基于MCS-51单片机的高精度数字测相装置的设计.doc

xx 大学毕业设计（论文） i 基于基于 mcs-51mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计单片机的高精度数字测相装置的设计 中文摘要中文摘要 相位的测量在自动控制以及通讯电子等领域有着广泛的应用。目前常用的相位测 量方法，是对两个输入信号进行调理，再通用过零检测的方法使其变换成两个方波。 然后将这两个方波进行“与”操作，得到鉴相方波。再由鉴相方波来控制计数器的开停， 即用高频脉冲去填充两个信号的相位差，从而实现相位差的测量。但是由于计数方法 本身的误差，在测量精度要求比较高或是在鉴相脉宽小于用于计数的时钟脉冲周期时， 原来的测量方法就无法满足实际的测量要求。 本文在对几个常用的测量方法进行简要的分析后，提出了在包含相位差的被测信 号多个周期内重复计数，同时在相同个数的原始被测信号周期内进行计数，两个计数 结果相减便得到多个鉴相脉宽的计数结果。鉴相脉宽内的计数结果与原始信号周期内 的计数结果的比值，即是鉴相脉宽与被测信号周期脉宽的比值，从而计算出相位差的 测量方法。 在测量系统的设计中，我们选择单片机作为计数处理电路，它使得系统性能大幅 度提高，能够满足较高要求的测试。实验证明这种方法测量得到的相位差精确，电路 实现简单。 关键词关键词:测相仪；相位测量；相位；相位差 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 ii design of precision measurement device of phase based on 51 single- chip abstract it is used widely in automation and communication domain.the common way of measurement is change the input signal into rectangle waveform after modulation and pass- zero detection. the “and“ operation of two input rectangle waveform will bring the phase difference pulse. we use this pulse as the control of counter. it means we take count of clock pulse during the phase difference pulse and get the phase difference later. but errors lies in the way of counter lead the bad measurement, especially when it needs high precision or the clock pulse is wider than the difference. after sample analyzing several common measure ways, it brings up counting repeatedly during multiple signal periods including the time delay of two signals and not in different circuit at the same time厂the difference of two counters is the number of clock pulse in time delay. and the ratio of the number of clock pulse in delay time and the number in signal period is the ratio of delay time and the signal period. it can get the phase difference from the ratio. we choose the single-chip microcomputer as the processor in counting system. and it makes the capability of system is much higher than singlechip system. it meets the need of our measure system. it is validated in our lab test that it is a very efficient and simple project