简易相位计(D题)

2016年吉林省大学生电子设计竞赛

参赛注意事项

（1）2016年8月31日8:00竞赛正式开始。

（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份

的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（5）参赛队必须在学校指定的竞赛场地内进行独立设计和制作，不得以任何方式与他人交流，

包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。（6）2016年9月3日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

简易相位计（D 题）

一、任务

设计并制作一个相移电路和一个简易相位计，结构示意图如图1所示。

图1 系统结构示意图

二、要求

1.基本要求

（1）相移电路两个输出信号相位差连续可调，相位差范围 -45°~ +45°；（2）相移电路两个输出信号幅度（Vpp ）连续可调，幅度范围 1V ~5V ；

（3）相移电路两个输出信号频率为500Hz 、幅度为5V 时，相位差范围：0°~ +45°；（4）相移电路两个输出信号频率为50Hz ~5KHz ，幅度为5V 时，相位计测量精度：绝对误差小于2°。

2.发挥部分

（1）相移电路两个输出信号频率为500Hz 、幅度为5V 时，相位差范围：-45°~ +45°；

信号

发生器

相移电路数字电流表

简易相位计

（2）相移电路两个输出信号的频率为50Hz~5KHz，一个幅度为5V，另一个幅度为1V时，相位计测量精度：绝对误差小于0.2°；

（3）数字电流表串接一只100Ω电阻时，不影响显示的数值；

（4）其他。

三、说明

1.相移电路有一个输入端和两个输出端。其中输入端可由信号发生器提供正弦信号，两个输出信号的幅度、相位差均可调；相移电路供电直流电源不限。

2.必须在发挥部分（1）题得分的前提下，发挥部分（2）、（3）才能进行测试计分。

3.若没有数字电流表，可用数字电压表并联一个电阻（阻值不大于100Ω）来替代。

4.简易相位计部分供电电源为单一9伏直流电压源，测量相移电路两个输出信号的相位差，要求用数字电流表直接显示测量值。数字电流表所显示数值的单位只能是：100°/ 10°/ 1°/ 0.1°/ 0.01°其中之一。例如，相位差为-3

5.6°时，数字电流表可以直观（不用换算）对应显示数值-0.356 /-3.56 / -35.6 / -356 / -3560其中之一；

5.相位计部分要求使用1个有源器件。超出则相应扣分如下：（1）若使用有源器件型号有m种，则扣20(m-1)分；（2）若使用有源器件n个，则扣10(n-1)分。

四、评分标准

项目内容得分

设计报告（8页A4纸）方案比较与选择、描述。 2 主电路、控制电路原理设计，器件选择等。 5

器件参数选择及计算；控制方法与参数设计；效率

提高方法设计等。

5 测试方案设计与测试条件；测试结果及其完整性；

测试结果分析等。

5 摘要、图表的规范；正文结构等。 3 分项满分值合计20

基本要求完成第（1）项10 完成第（2）项10 完成第（3）项15 完成第（4）项15 分项满分值合计50

发挥部分完成第（1）项15

完成第（2）项15 完成第（3）项15 完成第（4）项 5 分项满分值合计50

总分120

简易数字频率计

4.2.3简易数字频率计电路设计数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。一、设计目的 1. 了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理； 2. 熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。二、设计任务与要求要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示，具体指标为： 1.测量范围：1HZ—9.999KHZ，闸门时间1s； 10 HZ—99.99KHZ，闸门时间0.1s； 100 HZ—999.9KHZ，闸门时间10ms； 1 KHZ—9999KHZ，闸门时间1ms； 2.显示方式：四位十进制数 3. 当被测信号的频率超出测量范围时,报警. 三、数字频率计基本原理及电路设计所谓频率，就是周期性信号在单位时间 (1s) 内变化的次数．若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为 fx=N/T 。因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。可见数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成，总体结构如图4-2-6：

