲的个数进行计数通过计算得到相位差和频率。再通过单片机控制显示器显示出所需结果。 关键词：低频；正弦；移相器；异或门；整形；

目录 第1章可编程增益放大器设计方案论证 (1) 1.1可编程增益放大器的应用意义 (1) 1.2可编程增益放大器设计的要求及技术指标 (1) 1.3 设计方案论证 (2) 1.4 总体设计方案框图及分析 (3) 第2章可编程增益放大器各单元电路设计 (4) 2.1 输入调整电路设计 (5) 2.2 中间级放大电路设计 (5) 2.3 输出级电路设计 (5) 2.4 增益调整电路设计 (6) 第3章可编程增益放大器整体电路设计 (7) 3.1 整体电路图及工作原理 (7) 3.2 电路参数计算 (7) 3.3 整机电路性能分析 (8) 第4章设计总结 (9) 参考文献 (10)

简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计

简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告 摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。测量结果采用12864液晶模块实时显示。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。 关键词：LRC 数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量 一、设计内容及功能 1.1设计内容 设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD 显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示： 测量对象 LCD显示 电阻/电容/电感 简易的数字电阻、电容和电感测量仪 自制电源 1.2 具体要求 1. 测量范围 （1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。 2. 测量精度 （1）基本测量精度：电阻±5% ；电容±10% ；电感±5% 。 （2）发挥测量精度：电阻±2% ；电容±8% ；电感±8% 。 3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。 4. 自制电源 5. 使用按键来设置测量的种类和单位 1.3系统功能 1. 基本完成以上具体要求 2. 使用三个按键分别控制R、C、L的测试 3. 采用液晶显示器显示测量结果 二、系统方案设计与选择 电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前本文对各种方案进行了比较：

简易数字电容测量仪

电子技术课程设计报告——简易数字电容测量仪的设计 作品40% 报告 20% 答辩 20% 平时 20% 总分 100% 设计题目：简易数字电容测量仪班级学号： 学生姓名： 目录

一、预备知识.................. 错误！未定义书签。 二、课程设计题目：简易数字电容测量仪的设计错误！未定义书签。 三、课程设计目的及基本要求.... 错误！未定义书签。 四、设计内容提要及说明........ 错误！未定义书签。 4.1设计内容...................................... 错误！未定义书签。 4.2设计说明...................................... 错误！未定义书签。 五、原理图及原理说明 ...................... 错误！未定义书签。 5.1功能模块电路原理图................... 错误！未定义书签。 5.2模块工作原理说明 ...................... 错误！未定义书签。 六、调试...........................................................................错误！未定义书签。 七、设计中涉及的实验仪器和工具.. 错误！未定义书签。 八、课程设计心得体会 ...................... 错误！未定义书签。 九、参考文献 ...................................... 错误！未定义书签。

一、预备知识 关于数字式简易数字电容测试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路。在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即门控法。 本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽wt与电容C成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。在本次数电课程设计的同时，对于中大规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识，同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力，也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。 数字电子课程设计是电子计数综合应用的实践环节，同时也是增强学生实践与动手能力，这也是教学环节的实践部分之一。本文设计的简易数字式电容测试仪，既融合了电子技术的基础知识，又与生产实际结合紧密，能够满足实验教学需要和科研开发应用的需要，同时，电路简洁，条理清晰，便于沟通和交流学习，具有较强的通用性和实用性。 在本次课程设计过程中得到了各方面的支持和帮助，在此特别向数子电子技术老师表示由衷的感谢。由于设计时间和水平的限制，如有不足之处，敬请指正

低频数字式相位测量仪(缪学进)

低频数字式相位测量仪 该系统由相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三个模块构成,分别由两块单片机独立地实现控制与显示功能。采用ＤDS技术生成两路正弦波信号，并通过改变存储器中数据读取的起始地址来实现数字移相的功能,用Ф-T变换技术来实现相位差的测量,使得显示分辨率精确到0.０１o，测得的频率与相位差值送入LCＤ进行显示,加入红外键盘以及语音播报的功能，使得系统具有智能化、人性化的特色。 关键词:相位测量频率测量数字移相DDS语音播报 一方案论证与设计 1 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。 对以上方案进行比较，方案一在所测频率较高时,受锁相环工作频率等参数的影响会造成相位差测量的误差，采用方案二由高精度的晶振产生稳定的基准频率,可以满足系统高精度、高稳定度的要求。 ２频率测量方案 方案一：用专用频率计模块来测量频率,如ＩＣM7216芯片,其内部带放大整形电路，可以直接输入正弦信号，外部振荡部分选用一块高精度晶振和两个低温度系数电容构成1０MHｚ振荡电路，其转换开关具有０.01s,0.1s，1s,10s四种闸门时间,量程可以自动切换，待计数过程结束时显示测频结果。该方案外围硬件电路较为复杂。 方案二:利用可编程计数器来实现频率的测量，将被测信号转换为方波信号输入可编程计数器825４的某一路Clｋ端口，并将Gate端置为高电平，利用单

数字式电容测试仪的设计

数字式电容测试仪的设计

目录 摘要 ................................................................................... 综述 (1) 1 方案设计与分析 (2) 1.1恒压充电法测量 (2) 1.2恒流充电法测量 (2) 1.3脉冲计数法测量 (2) 2 电路设计框图及功能描述 (3) 2.1 电路设计框图 (3) 2.2 电路设计功能描述 (3) 3 电路原理设计及参数计算 (4) 3.1电路原理设计 (4) 3.2单元电路设计与参数计算 (4) 3.2.1控制器电路 (4) 3.2.2时钟脉冲发生器 (5) 3.2.3计数和显示电路 (6) 4 单元电路仿真波形及调试 (8) 4.1多谐振荡器 (8) 4.2单稳态触发器 (9) 4.2.1稳定状态 (9) 4.2.2暂稳态状态 (9)

4.2.3 自动回复状态 (9) 4.3电路原理图与仿真结果显示 (10) 4.3.1电路原理图 (10) 4.3.2仿真结果显示 (11) 5课程设计体会 (14) 参考文献 (15)

摘要 本设计是基于555定时器，连接构成多谐振荡器以及单稳态触发器而测量电容的。单稳态触发器中所涉及的电容，即是被测量的电容 C。其脉冲输入信号是555定时器 x 构成的多谐振荡器所产生。信号的频率可以根据所选的电阻，电容的参数而调节。这样便可以定量的确定被测电容的容值范围。因为单稳态触发器的输出脉宽是根据电容 C x 值的不同而不同的，所以脉宽即是对应的电容值，其精确度可以达到0.1%。单稳态触发器输出的信号滤波，使最终输出电压 v与被测量的电容值呈线性关系。最后是输出电 o 压的数字化，将 v输入到74160计数译码器中翻译成BCD码，输入到LED数码管中显示 o 出来。 关键词：电容；555定时器；线性；计数译码器；LED数码管

低频数字式相位测量仪

低频数字式相位测量仪（C 题） 一、任务 设计并制作一个低频相位测量系统，包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分，示意图如下： 二、要求 1、基本要求 （1）设计并制作一个相位测量仪（参见图1） a ．频率范围：20Hz ～20kHz 。 b ．相位测量仪的输入阻抗≥100k 。 c ．允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V ～5V 范围内变化。 d ．相位测量绝对误差≤2°。 e ．具有频率测量及数字显示功能。 f ． 相位差数字显示：相位读数为0o ~359.9o ，分辨力为0.1°。 （2）参考图2制作一个移相网络 a ．输入信号频率：100Hz 、1kHz 、10kHz 。 b ．连续相移范围：－45°～＋45°。 c ．A ＇、B ＇输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V ～5V 范围内变化。 2．发挥部分 （1）设计并制作一个数字式移相信号发生器（图3），用以产生相位测量仪所需的输入 图3 数字式移相信号发生器 图1 相位测量仪

