基于AT89S51单片机的低频数字式相位测量仪设计

基于AT89S51单片机的低频数字式相位测量仪设计(开题报告,毕业论文9000字,文献翻译)
摘  要
本系统是以AT89S51单片机为核心的一个相位测量仪整个系统由移相网络和相位测量仪两部分组成。
    数字式相位测量仪实现了对20Hz到10KHz的峰-峰值为1V到5V的正弦信号、方波信号等信号进行精确的测频、测相的功能；移相网络则采用RC移相网络来实现，在100Hz、1KHz、10KHz三种情况下，可以实现最大相移±45°的调整。相位测量仪由信号处理模块、单片机模块和数码管显示模块组成，对20Hz到10KHz信号进行频率和相位差的测量，而被测信号的相位差、频率则是通过LED数码管显示。
    整个系统设计硬件结构简单，软件采用C51语言实现，程序简单可读性强，效率高。与传统的电路系统相比，具有处理速度快、稳定性高、性价比高的特点。
关键词：单片机；频率；相位测量；相位差
abstract
This system is based on AT89S51 single chip as the core of a phase measuring instrument the whole system consists of two parts of the phase shift network and phase measuring instrument.
Digital phase measuring instrument to achieve the peak to peak of 20 Hz to 10 kHz 1V to 5V sinusoidal signal, square wave signals and other signals precise frequency measurement, the measured phase function; phase shift network is the RC phase shift network to achieve, in three cases, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz can realize the phase shift plus or minus 45 degrees of adjustment. Phase measuring instrument is composed of a signal processing module, microcontroller module and digital tube display module, to 20Hz to 10kHz signal frequency and phase difference measurement, and the measured signal phase difference, frequency is through the LED digital tube display.
The entire system design hardware structure is simple, the software uses the C51 language to realize, the procedure is simple and readable, the efficiency is high. Compared with the traditional circuit system, the system has the characteristics of high processing speed, high stability and high performance price ratio.
Key words: single chip microcomputer; frequency; phase measurement; phase difference

1方案设计与论证
1．1常见正弦信号的测量方法 :
方案一：采用模拟分离元件 如二极管，三极管等非线性元件，实现频率的测量，检相的功能，使用起来方便，价格便宜，但采用分离元件由于分散性太大，不便于集成及数字化，而且测量误差大。
方案二：采用集成的检相器，检频器实现频率及相位的测量。这种方法的实现框图如下：
 

这种方法虽然可实现比较精确的测量，但由于模拟信号易受外界的干扰，不易调节，无法实现智能化，数字化的缺点，一般在要求较低的情况下使用。
方案三：此方案采用高速信号发生器产生 20MHz 的高频信号，其主要特点是采用 CD4040 高频计数器结合单片机，利用计数脉冲实现测量相位与频率的目标。这种方法克服了模拟电路的缺点，实现了数字化与集成化。本设计采用了这种方法。
这种方案的组成框图：
 
1．2移相网络设计方案
本设计的核心问题是信号的模拟移相程控问题，其中包括波形相位以及波形幅度的程控。在设计过程中，我们首先考虑了赛题中提供的方案。如图所示：
 
该模拟电路主要采用高、低通电路的临界截止点来产生极值相位的偏移。当高、低通电路的截止频率等于输入信号频率时，根据其幅频特性，信号波形所产生的相位分别为45°和-45°，恰好满足赛题要求的连续相移范围-45°~45°的调节。由于高、低通电路在截止点时会产生幅度的衰减，故电路在后级加了放大电路，且采用了电压串联负反馈的方式提高了输入阻抗并降低了输出阻抗，电路最后还设计有调幅装置，能够很好地满足A、B输出的正弦信号峰—峰值可分别在0.3V—5V范围内变化。
    综上所述，该移相网络能够满足赛题的所有要求，且电路设计简单、易行，故我们直接采用了这种方式来产生模拟的相移输出。
 

目录
摘  要    2
ABSTRACT    3
前 言    3
1方案设计与论证    4
1．1常见正弦信号的测量方法 :    4
1．2移相网络设计方案    5
1.3相位测量仪设计方案    6
2系统设计    7
2.1总体设计    7
2.1.1系统框图    7
2.1.2模块说明    8
2.2各模块设计及参数计算    8
2.2.1移相网络设计及R、C参数设定    8
2.2.2相位测量仪设计    9
2.2.3软件系统    9
3.硬件系统电路的设计    16
4.移相电路设计    18
5.调试与测试    19
6.结 论    21
7.参考文献    22
8．附录    22
系统设计图    22
9.程序    23