图4-2-6数字频率计原理图从原理图可知，被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号Ⅰ，其频率与被测信号的频率fx相同。时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，具有固定宽度T的方波时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择T大一些,测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确.逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲Ⅳ，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲Ⅴ，使计数器每次测量从零开始计数。 1.放大整形电路放大整形电路可以采用晶体管 3DGl00和74LS00，其中3DGl00组成放大器将输入频率为fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。 2.时基电路时基电路的作用是产生标准的时间信号，可以由555组成的振荡器产生，若时间精度要求较高时，可采用晶体振荡器。由555定时器构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分。（1）555多谐振荡电路产生时基脉冲采用555产生1000HZ振荡脉冲的参考电路如图4-2-7所示。电阻参数可以由振荡频率计算公式f=1.43/((R1+2R2)*C)求得。（2）分频电路由于本设计中需要1s、0.1s、10ms、1ms四个闸门时间，555振荡器产生1000HZ，周期为1ms的脉冲信号，需经分频才能得到其他三个周期的闸门信号，可采用74LS90分别经过一级、二级、三级10分频得到。图4-2-7 555多谐振荡电路 3. 逻辑控制电路在时基信号II结束时产生的负跳变用来产生锁存信号Ⅳ，锁存信号Ⅳ的负跳变又用来产生清“0”信号V。脉冲信号Ⅳ和V可由两个单稳态触发器74LSl23产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。触发脉冲从B端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端Q可获得一正脉冲, Q非端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足Ⅳ和V的要求。手动复位开关S按下时，计数器清“ 0 ”。参考电路如图4-2-8 图4-2-8数字频率计逻辑控制电路 4.锁存器锁存器的作用是将计数器在闸门时间结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值．闸门时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号Ⅳ，将此时计数器的值送译码显示器。选用8D锁存器74LS273可以完成上述功能．当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。从而将计数器

单片机数字相位差计的设计

XXXXXX项目式教学设计报告课程名称：电路综合设计项目名称：单片机数字相位差计的设计专业班级：学生姓名：指导教师：开课时间：报告成绩：

数字相位差计的设计与实现摘要随着数字电子技术的发展，由数字逻辑电路组成的控制系统逐渐成为现代检测技术中的主流，数字测量系统也在工业中越来越受到人们的重视。在实际工作中，常常需要测量两列频率相同的信号之间的相位差，来解决实践中出现的种种问题。例如，电力系统中电网合闸时，要求两电网的电信号之间的相位相同，这时需要精确测量两列工频信号之间的相位差。如果两列信号之间的相位差达不到相同，会出现很大的电网冲激电流，对供电系统产生巨大的破坏力，所以必须精确地测量出两列信号之间的相位差。本设计由STC89C51构成的最小系统，通过外围扩展，精确测量工频电压的相位差，采用LCD1602显示相位差，功耗小，精确度高，稳定性能好，读数方便且不需要经常调试。关键词：单片机、低频、相位差、LCD

一、绪论 1.1课题的意义众所周知，相位是交变信号的三要素之一，而相位差则是研究两个相同频率交流信号之间关系的重要参数。相位差的测量是电气测量的一项基本内容，其含义为测量两个同频率周期信号的相位差值。例如某一电路系统输入信号与输出信号之间的相位差，三相交流电两个相电压或两个线电压之间的相位差，相电压与相电流之间的相位差等。又如，在自动控制理论中，系统的相频特性为在不同频率正弦信号作用下，系统的输出信号与输入信号之间的相位和频率的函数关系。此外，同频率正弦信号的相位差测量在工业自动化、智能控制及通讯电子等许多领域都有着广泛的应用。如电工领域中的电机功角测试，等等。因此相位差的测量是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。 1.2课题要求本设计研究了一种可测20Hz-20kHz 内波形（正弦波、三角波、矩形波）数字相位差测量仪的设计方法。主要内容是以STC89C51为控制核心，实现对音频范围内的正弦交流信号的相位的测量，可测的信号相位差在0～360? 度范围内，测量精度可达0.1? 。两路信号（同频、不同相）通过过零比较器电路整形成矩形波信号，再通过鉴相器，D 触发器二分频得到相位差信号。这样就构成了相位测量系统的测量电路。再将该相位差信号送入单片机的外部中断端口，通过单片机对数据的处理，最后方可得到所要测量的相位差，并在液晶上显示出测量结果。二、相位测量方案论证与选择 2.1设计方案论证方案1：相位——电压转换法相位--电压转换式数字相位计的原理框图如图2-1

相位测量方案

制信号控制两片计数器。得到的两路计数值送入单片机进行处理得相位差值。对以上方案进行比较，方案一在所测频率较高时，受锁相环工作频率等参数的影响会造成相位差测量的误差，采用方案二由高精度的晶振产生稳定的基准频率，可以满足系统高精度、高稳定度的要求。相位测量论证与选择方案一：利用单片机实现测量相位差，实现框图如图1-1所示。信号1整形电路方波1测频键盘信号2整形电路方波2异或门测脉宽单片机显示DFF 图1-1利用单片机实现测量相位差原理图直接利用单片机的内部时钟以异或门的输出为闸门进行计数。理论上晶振为12M时MCS-51单片机的最窄脉宽为1us，误差即为±1us。当要实现1?的步进时，计数脉宽最少为360us，以正弦波计，最高的频率为 1 360*10-6 ＝2.78KHz。显然，此种方法硬件原理上难以保证测量精度，需在软件上采用?∑技术来提高精度，增加了软件量。方案二：采用相差－电压测量法。即通过数字鉴相器，如异或门鉴相电路输出相差脉冲，经过低通滤波器滤出其中的直流成分（其中含有相位信息），设计原理框图如图1-2所示。信号输入1数字鉴相器滤波器A/D单片机显示信号输入2异或门图1-2数字鉴相、相位－电压法原理框图此方案为数字方法与模拟方法相结合，数字鉴相器的设计解决了模拟鉴相器的频带限制，但精度问题依然存在。方案三：采用相差－时间测量法。设计原理框图如图1-3所示。信号输入A 信号输入B 数字鉴相器周期/脉冲计数/锁存单片机显示

?360O ??=n N 其中，n为方波相位差对应时间间隔内的脉冲数，N为方波一个周期内的脉冲数。上述两种方案从对硬件的要求而言，方案一在FPGA芯片基础上需要一片CD4046和一片AD0809，而方案二则在FPGA芯片基础上只需要一片LM393；从测量性能方面来说，在低频率方面，方案一的相位差总共只能有256个量级，而采用通过FPGA记脉冲数的方法测量的精度将远远高出此量级。因此，选用方案二，采用比较器LM393和FPGA来实现测相。相位差测量方案一：将被测的两路正弦波信号整成方波信号，利用异或门电路进行鉴相处理，将得到的脉冲序列经过RC平滑滤波取出其直流分量，该直流电平的幅值与两路信号的相位差成正比，将此信号送入A/D转换器由单片机进行运算处理从而计算出相位差值。方案二：采用脉冲填充计数法，将正弦波信号整成方波信号，其前后沿分别对应于正弦波的正相过零点与负相过零点，对两路方波信号进行异或操作之后输出脉冲序列的脉宽可以反映两列信号的相位差，以输入信号所整成的方波信号作为基频，经锁相环倍频得到的高频脉冲作为闸门电路的计数脉冲，由单片机对获取的计数值进行处理得到两路信号的相位差。方案三：将两路被测正弦波信号整成方波信号，通过图3-5所示的鉴相器，输出一路具有不同占空比的脉冲波形。由图３-６的仿真波形可知，该脉冲信号的占空比与这两路信号图3-5鉴相器原理图图3-6鉴相器的仿真波形的相位差成正比：相位差=N1*360°/（N1+N2）(3-5)其中N1是高电平脉宽时间内的计数器，N2是低电平脉宽时间内的计数值。

multisim简易数字频率计

. . . . 哈尔滨工业大学简易频率计的仿真设计

目录 1．设计要求 2. 总电路图及工作原理 3.电路组成介绍 3.1脉冲形成电路 3.2闸门电路 3.3时基电路 3.4计数译码显示电路 4. 电路的测试 5. 分析与评价附录：元器件清单 1．设计要求本次设计任务是要求设计一个简易的数字频率计，即用数字显示被测信号频率的仪 2

器，数字频率计的设计指标有： 1. 测量信号：正弦信号、方波信号等周期变化的物理信号； 2. 测量频率范围：0Hz~9999Hz； 3. 显示方式：4位十进制数显示。 2.电路工作原理频率计总电路图如下所示： 2

频率计的基本原理：通过将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用555定时器组成的振荡电路所产生的频率为1Hz的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方波信号一起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用74LS90N的十进制计数功能进行级联计数，计数后输入8位数据/地址锁存器74LS273N以实现锁存和清零功能，最后输入到译码显示电路中，用BCD7段译码器显示出来，这样就实现了对被测周期信号的频率测量并显示的功能。频率计的工作原理流程图如下所示： 3.电路组成介绍 3.1脉冲形成电路脉冲形成电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，再经过施密特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限副作用。由555组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。线路图如下所示： 2

3.2闸门电路闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，在电路中用一个与非门来实现（如下图所标注）。当标准信号（正脉冲）来到时闸门开通，被侧信号的脉冲通过闸门进入计时器计数；正脉冲结束时闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。闸门电路 2