正弦信号，要求： a．频率范围：20Hz～20kHz，频率步进为20Hz，输出频率可预置。 b．A、B输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V～5V范围内变化。 c．相位差范围为0～359°，相位差步进为1°，相位差值可预置。 d．数字显示预置的频率、相位差值。 （2）在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下，扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至0.3V～5V范围。 （3）用数字移相信号发生器校验相位测量仪，自选几个频点、相位差值和不同幅度进行校验。 （4）其它。 三、评分标准 四、说明 1、移相网络的器件和元件参数自行选择，也可以自行设计不同于图2的移相网络。 2、基本要求（2）项中，当输入信号频率不同时，允许切换移相网络中的元件。 3、相位测量仪和数字移相信号发生器互相独立，不允许共用控制与显示电路。

计量检定规程电学部分

JJG 47~1990 抖晃仪检定规程 JJG 48~1990 硅单晶电阻率标准样片检定规程 JJG 64~1990 超低频信号发生器检定规程 JJG 66~1990 高频电容损耗标准试行检定规程 JJG 69~1990 高频Q标准线圈试行检定规程 JJG 120~1990 波形监视器检定规程 JJG 121~1990 视频杂波测试仪检定规程 JJG 122~1986 DO6型精密有效值电压表检定规程 JJG 123~1988 直流电位差计检定规程 JJG 124~1993 电流表、电压表、功率表及电阻表检定规程 JJG 125~1986 直流电桥检定规程 JJG 126~1995 交流电量变换为直流电量电工测量变送器检定规程JJG 127~1986 HP4191A型高频阻抗分析仪试行检定规程 JJG 137~1986 CC-6型小电容测量仪检定规程 JJG 138~1986 CCJ-IC型精密电容测量仪检定规程 JJG 153~1996 标准电池检定规程 JJG 163~1991 电容工作基准检定规程 JJG 166~1993 直流电阻器检定规程 JJG 169~1993 互感器效验仪检定规程 JJG 173~1986 XFC-6A型标准信号发生器检定规程 JJG 183~1992 标准电容器检定规程 JJG 183~1992 标准电容器检定规程

JJG 218~1991 电感工作基准检定规程 JJG 230~1980 XFD-7A型低频信号发生器试行检定规程 JJG 242~1995 特斯拉计检定规程 JJG244-2003 感应分压器检定规程 JJG 250~1990 电子电压表检定规程 JJG 251~1997 失真度测量仪检定规程 JJG 252~1981 RS-2及RS-3型校准接收机检定规程 JJG 253~1981 用Д1-2型衰减标准装置检定衰减器检定规程JJG 254~1990 补偿式电压表检定规程 JJG 255~1981 三厘米波导热敏电阻座检定规程 JJG 256~1981 DYB-2型电子管电压表检定仪检定规程 JJG 262~1996 模拟示波器检定规程 JJG 278~2002 示波器校准仪检定规程 JJG 279~1981 WFG-IB型高频微伏表检定规程 JJG 280~1981 M4-1（MTO-1）型标准热敏电阻桥检定规程JJG 281~1981 波导测量线检定规程 JJG 282~1981 同轴热电薄膜功率座检定规程 JJG 303~1982 频偏测量仪检定规程 JJG 307~1988 交流电能表（电度表）检定规程 JJG 308~1983 超高频毫伏表检定规程 JJG 313~1994 测量用电流互感器检定规程 JJG 314~1994 测量用电压互感器检定规程

数字式相位差测量仪

专业方向课程设计报告 课题名称：数字式相位差测试仪姓名： 学号： 班级： 专业： 归口系部： 起迄日期: 指导教师: 提交报告日期: 2015年12月18日

数字式相位差测试仪 目录 一、设计任务和目的 _________________________________ - 1 - （一）设计任务 ___________________________________ - 1 - （二）设计目的 ___________________________________ - 1 - 二、设计要求 ________________________________________ - 1 - 三、工作原理 _______________________________________ - 1 - 四、设计框图 _______________________________________ - 2 - 五、主要参考器件（软件仿真，用Proteus） ____________ - 2 - 六、各模块电路分析 _________________________________ - 3 - （一）移相电路部分_______________________________ - 3 - （二）放大整形电路部分___________________________ - 3 - （三）锁相倍频电路部分___________________________ - 4 - （四）计数器及数字显示部分_______________________ - 5 - （五）相位超前于滞后显示部分_____________________ - 6 - 六、仿真___________________________________________ - 7 - 七、心得体会 _______________________________________ - 8 - 八、参考文献 _______________________________________ - 8 - 附：数字式相位差总电路图_____________________________ - 9 -

数字电容测试仪

数字式电容测量仪的设计 一、总体方案的选择 数字式电容测量仪的设计可以有占空比可调的方波发生器产生基准方波信号，频率为10KHz，再通过555定时器构成单稳态电路。通过计数器计数显示电路显示当前电容容量。所设计的电容测量范围（1uF~999uF）。误差2%左右。 1.拟定系统方案框图 （1）方案一：纯硬件电路 图1纯硬件构成系统框图 （2）方案二：运用单片机程序编程设计电路 图2含单片机程序设计电路 2．方案的分析和比较 基于方案一较方案2只用到简单硬件，不需要编程，且大部分设计知识已经掌握，所需的有设计到出图的时间比较少。所以选择方案一，简单，易行，节省时间。 二、单元电路的设计 1.时基电路 时基电路是由占空比可调的555定时器构成的多谐振荡器，其基本工作原理如下：由于电路中二极管D1，D2的单向导电性，使电容器的充放电分开，改变电阻大小，就可调节多谐振荡器的占空比。图中Vcc通过R4、D2向电容C3充电，充电时间为 t ph 0.7R 4 C3 式（1）方 波 发 生 电 路与 门 电 路 计 数 电 路 译 码 显 示 电 路 单 稳 态 电 路

电容器 C3通过D1，R5及555中的三极管T 放电，放电时间为 t pl ≈0.7R 5C 式（2） 因而，振荡频率为 3 )54(43 .11C R R t t f pl ph +≈+= 式（3） 电路输出的占空比为 %1005 44 (%)?+= R R R q 式（4） VCC 5V A2 555_VIRTUAL GND DIS OUT RST VCC THR CON TRI R43.2kΩ R510kΩ D11BH62 D21BH62 C30.01μF C4 0.01μF 图3占空比可调的方波发生器 图4方波发生器的工作波形 本次试验需要产生8.9KHz 的频率，通过公式计算R4=3.2K Ω,R5=10K Ω,C3=0.01uf 此时f=10.8KHz,通过模拟产生的基准频率为8.9KHz,满足误差要求。 用555定时器构成的单稳态触发器如图5所示。

低频数字式相位测量仪(余蜜)

电子测量原理 低频数字式相位测量仪 班级:电子信息工程 姓名：何静峰 学号:20１140751５8 日期:2０１４年4月15日

系统方案 １ 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ｐh ａs ｅ为 o c r N 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 c sf N phase 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ｆ1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sin ｇal1的计数为Ｎ1,同时期参考高频信号的计数为Ｎ,则 o N N 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。 2 移相信号发生器