of exact phase difference measurement. key words: measuring phase instrument;phase measure; phase ;phase difference xx 大学毕业设计（论文） iii 目目 录录 引引 言言.1 第第 1 章章 绪论绪论.2 1.1 课题的意义2 1.2 国内相位差测量研究现状概述2 1.3 课题完成的主要任务和特点3 第第 2 章章 方案论证方案论证.4 2.1 测量原理4 2.2 方案比较4 2.2.1 数值取样法.4 2.2.2 数字相关法.5 2.2.3 相位-电压转换法.6 2.2.4 相位-时间转换法.7 第第 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计.9 3.1 原始信号处理电路9 3.2 鉴相电路11 3.3 采样电路14 3.4 计数及结果采集电路15 3.5 显示及键盘控制电路 .18 第第 4 章章 系统软件设计系统软件设计.20 4.1 主程序流程图20 4.2 键处理子程序流程图21 第第 5 5 章章 理论计算及精度误差分析理论计算及精度误差分析.22 5.1 理论计算22 5.2 精度分析22 5.3 误差分析23 5.3.1 过零比较器引起的相移.23 5.3.2 鉴相电路中 d 触发器或异或门引起的相移.23 5.3.3 计数器计数误差.24 结论与展望结论与展望.25 致致 谢谢.26 参考文献参考文献.27 附录附录 a a 系统原理图系统原理图28 附录附录 b 外文文献及其译文外文文献及其译文.29 附录附录 c c 主要参考文献题录及摘要主要参考文献题录及摘要38 附录附录 d d 部分子程序部分子程序40 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 iv 插图清单插图清单 图 2-1 被测信号 1 u (t)和 2 u(t)4 图 2-2 相关法测量相位差的原理图.6 图 2-3 相位电压转换测量法的原理图6 图 2-4 利用单片机计数器的测量法7 图 2-5 利用外部晶振计数的测量方法8 图 3-1 被测信号波形图9 图 3-2 整形电路波形图9 图 3-3 整形后的信号 1 u(t)和 2 u(t).10 图 3-4 基本单限比较器10 图 3-5 基本单限比较器传输特性10 图 3-6 窗口比较器.11 图 3-7 窗口比较器传输特性11 图 3-8 由 d 触发器组成的基本鉴相电路.11 图 3-9 d 触发器鉴相电路的工作波形12 图 3-10 试验鉴相电路的原理图13 图 3-11 试验鉴相电路.13 图 3-12 原始整形信号和鉴相脉冲信号13 图 3-13 信号采样电路原理图14 图 3-14 采样电路工作波形14 图 3-15 示波器采集的 txclk 和 tclk 波形.15 图 3-16 示波器采集的 x tclk 和 tclk 波形 .15 图 3-17 计数电路原理图16 图 3-18 锁存器的片选信号原理图17 图 3-19 3-8 译码器的工作时序17 图 3-20 键盘扫描电路18 图 3-21 寄存器工作时序19 图 3-22 led 位驱动电路19 图 5-1 t+t 与 clk.24 xx 大学毕业设计（论文） - 1 - 引引 言言 随着科学技术的发展，相位测量技术的应用已深入到许多领域和部门，对它的精 度也要求越来越高。 从 80 年代开始，将微处理器广泛地用于各个技术领域，多种型号的电子相位计投 入市场，取代了以往的相位计。在 70 年代中期以后，由于资金、技术、管理、市场等 因素的原因，国内相位测量技术的发展进入了低潮，研究相位测量的单位和技术人员 越来越少。目前，国内生产商品化相位计的主要厂家仅有天津中环电子仪器公司，相 位计量机构是中国计量科学研究院和国防科工委。总的来说，我国的相位测量技术与 国外有较大的差距，主要体现在产品种类较少，配套产品少；产品测试功能单一；仪 器精度、数字化和自动化程度不高；相位计量标准不完备。目前国外提出了改进测相 位测量精确度的方法，包括有：(1)用专用数字处理芯片，利用正余弦表格及傅立叶变 换方法来计算相位差，可大大提高测量精度。(2)采用新器件及设计方法提高相位测量 精度及展宽工作频率范围。(3)采用新的算法来进行相位测试。(4)采用高精度相位测量 设备，通过相位输出信号，利用桥路与输入信号相位进行比较，从而测出相位差。现 代电子测量仪器与智能测量技术、计算机技术紧紧结合在一起，每一次计算机技术和 电子技术的革命都带来电子测量仪器的革命。因此，只有不断的采用新技术和新方法， 才能使相位计的性能和精度得以不断的提高。