赛前准备

1.2.2赛前题目分析 1. 分析方法分析方法可以采用基本要素组合法，一是分析所需要的仪器仪表，二是分析所需要的元器件，将两者结合进行综合分析。以2003年公布的全国大学生电子设计竞赛基本仪器和主要元器件清单为例：从信号发生器和示波器的频率范围可见，信号频率范围不会超过35MHz，最高也不会超过60MHz。信号波形有正弦波和方波等。使用双踪示波器，表示作品制作时需要同时观测两路信号。使用数字示波器，表示作品制作时需要直接读取一些数据。使用电感、电容测试仪（或Q表），表示作品制作时需要测量电感和电容参数。使用频率特性测量仪（可选），表示作品制作时需要测量频率特性。使用数字相位计（可选），表示作品制作时需要测量相位。使用高频毫伏表，表示作品制作时需要测量高频信号电压。需要使用单片机开发系统及EDA开发系统、单片机最小系统板（仅含单片机芯片、键盘与显示装置、存储器）和可编程逻辑器件下载板（仅含可编程芯片、下载电路、配置存储器），表示作品制作时需要使用单片机或者可编程逻辑器件才可以完成。需要秒表，表示作品制作时需要对时间进行测量。需要使用A/D、D/A变换器，表示作品制作时需要将模拟信号转换为数字信号，也需要将数字信号转换为模拟信号。使用高频变容二极管、高频磁芯，表示作品制作时需要改变电感和电容参数。使用光电传感器、超声传感器、金属探测传感器、红外传感器等，表示作品制作时需要对光信号、物体、金属等进行检测。需要电动玩具车（外形尺寸：长≤35cm；宽≤15cm），表示作品制作时需要以电动玩具车为载体。 2. 题目组合将以上的一些要素进行组合，可以得到可能出现的一些题目和作品应完成的功能。例1：电动玩具车＋单片机最小系统板或者可编程逻辑器件＋光电传感器＋超声传感器＋金属探测传感器＋红外传感器＋秒表，结合2001年的竞赛题目“自动往返电动小汽车（第五届，2001年）”分析，可能出现的题目和功能是：电动玩具车在单片机最小系统板或者可编程逻辑器件的控制下，对轨迹、速度和转速（光电传感器、红外传感器、秒表）进行检测，对障碍物进行检测（超声传感器），对金属物（金属探测传感器）进行检测。例2：信号发生器＋示波器＋电感、电容测试仪＋频率特性测量仪＋高频毫伏表＋高频变容

数字相位差测量仪的设计

目录 1.设计任务书。 2.设计方案概述。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理。 4.电路的组成及参数选择。 4.1整形电路及信号C的形成。 4.2滤波电路的参任务计划书。 4.3V/f变换电路的设计。 4.4 89C52内部资源的利用。 5.应用实例。 6.结论。 7.总结。一、设计任务书（一）任务设计仿真一数字相位计（二）主要技术指标与要求：（1）输入信号频率为0HZ～250HZ可调（2）输入信号的幅度为0.5V （3）采用数码管显示结果，相位精确到0.1° （4）采用外部5V直流电源供电（三）对课程设计的成果的要求（包括图表）设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书。要求图纸布局合理，符合工程要求，所有的器件的选择要有计算依据。二、设计方案概述根椐设计任务书的要求，我们参考了一些相关资料书，经过小组的讨论分析，提出了一种用v/f变换测量交流电的相位差的新方法：首先产生出其幅度正比与相位差大小的直流电，再有v/f变换器转换成反映相位差大小的频率信号，在单片机的配合下，最终得到相位差。这种方法具有分辨率高，适应与大范围的各种输入频率等优点。正弦交流电电信号相位差的测量可以用多种方法实现。比较直接的数字式测量方法是在已知信号周期的前提下用定时的方法测得相位差角对应的时间，然后根据已知的周期将其换算成相位差角度。但

是，这种方法的测量精度依赖于定时器的精度和分辨率。在信号频率较高或频率虽不高但相位差较小时，都可以出现较大的误差。另外，由于直接测量得到的是时间，相位差角要由这一中间结果与信号的周期运算后才能得到，所以周期的测量不可缺少，其测量的精度也将影响相位差的精度。在此用一种新的思路进行相位差的测量，用v/f变换器把相位差转换成一个其频率与之成正比的脉冲列，通过计算在一定时间内的脉冲个数测量相位差角。这种测量方法与信号的周期无关，可以得到较高的精度。题达到了0.1的测量精度，与此同时工业运行控制中现场操作，修改和设置等问题也得到了很好的解决，以上这些都在工业运行中得到了厂方的认可。存在的问题主要是本仪器通用性很不强，很难在更大的范围应用和推广，只能运用与某些特定的企业。今后的工作主要硬件和软件的改进上，列入增加一些通用行很强的功能模块。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理首先将输入的两个同频率但存在着相位差的信号进行整形，使之变成方波。如图1示A和B 再对A,B进行异或处理, 异或输出信号C 的脉冲宽度则反映相位差角.C 的脉宽T1对应的电角度是相位差角,C 的周期T2 是信号周期T 的1/2.如果信号角频率为w 则T1= /w. C为幅值为U 的方波其平均值Ud=UT1/T2=U 由此可见,C 的平均值( 亦即直流分量)仅与相位差角和脉冲幅度有关与信号周期无关

