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相位测量方案

※方案实现：

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ω,则

φπ

T1=,T2=.C为幅值为U的方波其平均值Ud=U×T1/T2=U

ωω

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.

通过一个RC低通滤波器将C中的交流成分滤除在滤波器的输出

端就可得到单纯的直流成分如果保持C的脉冲幅度U不变那么就能

够很好地反映出相位差角的大小.结合单片机的A/D转换便可通过

数码管较直观地读取相位差值。相位极性的判断可通过微分电路和锁

存器级单片机来共同完成（详细分析见后文）。

极性判别电路

两频率相同信号源双路比较电路（整形）

鉴相电路

单片机测占空比相位差大小

图2测量相位流程图

两频率相同信号

经过前置电路（包含在测量电流和电压的电路中）的调理，将电流信

号转换成电压信号。经过前置电路同时对电压信号和电流信号进行放

大或衰减处理。使得两路交流电压信号符合下一步整形的电压要求

（2-18V）。

信号调理

整形：

测相的两路信号经过整形，要使产生的额外相差最小，必须保证两路

通道参数的一致性选用TI公司的双路比较器TLC372。

器件优点分析：TLC372是一款LinCMOS双差分输入比较器。它的

输入电压范围很宽，可达2V~18V；耗尽电流很小，在5V时只有150uA；

它具有很高的输入电阻，标准情况下可达W1210，可以直接与高阻

信号源相连。内部还集成有静电放电保护电路。它具有极小的输入偏

置电流，标准情况下只有5pA；具有极低的输入偏置电压，最大情况

下有5mV

图3测相位差调理电路

整形比较模块

A

B

电阻

分压

B

测相位差大小：

A和B信号进过异或处理之后得到C信号，再经过低通滤波的信

号，将占空比转换为直流电压，再进过A/D转换后，单片机可读

取相位差值，输出在数码管上显示。

测量相位极性：

对于信号A与B之间的超前/滞后关系的判断，可以遵循以下原则由

图1可以看出，如果方波A上跳后,C出现高电平,则说明A超前于B.

否则如果A上跳后C出现低电平，则是A滞后于B;可以通过一个锁

存器来记录A上跳后C的状态。信号A经微分电路后接锁存器的控

制端(上跳沿锁入)，当信号A出现上跳时，微分电路输出一个正脉冲，

C的状态被从D端传向Q端保存!而后无论A保持高,低电平还是从

高电平跳变到低电平,微分电路均不输出正脉冲!锁存器处于保持状态。

直到下一次A的上跳锁存器的内容才得以刷新。

输出端Q的状态随时可以被读取,Q=1说明信号A超前于信号B；Q=0

信号A滞后于信号B。

选择D锁存器（74HCT373），通过单片机读取Q的值，再通过点亮LED

灯的方式判断相位极性。

※方案分析: