低频数字式相位测量仪 电子信息工程等专业学位论文Word下载.docx

低频数字式相位测量仪 电子信息工程等专业学位论文Word下载.docx

《低频数字式相位测量仪 电子信息工程等专业学位论文Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低频数字式相位测量仪 电子信息工程等专业学位论文Word下载.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机；

等精度；

误差；

测相仪；

相位差；

计数器

abstract

Frequencyandphasemeasurementsinproductionandresearchequipmentwidelyusedinallsectors.Achievedigitalmeasurements.Automation.Intelligentapplicationshasbecomenecessarynowtothemeasurementaccuracyrequirementsareincreasinglyhigh.IntraditionallawandgeodeticsurveyfrequencymeasurementaccuracyisnothighWeeklawwrongonatheorybasedonthenumberoffrequenciestoAT89C51Danpianjicontroldevicesforthenewfrequencymeasurementmethods:

suchprecisionmeasurements.UseChanpianjidoublerod"

relevantcalculations"

theapplicationDanpianjithearithmeticandcontrolfunctions,suchasachievingahighfrequencyprecisionmeasurementsovercome+1MSBoverallfrequencyoferrorsinthemeasurementoflowfrequencybandsrangingfromprecisionerrorstomeetthemeasurementaccuracyrequirementsandsystemresponsetimemeettherequirements.Thefrequencyofuseofthismethodtoachieveahigh-precision,low-cost,easytoimprovefeatures,acertainrelevance.Thisarticleintroducestheprinciplesofitscompositionandworkingsystems,aswellassystemsoftwareandhardwaredesign.

Thispaperbasedontheprinciplesof13,800digitizedagainsttraditionaldigitalphaseofapulserechargecountlawisnothighprecisionmeasurements,errorbigmistakes,andtheuseofexternalcircuitsChanpianjicombinedusingHFpulserechargenumber,suchasmulti-cycleapproachtoachieveprecisionmeasurementsofthehigh-precisionmeasurementoftransmitters,highlighttheprinciplesandsystemsoftwareandhardwaretoachieve.

Keywords:

Chanpian;

suchprecision;

Error;

Testingofdevices;

Pairs;

Counter

绪论

随着无线电技术的发展与普及，“频率”已成为广大群众所熟悉的物理量调节收音机上的频率刻度盘可使你选听到你喜欢的电台节目；

调节电视机上的微调旋钮可使得电视机对准电视台的广播频率，获得图象清晰的收看效果，这些已成为人们的生活常识。

频率的应用在当代高科技中显的尤为重要，例如，邮电通讯，大地测量，人造卫星的导航定位控制都与频率密切有关，其精密度与准确度比人们日常生活中的要求高的多罢了。

相位测量技术在国防.科研.生产等各个领域都有广泛应用，特别在电力.机械等部门要求精度测量低频相位，采用传统的模拟指针式相位测量仪表显然不能够满足所需的精度要求。

随着电子技术与微型计算机技术的发展，数字式仪表因其高精度的测量分辨率以及高度的智能化.直观化的特点得到越来越广泛的应用，对相位测量的要求也逐步向高精度.高智能化方向发展。

可见，随广泛应用的需要，高精密.高准确.高智能化是大势所趋.一般的测量仪测量范围有限，随着电子技术的发展，高频信号的测量也越来越受的亲睐，实现测量的数字化.自动化.智能化已成为各类仪器仪表的设计方向。