简易数字频率计

宁波工程学院电子信息工程学院课程设计报告课程设计题目：简易数字频率计起讫时间：2011年05月23日至2011年06月03日

目录第一章技术指标 1.1整体功能要求 1.2电气指标 1.3扩展指标 1.4设计条件第二章整体方案设计 2.1 算法设计 2.2 整体方框图 2.3 计数原理第三章单元电路设计 3.1 波形变换电路 3.2 闸门电路设计 3.3小数点显示电路设计第四章测试与调整 4.1 硬件测试与调整 4.2 软件测试与调整 4.3 整体指标测试第五章设计小结 5.1 设计任务完成情况 5.2 问题及改进 5.3心得体会附录

第一章技术指标 1.1整体功能要求设计并制作一台数字显示的简易频率计，主要用于测量正弦波、方波等周期信号的频率值。 1.2 电气指标 1.2.1 信号波形：方波； 1.2.2 信号幅度;TTL电平； 1.2.3 信号频率：100Hz～9999Hz； 1.2.4 测量误差：≤1%； 1.2.5 测量时间：≤1s／次，连续测量； 1.2.6 显示：4位有效数字，可用数码管，LED或LCD显示。 1.3扩展指标 1.3.1 可以测量正弦波信号的频率，电压峰－峰值VPP=0.1～5V； 1.3.2 方波测量时频率测量上限为3MHz，测量误差≤1%； 1.3.3 正弦（Vopp=0.1V~5V）测量时频率测量上限为3MHz，测量误差≤1%； 1.3.4量程自动切换，且自动切换为四位有效数字输出； 1.4设计条件 1.4.1 电源条件：+5V。 1.4.2开发平台：本系统以高速SOC单片机C8051F360和FPGAEP2C8T144为核心，主要包括9个模块，其主要配置见表1-1。表1-1数字电子系统设计实验平台模块一览型号名称主要配置 MCU模块SOC单片机8051F360,CPLD芯片EMP3064TC44 74151 FPGA模块EMP3064TC44,串行配置芯片，JTAG和AS配置接口 74153 LCD和键盘模块12864中文液晶，16个按键 7404 8位高速A/D模块30MHz8位A/D转换器ADS930,信号调理电路4518 10位高速D/A模块双路100MHz10位D/A转换器THS5651,差分放大电路，反相器

全相位FFT相位测量方法

全相位FFT 相位测量方法 1.基本原理全相位数据来源为()()(),11x n N n N --≤≤-，可以认为对于时间序列中的一点()0x ，存在且只存在N 个包含该点的N 维向量： ()()()()()()()()()0110,1,,11,0,,21,2,,0T T T N x x x x N x x x x N x x N x N x -=-???? =--????=-+-+???? (1) 将(1)式中每个向量进行圆周移位把样本点()0x 移到首位，则得到另外的N 个N 维向量 ()()()()()()()()()0 1 10,1,,10,1,,10,1,,1T T T N x x x x N x x x x x x x N x -'=-???? '=-????'=-+-???? (2) 对准()0x 相加得到全相位数据向量 ()()()()()()()1 0,111,,111T AP x Nx N x x N x N N x N = -+-+-+--???? (3) 根据DFT 的移位性质，式(2)中i x '的傅里叶变换()i X k '和式(1)的i x 的离散傅里叶变换()i X k 之间有很明确的关系 ()()[]2,0,1ki j N i i X k X k e i N π'=∈- (4) 当输入序列为 ()()2/,11j mn N x n e N n N πθ+=-+≤≤- (5) 其中，s f m f N =，s f 为采样频率。式(3)对i 求和的平均即为全相位FFT 的输出，

