数字式相位差测量仪说明书数字式相位差测量仪说明书.doc

目 录 绪论……………………………………………………………………1 摘要……………………………………………………………………2 1 结构设计与方案选择………………………………………………3 1.1 基于过零检测法的数字式相位差测量仪方法概述……………………4 1.1.1 相位－电压法 ……………………………………………………4 1.1.2 相位－时间法 ……………………………………………………5 1.2 方案的比较与选择 …………………………………………………6 2 相位－时间法单元电路的原理分析与实现方法…………………6 2.1 前置电路设计与分析 ………………………………………………6 2.1.1 放大整形电路的分析与实现………………………………………6 2.1.2 锁相倍频电路的分析与实现………………………………………7 2.2 计数器及数显部分的设计与分析 ……………………………………9 2.2.1 计数器部分的分析与实现…………………………………………9 2.2.2 译码显示部分的分析与实现………………………………………10 3 结论…………………………………………………………………12 4 参考文献……………………………………………………………13 附录1：元器件名细表… ……………………………………………14 附录2：相位时间法总体电路原理图 ………………………………15 附录3：相位时间法总体电路PCB板 ………………………………16 附录4：相位时间法总体电路PCB板3D视图 ……………………17 绪 论 随着科学技术突飞猛进的发展，电子技术广泛的应用于工业、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。数字相位测试仪在工业领域中是经常用到的一般测量工具，比如在电力系统中电网并网合闸时，需要两电网的电信号相同，这就需要精确的测量两工频信号之间的相位差。更有测量两列同频信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具备重要意义。近年来，随着科学技术的迅速发展，很多测量仪逐渐向“智能仪器”和“自动测试系统”发展，这使得仪器的使用比较简单，功能越来越多。本低频数字相位测量仪由集成电路构成。0.1°，可测信号的频率范围为0Hz～250Hz，幅度为0.5Ⅴ，由于74HC4046的性能比较好，使得所制得的仪器精度相对较高，达到了任务书中所规定的要求。 摘 要 本低频数字相位测量仪由集成电路构成。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，再经过RC电路积分后进行A/D转换。根据相位差与电平成正比的关系，由芯片ICL7136组成的显示校正网络得到相位差值。图中的D触发器用于判断FR与FS的相位关系，当Q为1时，FR超前FS，相位取正值，符号位显示全黑；当Q为0时，FR滞后于FS，相位取负值，符号位显示“-”。其总体原理方框图和测量波形图分别如图1-1和图1-2。 图1-1 方案一总体原理方框图 图1-2 测量波形图 在上图中有V=v*tp/T.其中T为鉴相之后的波形周期，v为波形高度。 1.1.2 相位－时间法 基于相位－时间法原理的测量仪的原理框图如图1-3所示。基准信号(电压信号)fr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=3600的分频器，使锁相环的输出信号频率为3600fr，但相位与fr相同，这个输出信号被用作计数器的计数时钟。 图1-3 总体原理方框图 电流信号fs与电压信号fr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。由于计数时钟频率为3600fr，因此，一个计数脉冲对应0.1°。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1-4得到理解和说明。图中D触发器用于判断fr与fs的相位关系，D触发器的特性方程如下式(1.1),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“-”。 图1-4 测量波形图 1.2 方案的比较与选择 通过对以上两种方法的基本原理分析与比较，本设计中的相