⑴频率合成器方案 方案一：采用函数发生器8０3８。可以同时产生正弦波、三角波、方波，频率可由调制电压控制，但此方案难以实现相移,而且输出频率不稳定。 方案二:采用直接数字频率合成(DDＦS)方案。用存储器存储所须的波形量化数据，采用不同时钟频率的地址计数器，根据计数值读出存储器中的量化数据，再经Ｄ/A转换后滤波整形输出。此方案可以很好地控制两路波形的相位差以及频率。 经上述比较，我们采用方案二。 ⑵幅度控制 方案一:利用可调电位器手动调节电压幅值。 方案二：通过控制D/A的参考电压控制输出波形的幅度。参考电压可通过对另一Ｄ／A置数从而输出不同电压，进而控制输出波形的幅度。 方案二可以预置幅值，并且比较精确,方便操作,故选方案二。 经上面方案论证，我们采用如下的系统方案： 设计技术指标 (1)相位测量仪 a．频率范围：2０Hz～2０ｋHz。

数字相位差测量仪的设计

目录 1.设计任务书。 2.设计方案概述。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理。 4.电路的组成及参数选择。 4.1整形电路及信号C的形成。 4.2滤波电路的参任务计划书。 4.3V/f变换电路的设计。 4.4 89C52内部资源的利用。 5.应用实例。 6.结论。 7.总结。 一、设计任务书 （一）任务 设计仿真一数字相位计 （二）主要技术指标与要求： （1）输入信号频率为0HZ～250HZ可调 （2）输入信号的幅度为0.5V （3）采用数码管显示结果，相位精确到0.1° （4）采用外部5V直流电源供电 （三）对课程设计的成果的要求（包括图表） 设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书。要求图纸布局合理，符合工程要求，所有的器件的选择要有计算依据。 二、设计方案概述 根椐设计任务书的要求，我们参考了一些相关资料书，经过小组的讨论分析，提出了一种用v/f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与相位差大小的直流电，再有v/f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，适应与大范围的各种输入频率等优点。 正弦交流电电信号相位差的测量可以用多种方法实现。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高但相位差较小时，都可以出现较大的误差。另外，由于直接测量得到的是时间，相位差角要由这一中间结果与信号的周期运算后才能得到，所以周期的测量不可缺少，其测量的精度也将影响相位差的精度。 在此用一种新的思路进行相位差的测量，用v/f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，可以得到较高的精度。题达到了0.1的测量精度，与此同时工业运行控制中现场操作，修改和设置等问题也得到了很好的解决，以上这些都在工业运行中得到了厂方的认可。存在的问题主要是本仪器通用性很不强，很难在更大的范围应用和推广，只能运用与某些特定的企业。今后的工作主要硬件和软件的改进上，列入增加一些通用行很强的功能模块。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理 首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1示A和B 再对A,B进行异或处理, 异或输出信号C 的脉冲宽度则反映相位差角.C 的脉宽T1对应的电角度是相位差角,C 的周期T2 是信号周期T 的1/2.如果信号角频率为w 则T1= /w. C为幅值为U 的方波其平均值Ud=UT1/T2=U 由此可见,C 的平均值( 亦即直流分量)仅与相位差角和脉冲幅 度有关与信号周期无关

数字电路课程设计报告_简易数字电容测试仪(原创)

数电课程设计报告 题目简易数字式电容测试仪 简易数字电容C测量仪 前言 电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。 不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF）1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。 电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有重要的影响，本课题就是用数字显示方式对电容进行测量。 本设计报告共分三章。第一章介绍系统设计；第二章介绍主要电路及其分析；第三章为总结部分。 摘要：由于单稳态触发器的输出脉宽t 与电容C成正比，把电容C转换成宽度为t W的矩 W 形脉冲，然后将其作为闸门信号控制计数器计标准频率脉冲的个数，并送锁存--译码--显示系统就可以得到电容量的数据。 关键词：闸门信号标准频率脉冲

