数字式相位差测量仪

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1、班级：电子1062姓名：万龙学号：23课题：数字式相位差测量仪一、设计目的与任务《电子信息工程专业方向》课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的、系统的、综合的工程训练。在教师指导下，运用工程的方法，通过一个较复杂课题的设计练习，可使学生通过综合的系统设计，熟悉设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，掌握必须提交的各项工程文件。其基本目的是：培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用电路设计和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固，加深和扩展有关电子

2、类方面的知识。通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养：(1)独立工作能力和创造力；(2)综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；(3)查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；(4)工程绘图的能力；(5)编写技术报告和编制技术资料的能力。二、技术指标与要求1、被测信号为正弦波(或者是方波)，频率为40~60Hz，幅度大于等于0.5V；相位测量精度为1度；用数码管显示测量结果。2、主要单元电路和元器件参数计算、选择；3、画出总体电路图；4、提交格式上符合要求、内容完整的设计报告三、工作原理10班级：电子1062姓名：万龙学号：23课

3、题：数字式相位差测量仪在电工仪表、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。例如,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,这需要精确测量两列工频信号的相位差。相位测量的方法很多,典型的传统方法是通过显示器观测,这种方法误差较大,读数不方便。为此,我们设计一种数字式相位差测量仪,该仪以可编程逻辑器件(PLD)和锁相环(PLL)倍频电路为核心,实现了两列信号相位差的自动测量及数显。相位差测量仪的原理框图(以分辨率为1°为例)如图1所示。基准信号(相位基准)fR经放大整形后加到锁相环的输入端,在锁相环的反

4、馈环路中设置一个N=360的分频器,使锁相环的输出信号频率为360fR,但相位与fR相同,这个输出信号被用作计数器的计数时钟。被测信号fS经放大整形再2分频后得到的fS/2与fR/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tp反映了两列信号的相位差;利用这个信号作为计数器的闸门控制信号使计数器仅在fR与fS的相位差tp内计数,这样计数器计得的数即为fR与fS之间的相位差。于计数时钟频率为360fR,因此,一个计数脉冲对应1°。计数的值经锁存译码后通过LED数码管显示。这种测量方法可以从波形图图2得到理解和说明。图中D触发器用于判断fR

5、与fS的相位关系,当Q为1时,fR超前于fS,相位取正值,符号位数码管显示全黑;当Q为0时,fR滞后于fS,相位取负值,符号位数码管显示“-”。四、总体框图10班级：电子1062姓名：万龙学号：23课题：数字式相位差测量仪五、各模块电路分析1移相网络所谓移相是指两种同频的信号，以其中的一路为参考，另一路相对于该参考作超前或滞后的移动，即称为是相位的移动。两路信号的相位不同，便存在相位差，简称相差。若我们将一个信号周期看作是360，则相差的范围就在0°～360°。：两个同频信号之间的移相，是电子行业继电保护领域中模拟、分析事故的一个重要手段，利用

6、移相原理可以制作校验各种有关相位的仪器仪表、继电保护装置的信号源。因此，移相技术有着广泛的实用价值。我们知道，将参考信号整形为方波信号，并以此信号为基准，延时产生另一个同频的方波信号，再通过波形变换电路将方波信号还原成正弦波信号。以延时的长短来决定两信号间的相位值。这种处理方式的实质是将延时的时间映射为信号间的相位值。也就是说，只要能够测量出该延迟时间，我们就可以推算出其相位差值。2．方案实现10班级：电子1062姓名：万龙学号：23课题：数字式相位差测量仪本系统由移相网络，相位测量仪，数字移相信号发生器组成。其中相位测量仪由单限（过零）比较器

7、，逻辑门电路，单片机系统组成。数字式移相信号发生器由单片机软件编程实现，频率可调并可以步进。移相网络由相位超前，滞后网络及放大电路组成。键盘电路与显示电路用来预置初始状态与显示结果。（1）移相网络：具体电路图如图1。在该电路中相角和电压幅值均可以改变。本电路中第一部分是由741和RC网络所构成的超前移相电路和滞后移相电路，第二部分为TL072运算放大器构成的低噪声高增益放大电路。调节RR，R4可以改变输出电压幅度，R3为调零相位电。超前，滞后网络的相关理论：（如下图）对于超前网络：10班级：电子1062姓名：万龙学号：23课题：数字式相位差测量

8、仪关于滞后网络：根据题目要求，不同情况下具体的参数由上述公式计算。注意：具体调试电路的时候应根据以上公式，当输入频率改变的时候，应改变超前，滞后网络中