数字处理技术的发展日新月异，随着单 片机技术和软件技术的不断发展和解决复杂问题能力的不断提高，单片机技术的出现 使得相位差测量系统结构清晰，流程简洁，功能越来越强大 本课题是以实现两路工频正弦信号的相位测量为目的，在对国内外的各种相位测 量系统进行了深入分析的基础上，针对相位测量系统的各个环节进行了研究。根据相 位测量系统的工作流程，将整个系统分为信号调理模块、数据采集和处理模块、液晶 显示和数据传输模块，再细化分成功能单一的模块，然后对这些模块分别进行设计和 调试。相位计采用数字信号处理技术，可以有效地实现相位差的高精度测量。本文采 用数字过零鉴相法，进行相位测量的设计与实现，对各个单元结构的功能与实现方法 进行了详尽的分析。采用前置电路将被测信号(电压或电流)变换为小电压信号，经过信 号调理电路对信号进行程控放大和滤波。本文最后还对影响相位测量精确度的主要因 素进行了深入细致的分析和研究，提出了提高相位测量精确度的方法。将新器件、新 方法和新技术应用于相位测量技术中，使得相位计的性能和精确度得以显著提高。 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 - 2 - 第第 1 章章 绪论绪论 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，介质材料损耗角的确定等等。 因此相位的测量是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。 1.2 国内相位差测量研究现状概述 传统的测量方法很多，有示波器测量法，将相位差转化为时间间隔法，电压测量法， 零示法等。 通常的测量方法是对两个输入信号进行调理，应用过零检测的方使其变换成两个 方波。然后对这两个方波进行比较得到鉴相脉冲，即相位差脉宽。再由鉴相脉冲来控 制计数器的开停，即用高频时钟脉冲去填充两个信号的相位差，从而实现相位差的测 量。 而计数电路计数是以时钟信号的上升沿为出发信号的，所以由这种方法测得 内的时钟脉冲个数 n，仅仅反映了 内所包含的时钟脉冲上升沿的个数，nxtclk 也 就无法准确的反映鉴相脉宽。这是由计数方法本身所带来的误差，在相位差测量 中是无法避免的。当相位差脉宽远远大于用于计数的高频时钟脉冲周期高精度数字式 相位差测量系统的研究时，这个误差完全可以忽略不计。 在实际的测量电路中，由于受限于电子元器件物理特性的影响，前端的信号调理 电路和过零检测电路势必会带来方波信号相对于输入信号过零点的偏移，所以得到的 方波信号的相位实际上是原始输入信号的相位和调理电路及过零检测电路导致相位差 的综合相位。这些都是相位差测量中不得不考虑的误差。 在测量精度要求比较高，尤其相位差相对比较小时，我们都必须提高计数标准时 钟脉冲的频率，即填充脉冲的频率。这就增加了设计本身的难度，也提高了选用元器 件的要求。而在传统的测量方法中，当相位差的脉冲宽度小于计数脉冲宽度时，相位 差更是无法测量。因此，我们必须设计出一种新的测量方法来实现更高精度相位差的 测量。 xx 大学毕业设计（论文） - 3 - 在下面的一章里，我们将对常用的几种测量方法进行简要的理论介绍和误差分析。 1.3 课题完成的主要任务和特点 考虑到上文所提到的种种误差，在尽量简化前端调理电路的同时，用两路相同的 调理电路分别对两路被测信号进行同时调零，以尽量减小因为电子元件的因素所带来 的误差。同时采用对相位差脉冲即鉴相脉冲多次重复测量的方法，来实现对鉴相脉冲 更高精度的测量。 随着集成电路技术的发展，单片机的应用普及，由单片机组成的数字相位测量电 路具有精度高，实现简单的优点，日益受到人们的重视。我们采用单片机控制电路， 再配以键盘以及 led 显示电路。 由于单片机计数器模块对计数脉冲的响应速度有限，在对高频信号进行测量时， 仅通过分频电路来减小被测信号的频率无法满足测试要求。因此选用高响应速率的器 件来实现测量系统的精度要求。 但是，当鉴相脉宽 小于时钟脉冲周期 tclk 时，在单个 内无法计得 tclk。这样便无法实现相位差的测量。这时对包含鉴相脉宽的周期信号在不同的计数 电路中进行重复计数，便可以测得多个鉴相脉宽内的计数结果，这样就实现了鉴相脉 宽的扩展。再加以平均，便可以求得单个 中 tclk 的个数 n。由于鉴相脉宽 小 于时钟脉冲周期 tclk，所以 n 时， r u in u r u 输出为高电平。图 3-5 为其传输特性。 oh u ur uin r1 6 7 3 12 +vcc r 1 lm339 u0 gnd - + 图 3-4 基本单限比较器 xx 大学毕业设计（论文） - 11 - uol uoh 0 u0 ur uin 图 3-5 基本单限比较器传输特性 图 3-6 电路是由两个 lm339 组成的一个窗口比较器。当被比较的信号电压位于 in u 门限电压之间时，即 或0。同样，在脉冲 t 十t 结束时 clk 信号周期不一定结束，即往往 t 十 c t 2 1 1 t t 的下降沿与 clk 信号的上升沿也有一定的时间差。因此在计数器计数时，时序上便有 了未能计到数的时间段；即 t 十t 内包含有不完整的 clk 信号。设 t 十t 内有 n 个 完整的 clk 信号周期, t 十t-时，即不完整的 clk 信号大于半个信号周期 c tn c t 2 1 时，计数器就可以计到 n。 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 - 26 - 这是由计数方法本身所带来的误差，在测试过程中无法避免。当计数周期内计到 的时钟脉冲个数远远大于 1 时，这个误差可以忽略不计。但是当计数结果比较小甚至 鉴相脉宽小于时钟脉冲周期时，这个误差将直接导致测量工作的失败。 因此在对中高频信号进行测量时，应该尽量弥补这个误差。 结论与展望结论与展望 相位差的测量有多种实现方法，本文在对几个常用的测量方法进行简要的理论分 析及误差比较后，针对目前常用的相位差测量方法的误差，提出了一种新的解决方案。 目前常用的相位差测量方法为：对两个被测信号进行过零检测的方法使其变换成 两个方波；然后通过两个方波的“与”操作，得到鉴相方波；再由鉴相方波来控制计 数器的开停，对高频脉冲信号进行计数；从而实现相位差的测量。但是由于计数方法 本身的误差，在测量精度要求比较高或是在鉴相脉宽小于用于计数的时钟脉冲周期时， 原来的测量方法就无法满足实际的测量要求。 本文提出了在包含相位差的被测信号多个周期内重复计数，即实现相位差扩展； 同时在相同个数的原始被测信号周期内进行计数。计数结果的差值即是多个鉴相脉宽 的计数结果。鉴相脉宽内的计数结果与原始信号周期内的计数结果的比值，即是鉴相 脉宽与被测信号周期脉宽的比值，从而计算出相位差的测量方法。 为了提高测量系统的精度与被测信号的频率范围，本文采用 mcs-51 单片机来实 现，它使得系统性能大幅度提高。这一测量方法，电路实现简单，经实验证实测量精 度高，测试性能稳定，基本满足了应用工程中对相位差的测试要求。 随着科学技术和生产的发展，许多领域将需要更高准确度的相位计。所以本课题 设计的高精度相位计，其运用前景十分广阔。 xx 大学毕业设计（论文） - 27 - 致致 谢谢 时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已 日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成， 一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 本学位论文是在我的指导老师 xx 老师的亲切关怀与细心指导下完成的。从课题的 选择到论文的最终完成，x 老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持。在我去上海工 作的时间里，老师和我保持了不间断的联系，督促我学习，关心我的论文进度，这些 都让我倍感温暖和幸福。同时，x 老师对我细心的指导和不懈的支持，并且在耐心指导 论文之余，仍不忘拓展我们的视野，让我感受到了做学问的美妙与乐趣。值得一提的 是，x 老师宅心仁厚，闲静少言，不慕荣利，对学生认真负责，在他的身上，我们可以 感受到一个学者的严谨和务实，这些都让我们获益匪浅，并且将终生受用无穷。毕竟 “经师易得，人师难求” ，希望借此机会向 x 老师表示最衷心的感谢！ 在回学校做论文的最后一段时间里也和 x 老师时刻联系着，有不懂的问题随时都 可以到老师家里给我们做细致、耐心的辅导。可以说，我的这篇论文的完成和 x 老师 的帮助是分不开的，当然还有别的同学在这个过程中给我提供的宝贵的意见和一系列 可行性的建议，在这里也对他们的帮助表示最诚挚的谢意！ 作者：xx 2009 年 5 月 29 日 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 - 28 - 参考文献参考文献 1 姜玉宏,颜华,苏政华,甘明. 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相方法j. 重庆大 学学报,2005, 28 (8): 28-30 2 廖常初,唐昆明.微机相位差测量方法与提高测量精度的措施j.自动化与仪器仪表, 1995,(4): 41-42,46. 3 操长茂,秦工.数字式相位差测量仪j.仪表技术,2003,(2): 18-19. 4 潘洪明,邹立华,方燕红.同频正弦信号间相位差测量的设计j.测控技术与设备, 2003, 29 (3): 41-42. 5 刘灿涛,赵伟,袁俊.基于数字相关原理的相位差测量新方法j.计量学报,2002, 23(3): 219-223. 6 何立明.