模电课程设计——数字式相位差测量仪

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1、模电课程设计一一数字式相位差测量仪小组成员：韦岸（组长）袁剑波农志兴杨勰一.数字式相位差测量仪的概念数字式相位差测量仪是利用MAX7219外界微处理器实现数码显示。当两列同频率信号经过整形电路比较电路后，输出两列方波，然后通过微处理器対其进行处理，讣算出两列信号的相位差，再向显示控制器下达显示指令，产生使LED显示器显示数码的电平，达到利用数码管显示相位差的效果。这里，采用单片机的计数功能对输入脉冲进行计数，使计数器仪在两信号的相位差期间计数。其功能，先将计数器进行清零，接下来检测输入的脉冲的上升沿，若

2、上升沿到，则计数器开始工作，当下一个新号的上升沿到来的时候，计数器便停止计数，将计数器的结果送入锁存器进行锁存，再对计数器进行清零，这样，可是使计数器在下一次能正常工作。该电路必须加计数锁存器，否则显示器上的数字会随计数器的状态而变化，所以要想稳定地显示测量结果，计数器的计数结果必须经锁存器锁存。二.原理框图的构建相位差测量仪的原理框图，分辨率为1度。基准信号（相位基准）f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11!信号频率为360f,但相位与f相同

3、，这个输出信号被用作计数器的计数时钟。被测信号fs经过放大整形再2分频后得到fs/2与f/2送入由异或门组成的相位比较电路，其输出脉冲A的脉宽中反映了两列信号的相位差：利用这个信号作为计数器的阀门控制信号，使计数器仅在f与fs的相位差ip内计数，这样计数器记得的数即为『与fs之间的相位差。由于计数器吋钟频率为360f,因此，一个计数脉冲对应1度。计数的值经锁存译码后通过LED数码管显示。D触发器用于判断f与fs的相位关系，当Q为1时，f超前于fs,相位取正值，符号位数码管显示全黑：当Q为0为0时，f滞后

4、于fs,相位取负值。原理框图三.电路原理图(1)放大电路本设计采用的是LM324运算放大器，如下图:(反相输入端)。盼通过使用LM324运放器，我们可以使正弦波转变为方波。方波函数发牛器如下图：畑詁Vcc展R—叱，z_xR2M4CRfR1~R2+R1（2）锁相倍频电路电路图如下：U54COMPINVCOINPPPC1OUT14SIGINPC20UT13CX1VCOOUT3l7V2CX2INHR1R2DEMODZENER10?54046锁相环CD4046为数字锁和环（PLL）芯片,内有两个PD、VCO、缓

5、冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。它具有电源电压范围宽、功耗低、输入阻抗高的特点。下图为CDRO4046的内部结构图:CD4046的工作原理如下：输入信号从Ui经14脚输入后，经放大器AI进行放大、整形后加到相位比较器I、II的输入端，图中开关K拨至2脚，则比较器I从3脚输入的比较信号Uo与输入信号Ui做相位比较，从相位比较器输出的误差电压U巾则反映出两者的相位差。U巾经R3、R4及C2滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚，调整VCO的振荡频率f2,使f2迅速逼近信号频

6、率fl。VCO的输出又经除法器再进入相位比较器I,继续与Ui进行相位比较，最后使得f2=fl,两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。若开关K拨至13脚，则相位比较器II工作，过程与上述相同，不再赘述。CD4046的一个重要功能是：内部压迫、控振荡器的输出信号从第4脚输出后引至第3脚输入，与从第14脚输入的外部基准频率信号的相位的比较。当两者频率相同时，压控振荡器的频率能自动调整，直到与基准频率相同。’下图为CD4046的管脚排列:1PHoS162PHoiz153PHqPHii144VCOo4046警21

7、35INHK1126乩117DEM。108VCOj9各管脚的功能描述：1脚相位输出端，环路人锁时为高电平，环路失锁时为低电平。2脚相位比较器I的输出端。3脚比较信号输入端「4脚压控振荡器输出端。5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。6、7脚外接振荡电容。&16脚电源的负端和止端。9脚压控振荡器的控制端。10脚解调输出端，用于FM解调。11.12脚外接振荡电阻.13脚相位比较器I］的输出端。14脚信号输入端°15脚内部独立的齐纳稳压管负极。(3)360分频电路电路图如下：•J2・D-c8u

8、p8•T1I.AM38TEH•••■•••■B••U84081•2丄76-5丄2413121415,aQ1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11^TEXT>其中所使用了2种芯片：4040和4081在此不做具体介绍。(3)数显部分由CD4511驱动器和BCD七段数码管显示下图是CD4511的逻辑图：CD4511是BCD-7段所存译码驱动器，在同一单片机上由COS/MOS逻辑器件和NPN双极型晶体管构成。这些器件的组合，使CD