目录 第一章系统设计 (2) 一、设计目的 (2) 二、设计内容要求 (2) 三、设计技术指标 (2) 四、方案比较 (2) 五、方案论证 (3) 1、总体思路 (3) 2、设计方案 (3) 第二章主要电路设计与说明 (4) 一、芯片简介 (4) 1、555定时器 (4) 2、单稳态触发器74121 (4) 3、4位二进制加法计数器47161 (5) 4、4位集成寄存器74 LSl75芯片 (6) 5、七段译码器74LS47-BCD 芯片 (7) 二、总电路图及分析 (7) 1、总图 (7) 2、参数选择及仪表调试 (9) 3、产品使用说明 (9) 4、以测待测电容Cx的电容量为例说明电路工作过程及测容原理 (9) 三、各单元电路的设计与分析 (9) 1、基准脉冲发生器 (9) 2、启动脉冲发生器 (10) 3、Cx转化为Tw宽度的矩形脉冲 (10) 4、计数器 (10) 5、寄存—译码—显示系统 (10) 第三章总结 (11) 参考文献 (11) 附录 (11) 附录1 元器件清单 (11) 附录2 用集成元件代分立元件电路 (12) 评语 (13)

数字电容测量仪 课程设计

数字电子技术课程设计报告书 课题名称 数字电容测量仪的设计 姓 名 吴亚香 学 号 1212501-35 学 院 通信与电子工程学院 专 业 电子科学与技术 指导教师 张学军 2014年 6月 10 日 ※※※※※※※※ ※ ※※ ※※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2012级电子科学与技术专业 数字电子技术课程设计

数字电容测量仪的设计 1设计目的 （1）掌握multisim12仿真软件的应用技巧。 （2）掌握电容数字测量仪的设计组装与调试方法。 （3）熟悉相应的中大规模集成电路的使用方法，并掌握其工作原理。 2设计思路 本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲也就是标准频率。同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽tw与电容C成正比。把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—译码显示系统就可以得到电容量的数据。外部旋钮控制量程的选择。用计数器控制电路控制总量程。。 3设计过程 3.1设计框图 图1 数字电容测量仪原理图 3.2多谐振荡器电路的设计 振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定度以及其所产生的基准频率的稳定度决定了数字电容测量仪的准确度，通常选用石英晶振构成振荡电路。在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器如果图2所示。

555组成多谐振荡器的工作原理如下： 接通电源Vcc后，Vcc经电阻R 1和R 2 对电容C充电，其电压U C 由0按指数 规律上升。当U C ≥2/3V CC 时，电压比较器C 1 和C 2 的输出分别为U C1 =0、U C2 =1，基 本RS触发器被置0，Q=0、Q’=1,输出U 0跃到低点平U oL 。与此同时，放电管V 导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。随着电容C放电， Uc下降到Uc≤1/3Vcc时，则电压比较器C 1和C 2 的输出为U c1 =1、U c2 =0，基本RS 触 发器被置1，Q=1，Q’=0，输出U 0由低点平U oL 跃到高电平Uo H 。同时，因Q’=0， 放电管V截止，电源Vcc又经过电阻R 1和R 2 对电容C充电。电路又返回前一个 暂稳态。因此，电容C上的电压Uc将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了振荡，输出矩形脉冲，作为基准信号频率。555组成多谐振荡器输出波形如图3。 VCC 图2 555组成多谐振荡器