现在频率的测量仪器突破传统的测量方法，以单片机为核心来设计的，利用外围电路，软硬件结合，实现了测量量程的自动切换，具有较高的测量精度和较短的系统反应。

这样设计测量误差小，价格低，结构简单，适应了发展的需要。

相位测量也是以单片机为核心的，利用单片机的高数据处理能力，存储容量大，较多的并行口能满足外围设备.芯片扩展需要。

数字显示相位仪不断的涌现，具有速度高.只能化.电路简单.工作可靠等特点。

随着科技的发展，频率的测量应趋于以下几个特点：

①测量精度高。

由于有着各种等级的时频标准源，而且采用无线电波传递标准时频方便.迅速.实用。

所以在人们能进行测量的成千上万个物理量中，频率测量所能达到的分辨和准确度是最高的。

②测量范围广。

现代科学技术中所涉及到的频率范围是极其广泛的，从百分一赫兹甚至更低频率开始，一直到10KHz以上。

处于这么宽范围内的频率都可以做到高精度的测量。

频率信息的传输和处理，如倍频.分频和混频等都比较容易，并且精度也很高，这使得对各不同频段的频率测量能机动.灵活的实施。

相位的测量应更趋于数字化.智能化.精确化。

本论文设计的主要任务为：

⑴设计并制作一个频率计，包括：

ａ完成频率计电路设计，实现对0～10KHZ信号频率的测量。

ｂ频率测量误差小于5HZ。

ｃ频率计数器8位数字显示电路，完成显示自检.初始化和测量结果的显示。

ｄ设计测量超限报警电路

⑵设计并制作一个相位测量仪，包括：

ａ设计相位测量电路，对1MHZ信号频率的两个信号进行相位的测量，两信号的相位差≤90度。

ｂ相位测量误差小于5度

c显示相位测量结果，标记出超前.滞后。

本论文主要详细介绍系统的硬件设计，共分为四章，第1章是“系统的工作原理”，介绍了传统的测频和测相的工作原理，是本设计的依据和出发点。

第二章是“系统总体设计及思路分析”，着重介绍了本设计的大体思路和不同的设计方案，并比较了不同方案的优缺点，选择出设计的最佳实现方法。

第三章是“系统的硬件设计”，分模块具体介绍了系统的硬件设计实现方法，对所用芯片、功能原理和参数计算都作了详尽的介绍。

第四章是“系统的软件设计”，对基于系统硬件设计的软件实现方法作了大概的讲解，以便对总体的软件设计有所了解。

第一章系统工作原理

1．1频率测量原理

若某一信号在T秒内重复变化N次，则根据频率的定义，可知该信号的频率Fzw为：

Fz=N/T

由此传统的测频方法通常有两种：

一是直接测频法，二是测周法。

所谓的直接测频法是根据频率的定义，把被测频率信号经脉冲形成电路后，加到闸门的一个输入端，只有在闸门开通时间T（以秒计）内，通过计数器计数被测信号的脉冲周数N，从而通过频率定义计算出被测频率。

直接测频的实现框图如图所示，脉冲形成电路将被测信号①转变成脉冲②，其重复频率等于被测信号频率fx，将它送入闸门。

闸门的开闭时间由门控信号④控制。

脉冲⑤为在开门时间T内通过闸门的脉冲，被送至计数器计数，时基信号发生器产生准确的开门时间T，若在开闸期间计数器计数值为N，则被测信号频率为：

fx=N/T

图1-1直接测频法原理框图

根据误差绝对值合成法则，直接测频误差为：

上式右边第二项通常忽略不计，当被测信号频率低时，那么产生的误差就较大了，所以测频不宜用于测量低频信号。

所谓的测周法是通过测量被测信号的周期来计算频率的，其测量原理框图如图所示。

被测信号经脉冲形成电路变成方波，加到门控电路形成门控信号Tx控制闸门开闭，在开闸期间，周期为To的时基信号通过闸门送计数器计数。

设电子计数器计得的时钟脉冲个数为N，则有：

Tx=NT0

fx=1/Tx=1/NT0=f0/N

图1-2测量周期的原理

这种测量方法产生的总误差为两项合成值：

上式右边第一项为±

1误差，第二项为标准频率误差，通常可忽略不计。

可见当T0一定时，被测信号频率fx愈高，Tx愈小，由±

1误差引起的测量误差就愈大，所以测周法不宜用于测量高频率信号。

1．2相位测量原理

信号波形的表达式为U=Ｕmsin（ωt＋ψ0）式中Ｕm是电压振幅；

ω为角频率；

ψ0为初相位。

设两同频率的正弦波信号为

ｕ1=Ｕ1sin（ωt＋ψ1）

ｕ2=Ｕ2sin（ωt＋ψ2）

相角差为ψ=ψ1－ψ2是一个常数，并且等于两正弦量的初相之差。

传统测相方法比较多，有用示波器测量的，但这样直接测量的误差比较大。

有把相位差转换为电压，即利用非线性器件把被测信号的相位差转换为电压或电流的增量，在电压表或电流表盘上刻度上的相位刻度，由电表指示可直读被测信号的相位差。

有把相位差转换为时间间隔进行测量。

测量出两正弦波过零点的时间差△T和其周期T，则ψ=（ΔT/T）×

180。

。

第二章系统总体设计思路及方案分析

2．1测频

结合传统的测频方法，实现一个宽频域.高精度的频率计，直接用传统的测周或者测频法难以实现，测周法在高频段误差较大，而测频法在低频段的误差较大。

2．1．1脉冲数倍频测频法

此法克服了传统的测频在低频测量时精度不高的缺陷。

通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。

其待测频率为：

fx=N／AT

但待测信号脉冲间隔减小，间隔误差降低，控制电路较复杂。

2．1．2脉冲数分频测频法

此法克服了传统的测周期法在测高频精度不高的缺陷。

由于传统测周法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号的周期扩大A倍，所测频率为：

fx=AN/T

精度在高频虽然有所提高，但控制电路有点复杂。

2．1．3测频-测周结合法

鉴