单片机高级教程(应用与设计)m.北京:北京航空航天大学出版社,2000. 7 胡汉才.单片机原理及其接口技术m.北京:清华大学出版社,1996. 8 曾毓敏,朱小松,华家宁. 精密数字测相及测距应用j. 南京师大学报,2000, 23 (3): 42-44 9 曾毓敏,陈家璧. 数字测相误差的几点讨论j. 南京师大学报,1997, 20 (1): 45-49 10 蔡根,蒲正刚. 一种基于单片机的相位测量方法j. 现代电子技术,2003,(5):50-51 11 王莲莲.高精度数字式相位差测量系统的研究d. 中国优秀硕士学位论 文全文数据库，2006 12 s.m.mahmud.error analysis of digital phase measurement of distorted waves.ieeetrans.instrum.meas.,1989,38(2):6-9 13 m.f.wagdy,m.s.p.lucas.errors in sampled data phase measurement.ieee trans.instrum.meas.,1985,im-34(6):507-509 14 zhangyigang. the digital relevant functionmethod of phase difference measurementj. measure transaction, 2000,(7): 216-220 xx 大学毕业设计（论文） - 29 - 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 - 30 - 附录附录 a a 系统原理图系统原理图 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:10-jun-2009sheet of file:f:刚刚刚zsg刚刚zong tuzsg.ddbdrawn by: 1pa 1 1d 2 1clk 4 1clr 3 2pa 5 2d 6 2clr 7 2clk 8 1q 12 1q 11 2q 10 2q 9 u? 7474 1 2 3 u?a 74als08 1 2 3 u?a 74als08 vcc p1.3 c0 1 c1 2 c2 3 c3 4 g 5 y 6 u? 74153 p1.5 1y1 1 1y2 2 1y3 3 1y4 4 2y1 5 2y2 6 2y3 7 2y4 8 1a1 9 1a2 10 1a3 11 1a4 12 2a1 13 2a2 14 2a3 15 2a4 16 1g 17 2g 18 s? 74244 1y1 1 1y2 2 1y3 3 1y4 4 1y5 5 1y6 6 1y7 7 1y8 8 1a1 9 1a2 10 1a3 11 1a4 12 2a1 13 2a2 14 2a3 15 2a4 16 1g 17 2g 18 s? 74240 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 clr 9 u? 74ls164 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 clr 9 u? 74ls164 1 2 3 u?a 74als08 1 2 3 u?a 74als08 q1a 1 q1b 2 q1c 3 q1d 4 q2a 5 q2b 6 q2c 7 q2d 8 a1 9 a2 10 clr1 11 clr2 12 s? 74393 d0 4 d1 3 d2 2 d3 1 d4 15 d5 14 d6 13 d7 12 a 11 b 10 c 9 g 7 y 5 y 6 u? 74ls151 1pa 1 1d 2 1clk 4 1clr 3 2pa 5 2d 6 2clr 7 2clk 8 1q 12 1q 11 2q 10 2q 9 u? 7474 p1.1 p1.2 p1.0 1y1 1 1y2 2 1y3 3 1y4 4 2y1 5 2y2 6 2y3 7 2y4 8 1a1 9 1a2 10 1a3 11 1a4 12 2a1 13 2a2 14 2a3 15 2a4 16 1g 17 2g 18 s? 74244 1y1 1 1y2 2 1y3 3 1y4 4 2y1 5 2y2 6 2y3 7 2y4 8 1a1 9 1a2 10 1a3 11 1a4 12 2a1 13 2a2 14 2a3 15 2a4 16 1g 17 2g 18 s? 74244 1y1 1 1y2 2 1y3 3 1y4 4 2y1 5 2y2 6 2y3 7 2y4 8 1a1 9 1a2 10 1a3 11 1a4 12 2a1 13 2a2 14 2a3 15 2a4 16 1g 17 2g 18 s? 