率控制寻址频率，从而控制输出波形的乘法器接成加法级联方式，输入频率由晶振提供存储器寻址方案方案采用移位寄存器对乘法器进行设置。部分内容简介进行查表输出波形。可将不同的波形数据烧写到不同的存储页根据高位地址进行分页，通过单片机控制高位地址线查找输出不同的波形。对比上述两方案，方案二虽在波形更新及多样化方面不如方案，但此方案电路简单易行，成本低，故采用此方案。存储器寻址方案方案采用移位寄存器对乘法器进行设置。乘法器接成加法级联方式，输入频率由晶振提供，级联输出频率为为乘法器置数。根据置数不同，可以输出不同的频率的计数脉冲，再经计数器计数对存储器寻址，频率控制寻址频率，从而控制输出波形的频率。此方案硬件接线复杂，频带不易拓宽。方案二运用构成相位累加器对进行寻址。由单片机控制步长即可控制寻址频率，而相移也可方便地由单片机控制相位累加器的初始值来设定。比较两种方案，方案二设计简单，易于单片机控制，而且，由于工作频率高，此方案可大大拓展系统工作频带。幅度控制方案利用的电阻网络将输出波形程控衰减后再进行放大，当放大倍数为时，通过对置数可控制衰减倍数与所置数成正比，设为，则输出电压增益为。方案二通过控制的参考电压控制输出波形的幅度。参考电压可通过对另置数从而输出不同电压，进而控制输出波形的幅度。方案电路较为复杂，而且引入相移，对后续电路产生误差，所以采用方案二。移相网络鉴于题目给出的参考电路能满足设计要求，故采用此电路，计算出参数，完成设计。经上面方案论证，我们采用如下的系统方案图系统设计图单片机送数据给作为相位累加器的累加步长及初始相位，累加输出两路有设定差值的寻址信号对寻址，经转换输出两路设定相差的波形，将此波形经整形电路后进行相位测量，相位测量电路将计数值送入单片机，单片机处理数据后输出显示。相差及步长均由无线遥控键盘控制输入。显示采用液晶，可大幅减小功耗。此外，参照题目给出电路，制作个移相网络。二理论分析与计算相位测量子系统将待测波形经整形后变成数字信号，再对其进行频率及相位测量。整形电路正弦信号经同相跟随后放大倍，可提高其进入比较器的上升时间，经过两次比较后输出同频率的方波信号，为了使两路方波信号的相位差与输入的两路正弦信号相位差相同，两整形电路的参数须选得致，为信号上升沿陡度，经非门输出可得到上升时间为左右的方波。运放采用，比较器采用高精度的。电路如图所示。图整形电路相位测量图相位测量硬件电路将两路信号异或后，再与计数时钟相与，利用上升沿计数，通过单片机控制计数时间，再根据时间计数时钟频率及计数值计算出相位差。电路图如图所示，采用两片级联，组成了位计数器，大大提高了系统的精度。对输入信号进行倍预分频由单片机对进行控制，则可使读出个异或的整周波内的计数值，增加了信号的同步性，减小了误差。测量相移的波形图如图所示图相位测量波形示意图从相位测量波形示意图可以看出，每周期只能检测到的相差。数字式移相信号发生器采用直接数字频率合成技术，运用两片，存储相同的波形数据，分别由两路有设定数据差值的地址数据寻址即可输出有设定相移的两路波形。技术直接数字频率合成技术是年代末出现的第三代频率合成技术，以时域采样定理为基础，在时域中进行频率合成。工作原理是基于数字采样及数模变换，经变换后输出阶梯波，再经低通滤波器滤波后输出波形。它由相位累加器查找表变换器低通滤波器及时钟等部分组成。将量化的下端电位为下，上端电位为上，为输入信号，为输入信号的角频率。根据题目要求，将时的电阻分别设为，和，电容不变，则电位器上下端电位均相对输入信号产生的相移。则输出电压下上通过调节电位器来改变比例常数，从而改变输出信号的相位。通过调节电位器和改变输出信号幅度，矢量图如下图。图移相矢量图电源电路变压器分别输出和交流电压，经整流桥整流滤波稳压，输出正负和正负电压。其中，正负为电路中各运放供电，而电压为各数字芯片提供电源及高电平，在模拟开关中用到的电源。为防止输入端短路时过大的电流烧坏稳压管，在其输入输出端各加二极管，使反向电流流向输入端，从而起到保护作用，电路如图。图系统电源电路三系统操作说明及软件设计系统操作说明采用红外遥控键盘，有个数字键，六个功能菜单选择键。其中，功能键为频率，幅值两个按键，相位，返回，换位，数字键为十个数字量。频率键幅值键相位键分别为信号设定频率幅度相位，其中，两个幅值键分别为两路信号设定幅值。换位键用于数字换位如从十位换到百位利用数字键设定频率幅度相位时，须按返回使设定生效。软件设计流程软件设计分为波形产生和相位测量两个模块波形产生模块此模块用来控制对寻址输出波形以及波形幅度，流程如图。图波形产生模块软件流程相位测量模块此模块完成对相位和频率的测量并将结果送往液晶显示。流程图如图所示。