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  • 相位测量电路

    2018-12-19 19:46:58
    该文档内包含设计思路,以模块化设计整个电路便于调试,文档内包含multisim的仿真图
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    电路部分全图
    前面部分为相移电路,后部分为整流电路将正弦波转换成方波并将最低电压抬升到0V
    前面部分为相移电路,后部分为整流电路将正弦波转换成方波并将最低电压抬升到0V,使得单片机可以进行正常的电位读取。
    相移电路部分
    在这里插入图片描述
    R1,C1,R2,C2部分起到选择正弦波频率的作用,滑动变阻器R3则起到相位调整作用,U2B起到对电压的放大作用。
    整流电路部分
    在这里插入图片描述
    通过LM358进行整流将正弦波转换成方波形式,之后通过1N4153稳压管对输出波形进行电压抬升,后面的滑动变阻器可以用来调整输出电压大小。(电压抬升也可以通过LM358的3脚正极电压输入来实现) 期间出现的问题可能会有在连接单片机后,输出波形有一次被抬升,此时可以通过调整R10来恢复。
    单片机软件代码部分
    总体
    相位差测量思路
    将两个输出波形分别输入到单片机两个外部中断口,且将外部中断模式设置为下降沿中断,当检测到两个外部中断的输入波形都为高电平时,同时打开两个定时器,分别对两个输入进行计时,任意一个输入到下降沿时,其对应计时器关闭且记录相应数值,比较数值大小可得出超前滞后问题,两计数差和周期相比较则为相位差,周期则可通过每一次下降沿中断关闭定时器计数之后跳出中断打开定时器来实现测量。
    在这里插入图片描述

    #include "STC15F2K60S2.h"
    
    sbit INT0=P3^2;
    sbit INT1=P3^3;
    
    unsigned long ck=0;
    
    unsigned long DATA0=0;
    unsigned long DATA1=0;
    unsigned long DATA2=0;
    unsigned long DATAS=0;
    unsigned long T=0;
    unsigned int NUM0=0;
    unsigned int NUM1=0;
    unsigned int NUM2=0;
    unsigned int NUM3=0;
    unsigned long show=0;
    unsigned int flag0=0;
    unsigned int flag1=0;
    
    unsigned char code t_display[]={					
    //	 0    1    2    3    4    5    6    7    8    9    A    B    C    D    E    F
    	0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,
    //black	 -     H    J	 K	  L	   N	o   P	 U     t    G    Q    r   M    y
    	0x00,0x40,0x76,0x1E,0x70,0x38,0x37,0x5C,0x73,0x3E,0x78,0x3d,0x67,0x50,0x37,0x6e,
    	0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF,0x46};	//0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. -1
    unsigned char code T_COM[]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F};
    
    /*********	**************/
    sbit P_HC595_SER   = P4^0;	//pin 14	SER		data input
    sbit P_HC595_RCLK  = P5^4;	//pin 12	RCLk	store (latch) clock
    sbit P_HC595_SRCLK = P4^3;	//pin 11	SRCLK	Shift data clock
    	/***************显示传输函数*******************/
    void Send_595(unsigned char dat)
    {		
    	unsigned char	i;
    	for(i=0; i<8; i++)
    	{
    		dat <<= 1;
    		P_HC595_SER   = CY;
    		P_HC595_SRCLK = 1;
    		P_HC595_SRCLK = 0;
    	}
    }
    	
    
    
    
    void main()
    {
    	int q;
      int j=0;
    	
    	P3M1=0x00;			
    	P3M0=0x00;			
    	
        IT0 = 1;                    
        EX0 = 1;                   
    
        IT1 = 1;                    
        EX1 = 1;                    
        EA = 1;			//设置下降沿中断及总线打开
    								
    		TMOD=0x01;	 //设置定时器模式
    
    
    		TH0 = 0;
        TL0 = 0;
    		TH1 = 0;
        TL1 = 0;		
    	
    while(1)	{
    	if(flag0>=1)		
    		{
    			TR0=1; //测量周期通过第一个外部中断测量周期
    		}  
    
    	
        if(INT0==1&&INT1==1&&flag0==0&flag1==0)  //当两输入电流为第一次高电平状态时打开定时器
    		{
    		TR0 = 1;
    		TR1 = 1;		
    		}
    
    		T=DATA2;
    		
    		if(DATA0>DATA1)													
    		{		ck=DATA0-DATA1;											
    			show=ck*1000000/T*360*10/1000000;
    		NUM3=9;
    		}
    		
    		if(DATA1>DATA0)
    		{		ck=DATA1-DATA0;
    			show=ck*1000000/T*360*10/1000000;
    		NUM3=1;
    		}
    		
    		
    
    		NUM0=show/100;
    		NUM1=show%100/10;
    		NUM2=show%10;
    		
    	
    	for(j=0;j<8;j++)  //显示传输函数
    	{
    		Send_595(T_COM[j]);
    		switch(j)
    		{
    			case 0: Send_595(0x00);break;
    			case 1: Send_595(0x00);break;
    			case 2: Send_595(0x00);break;
    			case 3: Send_595(0x00);break;
    			case 4: Send_595(t_display[NUM3]);break;
    			case 5: Send_595(t_display[NUM0]);break;
    			case 6: Send_595(t_display[NUM1]|0x80);break;
    			case 7: Send_595(t_display[NUM2]);break;
    			default:  break;
    		}
    		P_HC595_RCLK=1;
    		P_HC595_RCLK=0;	
    		for(q=0;q<100;q++);		
    	}
    }
    
    }
    		
    		
    
    
    //-----------------------------------------
    
    void exint0() interrupt 0    
    {
    										
    		if(flag0==0)		//第一次进入中断  
    		{
    			TR0=0;        //关闭定时器0
    			DATA0=TH0*256+TL0; //记录DATA0  此数值和第二个中断内的DATA1用以计算相位差
    			DATAS=DATA0;
    			TH0=0;   //定时器清0
    			TL0=0;
    			}
    		if(flag0>=1)   //不是第一次进入中断
    			TR0=0;   //关闭定时器
    			DATAS=DATAS+(TH0*256+TL0);   //记录本次周期数值并累加
    			TH0=0;
    			TL0=0;
    		}
    		if(flag0==1000)			 //第一千个周期测量完毕时 取平均周期值
    		{DATA2=DATAS/1000;}
    		
    		flag0=flag0+1;
    
    }
    
    void exint1() interrupt 2    //中断2部分
    {													
        TR1=0;                  //关闭定时器1
    			if(flag1==0)     //如果是第一次进中断则记录DATA1
    		{DATA1=TH1*256+TL1;	}
    
    }
    //-----------------------------------------------
    

    作者为初学者如有错误,欢迎大家指正提出。

    此文章为作者原创

    展开全文
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  • 相位测量原理

    千次阅读 2020-10-31 20:04:30
    相位差的测量方法 一、相位测量方法 幅度、频率和相位构成描述正弦信号的三要素。 相位测量,通常指对两个同频信号间相位差的测量,这是因为两个不同频率信号间的相位差是随时间变化的,两个同频信号间的相位差是...

    相位差的测量方法

    一、相位测量方法

    幅度、频率和相位构成描述正弦信号的三要素。

    相位的测量,通常指对两个同频信号间相位差的测量,这是因为两个不同频率信号间的相位差是随时间变化的,两个同频信号间的相位差是恒定的。

    相位差波形示意图:
    在这里插入图片描述

    相位差波形
    图1 相位差波形示意图

    诸如放大器、滤波器、各种器件等的频率特性,即输出输入信号间幅度比随频率的变化关系(幅频特性)和输出输入信号间相位差随频率的变化关系(相频特性)。

    尤其在图像信号传输与处理、多元信号的相干接收等学科领域,研究网络(或系统)的相频特性显得更为重要。

    因此,相位差的测量是研究网络相频特性中必不可少的重要方面。

    相位差的测量方法也分模拟和数字两大类。模拟方法如示波法简便易行,但准确度较低;数字式相位计能直接显示测量数值,准确度较高。

    二、测量相位差的数字方法:

    将相位差转换为时间间隔,先测量出时间间隔再换算为相位差;

    将相位差转换为电压,先测量出电压再换算为相位差。

    基于时间间隔测量法的直读式数字相位计原理框图如图。
    在这里插入图片描述

    测量相位差

    参考信号和被测信号分别产生触发信号,经脉冲鉴相器得到的脉冲宽度等于两信号的相位差,以此脉冲作为电子计数器主门的门控信号,对由时基信号产生的计数脉冲进行计数,若计数脉冲与被测信号的频率比为360,则计数值即是以度为单位的相位差值。

    三、异或门测相位差
    两路信号进行异或,输出一方波信号,测量其占空比,则相位差为
    占空比x180

    展开全文
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    基于FPGA简单相位检测模块设计
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    图 1-1 相位检测原理
    设基准信号为ϕ_1 (t)(式 1-1),待测信号为ϕ_2 (t) (式 1-2),基准信号的过零检测电平为a;待测信号的过零检测信号为b,相位差值信号为c。
    ϕ_1 (t)=sin⁡((ω_c t+φ_1))     式 1-1
    ϕ_2 (t)=sin⁡((ω_c t+φ_2))     式 1-2
    基准信号在A点发生跳变,由零下转为零上,此时触发过零检测信号a由低电平转化为高电平;待测信号在C点发生跳变时,将过零检测信号b由低电平转化为高电平,信号a,b分别为对应信号的上半周期,通过比较之间初始位置的差距就可以测量出对应信号之间的参数差值(式 1-3)。
    φ=(φ_1-φ)_2     式 1-3
    测量模块的时钟为标准时钟,设计计数器对相差信号进行计数,可以得到信号的高脉冲时间,依据标准信号的波形周期就可以计算出待测信号与标准信号的相位差参数。
    2. 连续相位检测的FPGA实现
    连续相位检测的实现主要依据相位检测的原理,为保证输入信号的稳定性,先对输入信号进行缓存,对缓存的信号进行半波整形,去除掉负半周期的波形,对采集的信号进行过零检测,过零的信号部分转化为Frcon对应的高电平,对于待测信号也类似,将待测信号进行半波整形,把高电平部分转化为Fvcon对应的高电平。
     
    图 1-2 过零电平的产生
    过零检测电平信号Frcon,Fvcon可组成4个类型的电平信号,电平状态分别为“00”、“01” 、“10” 、“11”, 其中转态“00” 、“10”都满足检测检测的逻辑电平,但考虑到设计的稳定性,这里选择“10”作为判决的逻辑电平,同时也将该转态作为相位计数器的控制电平,真值表关系如下(表 1-1):
    表 1-1 过零转态真值表

    电平检测时对Frcon、Fvcon信号进行拼接,组成一个2Bits的判决信号,当组合信号状态变为“10”时,触发Continue判决输出电平,启动计数器,对相差电平进行计数,计算与标准信号的相位参差。
    图 1-3 过零信号的电平判决
    3. 连续相位检测模块的ModelSim仿真
    完成了以上工作,对模连续相位检测块进行编译,如果没有语法错误就可以开始逻辑的设计验证,编写测设脚本tesebench文件,设置仿真参数:标准信号的相位设计为:0π,待测信号使用MATLAB生产测试文件,设计初始相位为2/π,仿真时钟为5个单位时间,数据的速率为1Mhz;全编译工程文件,调用Modelsim仿真工具进行逻辑的验证,目标器件为Intel公司Cyclone IV E家族的EP4CE15F23C8,占用逻辑资源:26 / 15,408 ( < 1 % ),储存空间占用0 / 516,096 ( 0 % ),9*9嵌入式乘法器占用0 / 112 ( 0 % ),数字锁相环占用    0 / 4 ( 0 % )。运行仿真,结果如图所示(图 1-4),符合设计逻辑。
     
    图 1-4 连续相位检测模块的ModelSim波形仿真

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    转载于:https://www.cnblogs.com/CamelChan/articles/9385183.html

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