低頻數(shù)字式相位測量儀


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低頻數(shù)字式相位測量儀



摘 要


本系統(tǒng)由兩片獨立的CPU組成。用MSP430實現(xiàn)基本要求中的相位、頻率、電壓測量及其數(shù)字和圖形顯示功能；用AVRmega8515實現(xiàn)擴展要求中的數(shù)字式移相信號發(fā)生器及其設(shè)置頻率和相位的功能。本設(shè)計充分利用了MSP430的高速硬件捕獲功能來實現(xiàn)頻率和相位的測量，并利用AD轉(zhuǎn)換器對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，在高低頻段分別采用多次測量、濾波算法、矢量分解、偏移修正等算法消除干擾提高精度，采用了大屏幕液晶顯示測量的詳細(xì)信息。利用AVRmega8515配合16.384MHz的高速晶振，采用軟件DDFS實現(xiàn)雙路數(shù)字式移相信號發(fā)生器，由于使用優(yōu)化算法，實現(xiàn)了高達(dá)每秒655.36K次的雙路相位計算，輸出頻率為20Hz-40.48KHz，可實現(xiàn)20Hz的步進(jìn)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，頻率、相位穩(wěn)定度高；采用數(shù)碼管顯示和按鍵設(shè)置頻率及相位差。移相網(wǎng)絡(luò)安題目要求由常規(guī)的模擬器件組成。本系統(tǒng)主要由相位測量、移相網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字式移相信號發(fā)生器三大模塊組成。
方案比較與論證
1 、 相位測量部分
方案一：傳統(tǒng)的模擬法。該方案采用倍頻、計數(shù)、門控等電路。此方法難以實現(xiàn)大頻率范圍的相位測量，精度低、穩(wěn)定性差。
方案二：采用雙通道高速A/D對輸入的信號進(jìn)行采集，然后FFT和基波的矢量分解的方法計算出這兩個信號的基頻和相位。該方案精度高，算法簡單，對畸變波形有一定的處理能力。但要求在AD采集前作頻率測量，在信號頻率較高時，需要使用超高速AD轉(zhuǎn)換器并且需要較高的計算能力，一般需要使用DSP進(jìn)行信號處理。硬件復(fù)雜，難度較高。
方案三：整形鑒相法。將輸入的兩相位不同的正弦波通過比較器進(jìn)行整形，變成方波。然后將兩方波進(jìn)行異或比較輸出，從而得到兩輸入信號的過零時間差和兩信號的周期，通過計算獲得信號的頻率和相位。該方案較簡單，但普通單片機需要