基于8051单片机的相位差测试仪的研究设计.doc

基于8051单片机的相位差测试仪的研究设计 摘 要 提出了一种基于8051 单片机开发的低频数字相位差测量仪的设计。系统以单片机8051 及计数器，显示管为核心, 构成完备的测量系统。可以对1Hz～ 1000Hz 频率范围的信号进行频率、相位等参数的精确测量, 测相绝对误差不大于1°采用数码管显示被测信号的频率、相位差。硬件结构简单, 程序简单可读写性强,软件采用汇编语言实现, 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； 计数器；数码显示管 Designs of Low frequency Digital Phase Measurement Based on Single Chip Abstract A new kind of low - frequency digital phase measurement instrument is residented which is based on 8051.This is a complete system whose core is based on single chip 8051 and arithmometer and charactron. It may measure the frequency and phase of the signal which begin from 1 Hz to 1000Hz, absolute error is not more than 1° The data are displayed on numeral displayer. Hardware structure is simple and software is realized by compiling language. Compared with traditional circuit, it has many advantages of faster processing speed, good stability and high ratio between property and price. Keyword: phase difference； single-chip computer；. Arithmometer； charactron tube 目 录 第一章 绪论 3 1.1背景介绍 3 1.2本设计的内容要求及方法 4 第二章 小信号处理的构成及基本原理 4 2.1　信号处理模块 5 2.2.1数字式相位测量仪 5 2.2.2.移相网络 6 2.2.3信号发生器 7 2.3方案细化 8 2.3.1、数字式相位测量仪 8 2.3.2信号发生器 9 2.4原理图分析及各参数设置 10 第三章 计数部分的构成和原理 11 3.1测相部分 11 3.1.1测相原理 11 3.1.2电路结构 12 3.2测频部分 12 3.2.1测频原理 12 3.2.2电路结构 13 3.3程序编写 16 3.4输出显示部分 18 第四章 模拟仿真及结论 20 4.1仿真工具的选择 20 4.2电路仿真操作步骤 20 4.3仿真波形分析 21 第五章 原理误差分析 23 5.1小信号部分的误差 23 5.2频率测量模块的误差 23 5.3相位测量模块的误差 23 附录 25 设计回顾，收获及心得体会 30 感谢辞 31 参考文献 32 第一章 绪论 1.1背景介绍 在实际工作中，经常会遇到需要检测两个信号之间的相位差，这也是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。在某些领域，精确地测量两个信号之间的相位差，具有很重要的意义。相位检测和数据判决技术是电力系统自动控制和谐波分析与控制的关键技术，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, 例如在电工仪表、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。当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，这就需要精确测量两列工频信号的相位差。 传统的测量方法很多, 有示波器测量法、转化为时间间隔法、电压测量法、零示法等。有的相位计随着频率的变化其误差呈规律性变化，当工作频率变化较大时，其误差的变化远远超出了允许的范围 随集成电路技术的发展,单片CPU 的普及,用单片机组成的数字相位测量电路具有精度高、成本低的优点, 日益受到人们的重视。目前数字相位测量电路常采用过零比较法,此法受信号频率、时钟频率影响较大, 在干扰较强时检测的准确度不够高。 1.2本设计的内容要求及方法 本次设计的要求是基于单片机设计出能够测试出两同频信号的相位差，并且具有可调移相电路，该系统完成后将使被测电压，频率，相位信号幅值范围分别为1mV～220V，1H