Ｓｃｉｅｎｃｅｅｎｄ型Ｑ：ｉ；学术论坛基于单片机的数字相位差测量仪刘玉宾刘许亮（黄河水利职业技术学院河南开封４７５００４）摘要：该系统采用单片机作为控制中心，应用了过零检测电路、锁相环倍频技术、计数电路、译码显示电路，实现了正弦信号相位差检测及相位差值显示，分辨率为ｌ。，能满足低频信号相位差值测量要求。关键词：相位差锁相环过零检测单片机文章编号：ｔ６７４—０９８Ｘ（２００７）１１（ｃ）－０１７１—０２中图分类号：ＴＶ２１文献标识码：Ａ在波形检测中。若采用示波器观察两路正弦波。则只能显示正弦信号相对位置，信号的相位差值不能量化显示。为ｒ解决这个问２硬件电路设计硬件系统由控制电路、过零比较电路、倍频电路、计数电路、译码显示电路五部分构成。采用单片机８９Ｃ５２作为整个系统的控制中心，主要完成对ｓｑｕａｒｅ—Ｓ１、ｓｑｕａｒｅＳ２下降沿的另一输入端。ｓｑｕａｒｅ—Ｓｌ和反馈回路信号的相位比较后自动调节，使得７４ＨＣ４０４６的输题，本文介绍了一种通用性强、分辨率较高．能显示相位差值的测量系统。该系统采用了单片机作为控制中心，应用锁相环倍频电路、计数电路、译码显示电路，实现了正弦信号相位差检测及相位差值显示。出端的频率变化，直到７４ＨＣ４０４６的两路输入端的输入信号的相位锁定为一恒定值。当基准信号频率输入改变时，７４ＨＣ４０４６的相位比较器输出电压发生改变，控制内部的压控震荡器的震荡频率作相应的改变，经过Ｎ进制反馈回路后，通往锁相电路输入端，直到７４ＨＣ４０４６的两路输入端的输入信号的相位的检测，并对控制计数脉冲开关。过零比较电路则采用工作于＋５Ｖ单电源方式，转换速率高，开环增益高的ＬＭ２９０ｌ比较器实现。为了达到对输入信号相位值分辨率为Ｉ。的精度，采用７４ＨＣ４０４６锁相环和ＣＤ４０４０组成３６０倍频电路，以满足系统要求。计数电路用可预置数的十进制计数器７４ＬＳｌ９０，可直接将计数值１工作原理概述该系统实现了对两路正弦信号的相位差检测．并显示相位差值，分辨率为Ｉ。。１．１系统构成锁定为一恒定值，实现输出信号频率为输入信号的Ｎ倍。７４ＨＣ４０４６构成的倍频电路如图５所示。送往ＣＤ４５１ｌ译码驱动显示。硬件系统结构框如图２。２．１时序逻辑控制电路选用８９Ｃ５２单片机作为各个工作模块的控制中心。采用过零比较电路将正弦信号转化为ＴＴＬ电平信号，以实现和单片机接口。相位差值的测量。采用可预置数十进制计数器进行计数。计数器计数值的输出即为相位差值，通过译码电路译码显示。１．２信号流程描述基准信号ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿Ｓ１，频率ｆ，经过过零比较，产生频率为ｆ的ＴＴＬ电平方波信号ｓｑｕａｒｅ—ＳＩ。ｓｑｕａｒｅ—Ｓ１经过３６０倍倍频，输出ｍｕｌｔｉｐｌｙ＿Ｓｌ，频率为３６０ｆ。将ｍｕｌｔｉｐｌｙ—Ｓ１作为计数电路的计数脉冲，同时将ｓｑｕａｒｅ—ＳＩ连３软件设计３．１软件结构及功能描述系统软件共分３个功能模块。在系统中，单片机外部中断ＩＮＴ０、外部中断ＩＮＴｌ检测ｓｑｕａｒｅ＿Ｓｌ、ｓｑｕａｒｅ～Ｓ２的下降沿，分别进入外部中断ＩＮＴ０和外部中断ＩＮＴｌ服务程序。在ＩＮＴ０中断服务程序中，将计数脉冲控制开关打开，计数器开始计数，同时译码器的锁存端有效；当进入ＩＮＴｌ中断服务程序时，计数脉冲控制开关关闭，停止计（１）初始化程序模块：该模块对单片规的外部中断进行初始化设置以及译码器、计数器初始状态设置。（２）外部中断ＩＮＴ０服务程序：该模块控制计数器清零操作、译码嚣锁存，接通计数脉冲数，译码器译码，驱动数码管显示。２．２过零比较部分控制开关。（３）外部中断ＩＮＴｌ服务程序：该模块控制计数脉冲开关断开，译码器数据送往显示电路显示。正弦信号过零比较采用ＬＭ２９０１芯片，该芯片能对微弱信号进行比较，放大、整形为ＴＴＬ电平信号。ＬＭ２９０１工作于＋５Ｖ单电源接到单片机的外部中断ＩＮＴ０－另一路正弦信号Ｓ２，经过零比较，输出的ＴＴＬ电平方波信号ｓｑｕａｒｅ—Ｓ２接到单片机的外部中断ＩＮＴ１。当单片机外部中断ＩＮＴ０响应，即检测到ｓｑｕａｒｅ＿Ｓ３．２软件流程图及源代码单片机是整个系统的控制中心，通过检测前向通道的信号，对计数电路、译码显示电路进行逻辑控制。其软件设计控制流程如图６所示，部分程序段如下。方式，转换速率高，开环增益高。ＬＭ２９０１构成的过零比较器电路如图３所示。２，３倍频技术倍频技术采用锁相环实现，７４ＨＣ４０４６为锁相电路，将ＣＤ４０４０接成３６０进制的计数器，计数器的进位位通往７４ＨＣ４０４６的３脚输入端，作为锁相环的反馈回路。锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系ｌ的下降沿时，接通计数脉冲控制开关，ｍｕｌｔｉｐｌｙ＿Ｓｌ送往计数器，外部中断ＩＮＴｌ响应，即检测到ｓｑｕａｒｅ—Ｓ２的下降沿时，断开计数脉冲控制开关，将计数器值送往ＢＣＤ译码器，初始化程序模块：ＭＡＩＮ：ＣＬＲＰＩ．０；断开计数脉冲开关ＳＥＴＢＣＬＲＰＩ．ＩＰ１．１驱动数码管显示两路正弦信号的相位差值。１．３相位差值计算ＡＡ１７４ＬＳｌ９０—ＰＬ送一负脉冲，置数为ＯＳＥＴＢＣＬＲＳＥＴＢＣＬＲＳＥＴＢＰ１．１Ｐ１．２Ｐ１．２Ｆ０ＥＴＯＰ＝（Ａｔ／乃Ｘ３６０ｔ。‘一岛２毛一岛Ｔ＝ｔ／ｆ其中：ＡＰ为相位差值·，为信号ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ—Ｓ１频率·Ａ统叫做锁相环，简称ＰＬＬ。锁相环主要由相位比较器（ＰＣ）、压控振荡器（ＶＣ０），低通滤波器三部分组成，如图４所示。Ｎ进制的计数器的进位位作为锁相环的反馈回路，ｓｑｕａｒｅ～ＳＩ为７４ＨＣ４０４６锁相电路ＣＤ４５１１－ＬＥ锁存有效ｔ为两路信号的时间差。ＭＯＶＴＭＯＤ．＃０１Ｈ／——＼＜＿一咄嗍邸１／／一了～≮≤＝二敛ｉｉ＼；如卜一蜘ｕ玳－甜～／ｒ一蚋■ｗｔｅ，ｔｌ｝剞１匕ｌ‘ＩＩｉ恢竹吁、址零比较厅波波形阁科技创新导报ＳｃｉｅｎｃｅｅｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ１７１万方数据 ，００，Ｎ０。Ｓ。１‘。ｃ。。’ｉ。ｅ。。。ｎ。。。ｃ。。。ｅ。。‘。。