技术要求:
1. 基本要求
⑴. 设计并制作一个相位测量仪,
a. 频率范围:20HZ —— 20KHZ。
b. 相位测量仪的输入阻抗≥100K
c. 允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V-5V范围内变化
d. 相位测量绝对误差≤2°
e. 具有频率测量及数字显示功能
f. 相位差数字显示:相位读数为0°~359.9°,分辨率为0.1°
⑵. 参考图2制作一个移相网络
a. 输入信号频率:100HZ,1KHZ,10KHZ
b. 连续相移范围:-45°~+45°
c. A`,B`输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V~0.5V 范围内变化。
2. 发挥部分
⑴. 设计并制作一个数字式移相信号发生器,用以产生相位测量仪所需的输入正弦信号,要求:
a. 频率范围:20HZ-20KHZ,频率步进为20HZ,输出频率可预置
b. A,B输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3v-0.5v范围内变化
c. 相位差范围为0~359°,相位步进为1°,相位差可预置。
d. 数字显示预制的频率,相位差值。
⑵. 在保持相位测量误差和频率范围不变的条件下,扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至0.3-0.5v范围
⑶.用数字信号发生器校验相位测量仪,自选几个频点,相位差值和不同幅度进行校验
⑷.其他
系统功能实现及特色:
相位测量仪
本设计保证了频率范围为20HZ-20KHZ,由于单片机的晶振为11.0592MHZ,它执行一个机器周期不到1us,所以,频率范围还可以进一步扩大。
输入阻抗的实现,我们采用了前端加射极跟随器的方式提高了输入阻抗对于正弦峰-峰值,我们采用了过零比较器实现了信号周期的采集,芯片采用LS324其正负电压后为(-12,+12),完全满足1V-5V正弦波峰-峰值的要求
数字显示:我们利用了8 个数码管,采用静态显示方式,最后两个‘米’字型16 段数码管可显示26 个英文字母和两个希腊字母,我们利用两个‘米’
字数码管来显示单位。
相位差及周期的测量:把相位差转换成脉冲个数,由于机器的晶振固定这样就把相位差及周期问题转换成时间问题,同时利用单片机RD2 内部资源定时器 0,定时器2,周期采用定时器2的捕捉方式。
方案选择:
一.分离元件设计方案
本方案利用大量数字芯片,通过各种逻辑关系构成,但由于芯片无编程性,如果完成本次大赛的所有要求难度较大,只能完成部分功能,同时电路复杂
二.专用集成芯片设计方案
可利用专用移相芯片设计,对于本次大赛,失去了大赛的意义,所以也不采用
三.本着学习新技术,以高新技术为参赛原则,我们采用了DDS与CPLD机构结合的原则,首先将DDS 技术有机的移植到CPLD 上,来作为组成的特色和亮点,DDS本身的原理是以数控震荡器的的方式产生频率,相位可控制的正弦波,电路一般包括基准时钟,频率累加器,幅度/相位转换电路,D/A转换器和低通滤波器等,我们用CPLD完成了正弦波相位累加等设计工作,利用2746存放的原始波形,DAC0832把数字量变成模拟量进行输出。
频率的改变:我们利用了外围芯片8253,其输入晶振为4MHZ,通过对4MHZ 进行分频处理而产生不同的频率值。
我们采用了双路正弦波产生电路设计方案,这样通过两路相同的设计实现了A,B两路的模拟信号,实现了A,B 同周期信号的产生。
幅值的改变:由于0832 的参考电压不同,则输出不同的特性,我们采用了一片0832作为参考电压的产生,这样,8位数字量使得我们进一步把0-5V电压分成了256 份,也就相当于把A,B 两路的模拟信号幅值从0到5V分成了256份,进行了调幅。
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