()()()()()()()()()()()()21 1 0221100 2211 222/2/2 21 11111111sin 1sin /ki N N j N ap i i i i kn ki N N j j N N i n m k i m k n N N j j j N N i n j m k j m k j j m k N j m k N j X k X k X k e N N x n i e e N e e e N e e e N e e m k e N m k N πππππθππθππθππ--==---==-----==------'= ==-=--=---????=-???? ∑∑∑∑∑∑ (6) 由(6)式可知，全相位FFT 谱的相位值为θ，即为中心样点()0x 的理论相位值，该值与频率偏离值m-k 无关。当输入序列为 ()()()()() 2/2/cos 2/,11 1 2 j mn N j mn N x n mn N N n N e e πθπθπθ+-+=+-+≤≤-=+ (7) 根据(6)式得到其全相位FFT 为 ()()()()()22 22sin sin 112sin /2sin /j j ap m k m k X k e e N m k N N m k N θθππππ----????????=+---???????? (8) 在峰值谱线k m =处，(8)式等号右侧前项远大于后项，因此k m =处的相位即为输入序列初相θ。因此，基于全相位FFT 的相位测量流程如下图所示图1 基于全相位FFT 的相位测量流程 2.测相性能对()0cos 260s n x n f f π??=?+? ???，()()11N n N --≤≤- 。（1）使用apFFT 估计相位的条件使用apFFT 进行相位测量，需要满足条件02s f f >。（2）数据长度与相位测量准确程度的关系当03,12s f Hz f Hz ==，得到相位估计值与N 的关系如图

简易数字频率计设计报告

简易数字频率计设计报告目录一.设计任务和要求 (2) 二.设计的方案的选择与论证 (2) 三.电路设计计算与分析 (4) 四.总结与心得..................................... 错误！未定义书签。2 五.附录........................................... 错误！未定义书签。3 六.参考文献....................................... 错误！未定义书签。8

一、设计任务与要求 1.1位数：计4位十进制数。 1.2.量程第一档最小量程档，最大读数是9.999KHZ ，闸门信号的采样时间为1S. 第二档最大读数是99.99KHZ ，闸门信号采样时间为0.1S. 第三档最大读数是999.9KHZ ，闸门信号采样时间为10mS. 第四档最大读数是9999KHZ ，闸门信号采样时间为1mS. 1.3 显示方式（1）用七段LED 数码管显示读数，做到能显示稳定，不跳变。（2）小数点的位置随量程的变更而自动移动（3）为了便于读数，要求数据显示时间在0.5-5s 内连续可调 1.4具有自检功能。 1.5被测信号为方=方波信号二、设计方案的选择与论证 2.1 算法设计频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图 2-1所示的算法。图2-2是根据算法构建的方框图。被测信号图2-2 频率测量算法对应的方框图输入电路闸门计数电路显示电路闸门产生

整体方框图及原理频率测量：测量频率的原理框图如图2-3.测量频率共有3个档位。被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。时基信号有555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1个周期。将方波的脉宽作为闸门导通的时间，在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。用时间Tx来表示：Tx=NTs 式中：Tx为被测信号的周期；N为计数器脉冲计数值；Ts为时基信号周期。时基电路：时基信号由555定时器、RC组容件构成多谐振荡器，其两个暂态

全数字锁相环设计1

全数字锁相环设计1 全数字锁相环设计锁相的概念是在19世纪30年代提出的，而且很快在电子学和通信领域中获得广泛应用。尽管基本锁相环的从开始出现几乎保持原样，但是使用不同的技术制作及满足不同的应用要求，锁相环的实现对于特定的设计还是蛮大的挑战。锁相环在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用极为广泛，已经成为各种电子设备中必不可少的基本部件。随着电子技术向数字化方向发展，需要采用数字方式实现信号的锁相处理。锁相环技术在众多领域得到了广泛的应用。如信号处理，调制解调，时钟同步，倍频，频率综合等都应用到了锁相环技术。传统的锁相环由模拟电路实现，而全数字锁相环(DPLL)与传统的模拟电路实现的锁相环相比，具有精度高且不受温度和电压影响，环路带宽和中心频率编程可调，易于构建高阶锁相环等优点，并且应用在数字系统中时，不需A/D及 D/A转换。随着通讯技术、集成电路技术的飞速发展和系统芯片(SoC)的深入研究，全数字锁相环必然会在其中得到更为广泛的应用。因此，对全数字锁相环的研究和应用得到了越来越多的关注。传统的数字锁相环系统是希望通过采用具有低通特性的环路滤波器，获得稳定的振荡控制数据。对于高阶全数字锁相环，其数字滤波器常常采用基于 DSP的运算电路。这种结构的锁相环，当环路带宽很窄时，环路滤波器的实现将需要很大的电路量，这给专用集成电路的应用和片上系统SOC(system on chip)的设计带来一定困难。另一种类型的全数字锁相环是采用脉冲序列低通滤波计数电路作为环路滤波器，如随机徘徊序列滤波器、先N后M序列滤波器等。这些电路通过对鉴相模块产生的相位误差脉冲进行计数运算，获得可控振荡器模块的振荡控制参数。由于脉冲序列低通滤波计数方法是一个比较复杂的非线性处理过程，难以进行线性近似，因此，无法采用系统传递函数的分析方法确定锁相环的设计参数。不能实现对高阶数字锁相环性能指标的解藕控制和分析，无法满足较高的应用需求。

