数字式频率相位差测量仪的设计.
低频数字式相位测量仪
完成人：孟军、萧熙文、倪坤
作品简介：本系统设计制作了一个基于单片机和可编程逻辑器件（CPLD和FPGA）的低频数字相位计，它包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分。 本系统把频率和相位差转换为时间量，由CPLD对时间量进行测量，其精确度较高。移相信号发生器是基于FPGA的直接数字频率合成（DDFS）双路输出信号源，可以产生20Hz到20KHz的精确频率和0到359度的精确相移。 相位测量仪和数字式移相信号发生器有数码显示、液晶显示等良好的人机界面，性能指标优良。设计中采用了模块化设计方法，使用了多种EDA开发工具，提高了设计效率。基于题目要求，本系...全部
低频数字式相位测量仪
完成人：孟军、萧熙文、倪坤
作品简介：本系统设计制作了一个基于单片机和可编程逻辑器件（CPLD和FPGA）的低频数字相位计，它包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分。
本系统把频率和相位差转换为时间量，由CPLD对时间量进行测量，其精确度较高。移相信号发生器是基于FPGA的直接数字频率合成（DDFS）双路输出信号源，可以产生20Hz到20KHz的精确频率和0到359度的精确相移。
相位测量仪和数字式移相信号发生器有数码显示、液晶显示等良好的人机界面，性能指标优良。设计中采用了模块化设计方法，使用了多种EDA开发工具，提高了设计效率。基于题目要求，本系统较好的完成了基本部分和发挥部分的全部要求。
设计方案：
1、测量方法：采用相位时间变换法，先测量出时间间隔和两同频正弦波的周期再换算为相位差。测量原理如下图所示：
如图所示，正弦信号变化一周是360º，U1信号比U2信号超前Δt时间过零点，U1超前U2的相位，即U1与U2的相位差φ的计算公式如下式：
φ=（Δt / T）* 360º
式中：T为两同频正弦波的周期，Δt 为两正弦波过零点的时间差。
这种方法就是应用电子计数器来测量周期T和两同频信号过零点的时间差Δt，再按上述的计算公式φ=（Δt / T）* 360º计算出相位差。两路被测信号各经过一个过零比较器、限幅器转换为TTL方波信号。
两路方波信号的相位差和频率也就是两被测同频信号的相位差和频率。这两路方波信号经脉冲变换电路，一路输出与两同频信号周期等时间宽度的高电平脉冲周期信号如图1-4所示，另一路输出与两同频信号相位差对应的时间等时间宽度的高电平脉冲周期信号如图1-5所示。
先用图1-4所示的高电平脉冲作计数器的闸门进行计数，设计数值为N。后用图1-5所示的高电平脉冲作计数器的闸门进行计数，设计数值为n。
f=Fc / N φ=(n / N)*360º （公式1-6）
由计数值n和N通过计算公式1-6就可以求出相位差φ和频率f，式中Fc为计数频标的频率值。
采用这种测量方法的误差主要来源是标准频率误差、触发误差、量化误差。这种测量方法可以用数字化的方法实现。随着科技的进步，数字系统的工作频率越来越高，测量误差中的标准频率误差可以作的很小，量化误差对总误差的影响也会变的很小。
而且采用数字化的测量方法可以做到人机界面友好，智能化，简化硬件，直接数字量显示便于读数，操作简便等。因此，本系统采用相位时间变换法测量相位差。
2．系统设计方案
采用单片机与可编程逻辑器件结合的方法进行相位测量，可编程逻辑器件（CPLD）在相位差和信号周期对应的时间范围内进行计数，单片机从CPLD读回数据完成数据处理和数据显示。
因为可编程逻辑器件的速度快，所以可以容易地达到题目中相位差绝对误差小于等于2度的要求，采用单片机进行数据处理与显示比较方便，可以比较容易的做到人机界面友好、仪器易于操作等。这种方案兼顾了前两种方案的优点，因此本系统采用此方案。
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