—ａ—ｎｄＴｅｃ＇ｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ懈矧３过零比较电路罔４锁柏环电路彬阁ａ圈５倍频电路图６程序控制流程１７２科技创新导报ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ万 方数据学术论坛ＭＯＶＴＨ０，＃０ＦＦＨ。定时采样ＩＮＴ—Ｏ、ＩＮＴ—ｌＭＯＶＴＬ０，＃０ＦＨＳＥＴＢＩＴ０Ｉ设置ＩＮＴ一０中断方式为下降沿触发ＳＥＴＢＩＴＩＩ设置ＩＮＴｊ中断方式为下降沿触发ＳＥＴＢＥＡＩ开总中断ＳＥＴＢＴＲＯＨＥＲＥ：ＳＪＭＰ￥外部中断ＩＮＴ０服务子程序：ＩＮＴ—Ｏ：ＳＥＴＢＦ０ＣＬＲＰＩ．１，７４ＬＳｌ９０一ＰＬ送一低电平，置数为０ＳＥＴＢＰ１．１，７４ＬＳｌ９０一ＰＬ回高电平，置数完成ＳＥＴＢＰ１．２ＣＤ４５ｌｌ—ＬＥ锁存有效ＳＥＴＢＰＩ．０，接通计数脉冲控制开关，开始计数ＲＥＴＩ外部中断ＩＮＴｌ服务子程序：ＩＮＴ—ｌ：ＭＯＶＣ，ＦＯＪＮＣＮＸＴＣＬＲＦ０ＣＬＲＰ１．０，关闭与门，停止计数ＣＬＲＰ１．２，将７４ＬＳｌ９０一ＱＯ一一Ｑ３数据经过４５１ｌ译码输出ＣＬＲＥＸ０ＣＬＲＥＸｌＳＥＴＢＰ１．２；将ＣＤ４５１１数据输出锁存ＮＸＴ：ＲＥＴＩ时钟中断子程序：ＴＩＭＥＲ一０：ＭＯＶＴＨ０，＃ＯＦＦＨＭＯＶＴＬＯ．＃ＯＦＨＳＥＴＢＥＸ０ＳＥＴＢＥＸｌＲＥＴＩ４结语本系统在调试过程中，倍频电路的噪声干扰是影响系统正常运行的关键因素，因此，需要在７４ＨＣ４０４６锁相电路的供电端并联电容，以滤除噪声干扰。经调试，本系统能正常运行．且满足设计要求。参考文献【ｌ】潘新民．王燕芳．微型计算机控制技术．北京：人民邮电绻版社，１９９９：５６－８９．【２】柯南．非常电路图设计【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，１９９９：１０２－１５１．【３】阎石．数字电子技术基础【Ｍ】．北京：高等教育出版社，１９９９：１２４一１４３．【４】邹逢兴．微型计算机硬件技术及应用基础【Ｍ】．武汉：国防科技大学出版社．１９９９：１６ｌ—ｌ７５．【５１王士元，昊芝芳．ＩＢＭＰＣ／ＸＴ接口技术及其应用【Ｍｊ．天津：南开大学出版社，１９９０：５６－７５．【６】纪宗南．单片机外围器件实用手册——输入通道器件分册【Ｍ】．北京：北京肮空航天大学出版社，１９９８。【７】纪宗南．单片机外围器件实用手册——输出通道器件分册【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，１９９８．基于单片机的数字相位差测量仪
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
刘玉宾， 刘许亮
黄河水利职业技术学院,河南开封,475004科技创新导报
SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD2007(33)
1.潘新民.王燕芳 微型计算机控制技术 19992.柯南 非常电路图设计 19993.阎石 数字电子技术基础 1999
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