相位差检测

目录一、题目要求 ........................................................ 错误!未定义书签。二、方案设计与论证 ............................................ 错误!未定义书签。移相电路 ......................... 错误!未定义书签。检测电路 ......................... 错误!未定义书签。显示电路 ......................... 错误!未定义书签。三、结构框图等设计步骤................. 错误!未定义书签。设计流程图........................ 错误!未定义书签。电路图 ........................... 错误!未定义书签。移相电路图................... 错误!未定义书签。检测电路图................... 错误!未定义书签。显示电路图................... 错误!未定义书签。四、仿真结果及相关分析................. 错误!未定义书签。移相效果 ......................... 错误!未定义书签。相位差波形........................ 错误!未定义书签。相位差度数........................ 错误!未定义书签。五、误差分析........................... 错误!未定义书签。误差分析 ......................... 错误!未定义书签。六、总结与体会......................... 错误!未定义书签。七、参考文献........................... 错误!未定义书签。八、附录............................... 错误!未定义书签。元器件清单........................ 错误!未定义书签。

简易数字显示频率计的设计

简易数字显示频率计的设计摘要：本文应用NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路，实现可测量1HZ-99HZ这个频段的数字频率计数器。关键词：脉冲；频率；计数；控制 1 引言在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量显得很重要。测量频率的方法有很多,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。 2 电子计数器测频方法电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。 3 简易数字频率计电路组成框图本设计主要运用数字电路的知识，由NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路。从单元电路的功能进行划分，该频率计由四大模块组成，分别是电源电路、时钟电路（闸门）、计数译码显示电路、控制电路（被测信号输入电路、锁存及清零）。电路结构如图1所示。图1 简易数字频率计电路组成框图 4 单元模块电路设计

4.1电源电路在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如图2所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。图2 电源电路 220V市电经220V/12V变压器T降压，二极管桥式整流电路整流，1000uF电容滤波后送人7809的输入端（1脚）。7809的第二脚接地，第三脚输出稳压的直流电压，C7、C8是为了进一步改变输出电压的纹波。红色发光管LED指示电源的工作状态，R9为LED的限流电阻，取值为5.1K。 4.2 时钟电路电路如图3所示，由NE555构成的多谐振电路，3脚输出振荡脉冲，其中LED为黄色发光二极管，R1为5.1K，R2为1K，R3为10K，C1,C5为100UF,C4为0.01UF，C2为1000PF,R PE 选取10K。图3 时钟电路 4.3计数、显示电路

激光相位测距仪设计

课程设计报告（2014—2015年度第一学期）题目：激光相位测距仪设计院系：物理与电子信息工程学院姓名：学号：专业：光信息科学与技术指导老师： 2015年01月03日

目录 1.设计目的与任务 (3) 2.相位式激光测距仪的实现原理 (4) 3.激光测距仪的原理方案 (6) 3.1 直接测尺频率 (6) 3.2 间接测尺频率 (6) 4.测距精度的分析 (9) 4.1 误差分析 (9) 4.2精度分析 (10) 5.总结 (12) 6.参考文献 (12)

主要内容：根据相位式激光测距仪的实现原理，设计激光测距仪的原理方案，用matlab仿真分析相位式激光测距仪的差频检相技术原理，并对测距仪的精度进行讨论。 Main contents: According to the principle of phase laser rangefinder and the design principle of the laser range finder, matlab simulation analysis phase laser range finder principle of phase difference frequency detection technique, and discuss the precision of the ranger. 2015年01月03日二、成绩年月日 1.设计目的与任务

