时间继电器测试仪的研究论文.doc

时间继电器测试仪的研究毕业论文 1 概述 1.1本课题研究的目的和意义 本课题的时间继电器测试仪的,用单片机作为系统的主要控制部件,实现对整个电路的测试信号控制、数据运算处理、键盘扫描和控制液晶显示器(LCD)的显示输出等。早期在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器 ,它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。目前最常用的为大规模集成电路型的时间继电器，它是利用阻容原理来实现延时动作。QuartusⅡ设计平台上实现了全部编程设计，单片机采用底层语言编程，可以精确地控制闸门的开启和关闭，从而进一步提高了测量精度。 1.2本课题的主要研究内容 1研究了时间继电器测量的基本原理及其误差分析； 2单片机作为测试仪的主控部件实现了对仪器的管理、控制和显示； 3基于QuartusⅡ和VHDL语言在FPGA芯片ACEX1K上采用自上而下的数字电子系统设计方法，实现了对时间继电器测试仪的硬件及软件设计； 1.3时间/频率测量方法及其产生的误差分析 时间/频率的测量是电子测量领域的最基本的测量之一。在数字化测量系统中对时间的测量通常都是转化为对频率的测量。由于频率信号抗干扰能力强、易于传输、可以获得较高的测量精度，所以对频率测量方法的研究越来越受到重视。目前许多非频率量的传感信号都要转化为频率信号来进行测量。而常用的时间/频率测量方法通常有以下两类:一类是模拟测量方法，另一类是数字测量方法。 1.3.1模拟测量方法及其产生的误差分析 时间/频率测量技术按工作原理可以分为直接法和比较法两类: 1 直接法 直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率值。在某电路中，输入被测频率Fx是电路和设备的已知参数a，b，c，.…，.的确定的函数关系。 Fx=Ф(a,b,c…) （式1.1） 式中由于a、b、c……是电路的已知参数，可根据a、b、c等的值求得Fx的值。这种测量方法简单，但是精度低。其测量误差主要来源于频率特性式的理论误差，各参数的测量误差以及判断误差。用这种方法测量频率的典型方法有电桥法和谐振法。前者用于低频段，后者主要用于高频段或微波段，随着数字电子技术的发展这种测量方法正逐渐被数字测量方法取代。 2比较法 比较法通过利用标准频率Fo和被测频率Fx进行比较来测量频率Fx的。其测量原理就是调整参数m、n使下式成立: nFx=mFo (m，n为正整数) (式1.2) 则可求得Fx。利用比较法测量的精确度取决于标准频率Fo和判断上述等式成立的精确度。 拍频法、示波器法和差频法等测量频率的方法都是属于此方法的测量范畴。前两种方法主要用于低频频率段的测量，差频法通常用于高频频率段的测量。但是随着数字电子技术的发展模拟测量方法正逐渐被数字测量方法取代，数字测量方法被越来越广泛的应用，下面就对其进行介绍。 1.3.2数字测量方法及其产生的误差分析 电子计数器也是一种利用比较法进行测量的最常见最基本的数字化仪器，是其它数字化测量仪器的基础，因而在时间/频率的测量中被广泛应用。计数器测量方法是其典型的应用。 计数器测量方法是根据频率的定义，记下单位时间内周期信号重复的次数。目前该方法被广泛应用的是电子计数器。此方法的测量精度主要取决于基准时间和记数的量化误差，本次设计就是采用的电子计数器法，下面对其进行详细介绍。 传统的电子计数器法测频方法通常有以下两种:一种是直接测频法，另一种是测周期法。近年来在传统测频方法的基础上人们又提出了等精度恒误差测频法。 1直接测频法 所谓直接测频法是根据频率的定义，把被测频率信号经信号调理电路后，加到闸门的输入端，只有在闸门打开时间T(以秒计)内，通过计数器计数被测信号的脉冲个数N，从而通过频率的定义计算出被测信号的频率。直接测频法的原理框图如图1-1所示。脉冲调理电路将被测信号①转变成脉冲信号②，其频率与被测信号频率Fx完全相同，将它送入闸门。闸门的开关时间由门控信号④控制。脉冲⑤为在开门时间内通过闸门的被测脉冲信号被送至计数器计数，时基信号发生器产生精确的开门时间，若在开门期间计数器计数值为N，则被测信号的频率为: Fx=N/T （式1.3） 图1-1 直接测频法原理框图 2测周期法 测周期法是通过测量被测信号的周期来计算频率的。其测量电路框图如图1-2所示。被测信号经信号调理电路变成方波信号后，加到门控电路形成门控信号Tx，控制闸门开关。在打开闸门期间，周期为To的时基信号通过闸门送到计数器计数。设电子计数器计得的时钟脉冲个数为N，则有: Tx=NTo Fx=l/Tx=l/NTo=Fo/N