图相位测量模块软件流程图四测试测量测试仪器多功能数字万用表机双通道数字示波器凌阳单片机及其开发系统功率函数发生器直流稳压电源型函数发生器计数器及其开发系统工频电参数测试仪测试方法先分别调试各单元电路，然后进行整机调试数字移相信号发生器调试通过红外键盘输入频率相位幅度，由示波器读出频率幅度，用相位测量仪进行测量。相位测量仪调试由工频电参数测试仪输入两路可设定相位差的信号，通过工频电参数测试仪的显示值与相位测试仪的测得值比较。移相网络调试由函数发生器输入的正弦信号，将输入与输出信号进行比较，对不同频率通过拨码开关对电阻换档。测得相移为间可调。整机调试将数字移相信号发生器输出经自制相位测量仪进行测量，改变幅值，将设定值与测得值进行比较。测试数据表信号发生器数据检测设定频率实际频率频率误差设定幅值实际幅值幅值误差表二时相位测量设定相位测量相位绝对误差表三时相位测量设定相位测量相位误差表四时相位测量设定相位测量相位误差表五时相位测量设定相位测量相位误差表六时相位测量设定相位测量相位误差表七数字移相发生器校验相位测量仪输出频率测量频率输出相差测量相差误差数据分析被测信号频率较高时，脉宽较窄使脉冲计数产生误差由于正弦波要经过迟滞比较器整形成方波，在比较电压致的情况下，电压幅值不同产生的相移不同，使测量相位产生较大相位误差相位测量的误差主要来源为以上两方面。相移网络产生相移时，由于电阻电容参数的差异性较大使得相移不完全对称。从测量结果看，数字式移相信号发生器产生的频率精度比较高，但在频率较高时，每个周期的点数相对较少，这使相位误差增大。五结束语本设计成功地结合单片机和的优点，使系统工作频带大大拓宽，特别是数字式移相信号发生器，输出频率精确，幅度误差小，系统运行稳定可靠。但从测量数据来看，相位测量仪的误差较大，这主要是由于整形电路参数不可能完全致，从而带来相位误差。参考文献全国大学生电子设计竞赛组委会全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编北京北京理工大学出版社，全国大学生电子设计竞赛组委会第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编北京北京理工大学出版社，谢自美电子线路设计实验测试第二版武汉华中理工出版社，张彦斌等凌阳十六位单片机原理及应用北京北京航天航空大学出版社，赵俊超等集成电路设计教程北京北京希望电子出版社，王振红数字电路设计与应用实践教程北京机械工业出版社，附图凌阳单片机系统附图二开发板低频数字式相位测量仪摘要本设计以凌阳位单片机和公司的为核心，由相位测量移相网络和数字式移相信号发生器三个子系统组成。采用与单片机相结合的方法，充分利用单片机丰富的资源以及的高速特性，大大地拓宽了系统的工作频带，提高了系统的灵敏度和精确度。系统易于控制，运行稳定可靠。关键词相位测量，移相，方案论证与设计赛题剖析本系统基本上可以分为三个的子系统相位测量仪，移相网络和数字式移相信号发生器。从题目来看，其对频率与精度的要求很高，提高系统带宽和灵敏度精确度是本设计的难点。对于相位测量仪，要求的分辨力为，如何提高其精度以及分辨率是其设计的关键。而移相网络题目给出了参考电路图，只需计算出参数即可完成设计。对于数字式移相信号发生器，要求输出波形的最大频率为，而且相移步进为，若采用技术，时钟需为，所以如何提高设计频带是关键。此外，为使设计便于控制，界面友好，功耗低，还将考虑键盘及显示电路的合理性。以下是对本设计的几种可能实现方案进行分析与论证。相位测量仪方案方案单周波计数法。将有相位差的两路方波信号相异或后作为闸门，在高电平时，利用外部高速晶振进行计数，在下降沿将数据读出，低电平时对计数器清零。设晶振频率为，测得的信号频率为，计数值为，则相位差为方案二定计数时间。将高频时钟与两路信号异或后的信号进行相与，在设定时间内利用跳变沿进行计数，设高频时钟频率为，计数值为，则方案三同步分频计数法。设频率测量检测到的频率为，则将异或后的信号进行倍分频得到信号，在的高电平利用高频信号进行计数设计数值为，高频信号频率为，则方案需高速时钟，按题目要求，在信号时的相位差分辨率为，则要求时钟最少为，实现困难。而方案二测量时间段定，存在遗漏个周波的情况，引入较大的误差。方案三读数与异或得到的信号同步，不存在遗漏问题，误差很小，故采用此方案。频率测量方案测周期法。将输入信号作为闸门，在此闸门信号的高电平，采用高速时钟进行计数，下降沿将数据读出，根据计数值计算出频率。设晶振频率，若计数值为，则被测信号周期。方案二测频率方法。分频产生闸门电压，在此闸门下，将信号作为时钟进行计数，根据计数值得到被测信号的频率。设闸门频率为，计数值为，则被测信号的频率为。利用单片机可方便地产生这闸门，而且在题目要求的频带范围内能准确地测得要求频带的信号频率，故采用此方案。移相信号发生器频率合成器方案方案