课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次专业训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计打下基础。 1、进一步巩固和加深学生所学的专业理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能； 2、培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力； 3、培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。光电子技术基础课程设计是在学生已经完成光电子技术基础课程教学之后所进行的综合性设计过程。其意义在于进一步巩固、加强课程的教学效果，并将这些知识真正应用于实际的设计过程中。根据设计内容要求，完成方案论证，完成一类光电仪探测器特性实验测试开发；或利用光电探测器设计测试装置针对一物理量进行测量；或利用光电系统进行信息的传输;或能根据工程条件设计一光电技术的具体应用。写出完整的设计报告，设计报告(论文)字数要求不少于3000字，文字通顺，书写工整。 2.相位式激光测距仪的实现原理相位测量一般采用差频测相技术。差频测相的原理如图2.1所示 2.1差频测相原理图示主振e d光调制

论数字相位计的重要性

论数字相位计的重要性论数字相位计的重要性前言随着现代科学技术快速的发展，电子测量技术广泛的应用于工业、电力、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。相位差两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫做相差。这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差。如果电路是纯电阻，那么交流电压和交流电流的相位差等于零。也就是说交流电压等于零的时候，交流电流也等于零，交流电压变到最大值的时候，交流电流也变到最大值。这种情况叫做同相位，或者叫做同相。如果电路含有电感和电容，交流电压和交流电流的相位差一般是不等于零的，也就是说一般是不同相的，或者电压超前于电流，或者电流超前于电压。加在晶体管放大器基极上的交流电压和从集电极输出的交流电压，这两者的相位差正好等于180°。这种情况叫做反相位，或者叫做反相。高精度相位差测量简述 SYN5607型相位计利用最新的大规模FPGA 数字技术和优化的模拟三通道同时测量设计，每一个通道会自动选择适当的量程测量独立波形的振幅和相位，过压会自动切断接口与内部设备的连接，保护内部电路，同时进行声音报警。本设备能够大大提高三相正弦波的相位测量精度和提高用户使用的方便性。为多路相位测量提供了有效而便捷的解决方案。数字相位计实物图产品功能 1) 输出两路相位、幅度、频率高精度可调的正弦信号。产品特点 a) 高度集成，精度高； b) 稳定性好，性能可靠；典型应用

简易数字频率计电路设计

摘要请对内容进行简短的陈述，一般不超过300字关键字：周期；频率；数码管，锁存器，计数器，中规模电路，定时器在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。本章要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示。数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、数码管、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。

目录前言 (1) 1.数字频率计的原理 (2) 2.系统框图 (3) 3.系统各功能单元电路设计 (3) 3.1 时基电路设计 (3) 3.2 放大整形电路 (4) 3.3 逻辑控制电路 (5) 3.4 锁存单元 (6) 3.5 分频电路 (7) 3.6 显示器 (7) 3.7 报警电路 (8) 4.系统总电路图 (10) 结束语 (11) 参考文献 (12)

前言数字频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。

简易数字频率计设计实验报告

电子线路课程设计报告姓名：学号：专业：电子信息日期：2014.4.13 南京理工大学紫金学院电光系 2014-4-13

引言《电子线路课程设计》是一门理论和实践相结合的课程。它融入了现代电子设计的新思想和新方法，架起一座利用单元模块实现电子系统的桥梁，帮助学生进一步提高电子设计能力。对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。该课程主要内容：（1）了解和掌握一个完整的电子线路设计方法和概念；（2）通过电子线路设计、仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研发产品的一个基本流程。（3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用：包括放大器、滤波器、比较器、光电耦合器、单稳、逻辑控制、计数和显示电路等。（4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。（5）电子线路课程设计课题：设计并制作一个基于模电和数电的简易数字频率计。

目录第一章设计要求................................................. 1.1 基本要求........................................... 1.2 提高部分........................................... 1.3 设计报告........................................... 第二章整体方案设计............................................. 2.1 算法设计........................................... 2.2 整体方框图及原理................................... 第三章单元电路设计............................................. 3.1 模电部分设计....................................... 3.1.1 放大电路........................................ 3.1.2 滤波电路........................................ 3.1.3 比较电路........................................ 3.1.4 模电总体电路.................................... 3.2 数电部分设计....................................... 3.2.1 时基电路........................................ 3.2.2 单稳态电路...................................... 3.2.3 计数、译码、显示电路............................ 3.2.4 数电总体电路.................................... 第四章测试与调整............................................... 4.1 时基电路的调测..................................... 4.2 计数电路的调测..................................... 4.3 显示电路的调测..................................... 第五章设计小结................................................. 5.1 设计任务完成情况................................... 5.2心得体会...........................................