低频数字式相位测试仪—开题报告

低频数字式相位测试仪的研究 一、设计背景和意义： 相位测量技术的应用已深入到许多领域，广泛应用于国防、科研、学校和厂矿，传统相位测量使用的是指针式仪表，但随着电子技术的发展，数字显示相位仪不断涌现。利用了51单片机的高速硬件捕获功能来实现频率和相位的测量;并利用A/D转换器对数据进行进一步的处理，在高低频段分别采用多次测量、滤波算法、矢量分解、便宜修正等算法消除干扰提高精度，采用大屏幕液晶显示测量详细信息;利用AVRmega8515配合16.384MHZ的高速晶振，采用软件DDFS实现双路数字式移相信号发生器，使用优化算法是当今科技发展对低频数字式相位测量仪的新要求。 二、设计的主要内容以及具体要求： 2.1设计的主要内容 低频数字是相位测量仪实际需要设计和制作的三个独立的部分：（1）数字相位测量仪；（2）数字式移相信号发生器；（3）移相网络。本系统由两块独立的CPU组成。 本系统以51单片机以及可编程逻辑器件为核心，由模拟移相网络、数字式相位测量仪（含测频功能）、数字式移相位测量仪的核心为数字鉴相器及高速计数器，频率计采用高精度恒定误差测频法。信号发生器使用直接数字频率合成（DDFS）技术，并使用汉字液晶显示模块，操作界面友好。系统的测量精度及其它指标均达到了设计要求。 2.2设计的具体要求 （1）设计并制作一个相位测量仪 a．频率范围：20Hz～20KHz。 b．允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V～5V范围内变化。 c. 相位测量仪的输入阻抗≥100K。 d. 相位测量绝对误差≤。 e. 具有频率测量及显示功能。 f. 相位差数数字显示：相位读数为～，分辨力为。 （2）移相网络 a．输入信号频率：100Hz，1K，10Kz。 b．连续相移范围：～ c. A`,B`输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V～5V范围内变化。 十进制数字显示，显示刷新时间1～10秒连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。 三、设计的实现方案： 方案论证 数字移相技术的核心是：先将模拟信号或移相角数字化，经移相后再还原成模拟信号。移相方案主要有以下几种。 方案一：利用D/A转换实现相移

数字电容测量仪-课程设计

电气与自动化工程学院课程设计评分表 课程设计题目： 班级：学号：姓名： 指导老师： 年月日

课程设计答辩记录 学院专业班级答辩人课程设计题目 说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答

常熟理工学院电气与自动化工程学院 课程设计说明书 课程名称：电子技术课程设计 设计题目：电容测量仪_____________ 班级：ZB62161 姓名：吴彬 学号：ZB6216123 指导老师：施健 设计时间：2017-1-11

目录 一．设计目的 (1) 二．设计思路 (1) 三．设计框图 (1) （1）设计过程 (1) （2）多谐振荡器的设计 (2) （3）单稳态触发器电路的设计 (2) （4）计数电路的设计 (3) 四．整体电路设计 (4) 五．系统调试 (5) 六．仿真结果 (5) 七．设计心得 (6) 八．参考文献 (7)

数字电容测量仪的设计 一．设计目的 （1）了解常用数字集成电路的使用。 （2）了解电容测量仪的工作原理。 （3）掌握利用数字式集成电路设计电容测量仪的原理和Multisim调试的方法。 二．设计思路 本设计中用555振荡器产生一定周期的矩形脉冲作为计数器的CP脉冲也就是标准频率。同时把待测电容C转换成宽度为tw的矩形脉冲，转换的原理是单稳态触发器的输出脉宽tw与电容C成正比。把此脉冲作为闸门时间和标准频率脉冲相“与”，得到计数脉冲，该计数脉冲送计数—译码显示系统就可以得到电容量的数据。外部旋钮控制量程的选择。用计数器控制电路控制总量程。 三．设计框图 图1 数字电容测量仪原理图 四．设计过程 （1）多谐振荡器电路的设计 振荡器是数字电容测量仪的核心，振荡器的稳定性以及其所产生的基准频率的稳定性决定了数字电容测量仪的精确度。在要求不高的情况下可以选用555构成的多谐振荡器如果图2所示。 555组成多谐振荡器的工作原理如下：

数字相位测量仪

电子设计竞赛报告 电子设计竞赛报告 题目: 数字相位测量仪设计报告 院系名称：电气工程学院专业班级：电气F1104班学生姓名：陈x超学号： 指导教师：教师职称：副教授 评语及成绩： 指导教师： 日期：

摘要 本设计提出了一种基于c8051f020单片机开发的低频数字相位测量仪的方案。主要包括相位测量模块、单片机最小系统、显示模块的设计。可以对低频率范围的信号进行相位等参数的精确测量，测相绝对误差不大于1°。相位测量模块采用对输入的两路信号（同频率、不同相位）通过比较器整形、鉴相器异或之后得到的相位差，输入到单片机的中断口进行数据采集处理；采用数码管显示被测信号的相位差。硬件结构简单，软件采用汇编语言实现，程序简单可读写性强、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比较器整形数码管

目录

1.方案设计 1.1设计方案论证 从功能角度来看，相位测量仪要完成信号相位差的测量。相位测量仪有两路输入信号，也是被测信号，他们是两个同频率的正弦信号，频率范围为20Hz~20KHz （正好是音频范围），幅度为U PP =1~5V ，但两者幅度不一定相等。 相位和相位差的概念[4]： 令正弦信号为： ()()0sin ?ω+=t A t A m （2.1） 2.1式中Am 称为幅值（最大值），且A A m 2=，A 称为有效值；()0 ?ωθ+=t t 称为相位，0?称为初相位，ω称为角频率。Am 、ω、0?称为正弦量的三要素。 只有两个同频率的（正弦）信号才有相位差的概念。不妨令两个同频率的正 弦信号为： ()()()() 02220111sin sin ?ω?ω+=+=t A t A t A t A m m （2.2） 则相位差： ()()02010201???ω?ωθ-=+-+=t t （2.3） 由2.3式中可看出，相位差在数值上等于初相位之差，θ是一个角度 不妨令θωθT =，其中θT 是相位差θ对应的时间差，且令T 为信号周期，则有比例关系： θθ:360:T T = （2.4） 可以推导得到： ()360/?=T T θθ （2.5） 式子2.5中可以说明，相位差θ与θT 一一对应，可以通过测量时间差θT 及信号周期T ，计算得到相位差θ，这就是相位差的基本测量原理。 由于相位差的基本测量原理可知，相位差的测量本质上是时间差θT 及信号周期T 的测量，也就是时间的测量，而时间的测量不可避免地要用到电子计数器。 时间的测量有多种方法，而设计题目关于相位测量仪的技术指标要求会影响到我们对方案的选择，MCU 应用系统一般能较好的实现各种不同的测量及控制功能，往往还能满足一些设计要求比较高的技术指标，因此，我们在进行电子系统设计时，可用MCU 实现系统功能，完成系统指标。

数字式相位差测量仪

《电子技术》课程设计报告课题：数字式相位差测量仪 班级电气1112 学号 1111205423 学生姓名孟雷 专业电气工程及其自动化 院系电气学院电子系 指导教师专业方向课程设计指导小组 淮阴工学院 电子信息工程系 2014年12月

一、设计目的与任务 《电子信息工程专业方向》课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的、系统的、综合的工程训练。在教师指导下，运用工程的方法，通过一个较复杂课题的设计练习，可使学生通过综合的系统设计，熟悉设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，掌握必须提交的各项工程文件。其基本目的是：培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用电路设计和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固，加深和扩展有关电子类方面的知识。 通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养： (1)独立工作能力和创造力； (2)综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力； (3)查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力； (4)工程绘图的能力； (5)编写技术报告和编制技术资料的能力。 二、设计要求 1、被测信号为正弦波(或者是方波)，频率为40~60Hz，幅度大于等于0.5V；相位测量精度为1度；用数码管显示测量结果。 2、主要单元电路和元器件参数计算、选择； 3、画出总体电路图； 4、提交格式上符合要求、内容完整的设计报告

三、总体设计 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。例如,电力系统中电网并网合闸时,要求两电网的电信号之间的相位相同,这需要精确测量两列工频信号的相位差。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相位差测量仪,该仪以可编程逻辑器件(PLD) 和锁相环(PLL) 倍频电路为核心,实现了两列信号相位差的自动测量及数显。 相位差测量仪的原理框图(以分辨率为1°为例)如图1 所示。基准信号(相位基准) f R 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 R ,但相位与f R 相同,这个输出信号被用作计数器的计数时