74244 1y1 1 1y2 2 1y3 3 1y4 4 2y1 5 2y2 6 2y3 7 2y4 8 1a1 9 1a2 10 1a3 11 1a4 12 2a1 13 2a2 14 2a3 15 2a4 16 1g 17 2g 18 s? 74244 1y1 1 1y2 2 1y3 3 1y4 4 2y1 5 2y2 6 2y3 7 2y4 8 1a1 9 1a2 10 1a3 11 1a4 12 2a1 13 2a2 14 2a3 15 2a4 16 1g 17 2g 18 s? 74244 q1a 1 q1b 2 q1c 3 q1d 4 q2a 5 q2b 6 q2c 7 q2d 8 a1 9 a2 10 clr1 11 clr2 12 s? 74393 q1a 1 q1b 2 q1c 3 q1d 4 q2a 5 q2b 6 q2c 7 q2d 8 a1 9 a2 10 clr1 11 clr2 12 s? 74393 q1a 1 q1b 2 q1c 3 q1d 4 q2a 5 q2b 6 q2c 7 q2d 8 a1 9 a2 10 clr1 11 clr2 12 s? 74393 q1a 1 q1b 2 q1c 3 q1d 4 q2a 5 q2b 6 q2c 7 q2d 8 a1 9 a2 10 clr1 11 clr2 12 s? 74393 q1a 1 q1b 2 q1c 3 q1d 4 q2a 5 q2b 6 q2c 7 q2d 8 a1 9 a2 10 clr1 11 clr2 12 s? 74393 1 2 3 u?a 74als32 y0y1y14y15 1 2 13 12 u?a 74als11 1 2 13 12 u?a 74als11 a 23 b 22 c 21 d 20 g1 18 g2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 u? 74ls154 1 2 3 u?a 74als32 12 u?a 74als05 y? crystal c1 10uf c2 10uf d0 1 d1 2 d2 3 d3 4 d4 5 d5 6 d6 7 d7 8 clk 9 clr 10 q0 11 q1 12 q2 13 q3 14 q4 15 q5 16 q6 17 q7 18 c? cap 1y1 1 1y2 2 1y3 3 1y4 4 2y1 5 2y2 6 2y3 7 2y4 8 1a1 9 1a2 10 1a3 11 1a4 12 2a1 13 2a2 14 2a3 15 2a4 16 1g 17 2g 18 c? cap p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 rst 9 p30 10 p31 11 p32 12 p33 13 p34 14 p35 15 p36 16 p37 17 x1 18 x2 19 gnd 20 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p07 32 p06 33 p05 34 p04 35 p03 36 p02 37 p01 38 p00 39 vcc 40 u? component_1 +5 p1.1 s1s2s3s4s5s6s7s8 p1.7r110k +5 r2 290 r3 290 r4 290 r5 290 r6 290 r7 290 r8 290 r9 290 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds? led p2.6 wr xx 大学毕业设计（论文） - 31 - 附录附录 b 外文文献及其译文外文文献及其译文 a method of phase measurement based on singlechip ca i gen, pu zhenggang (southwest petroleum institute, chengdu, 610500, china) abstract : introduced a principle of phase measurement, this phase measurement is realized based on mcs 51 single chip, some programs are given keywords : phase measurement; single chip; time measurement; wave parameter phase is an important wave parameter of periodic signal. in the production and research,it is often to measure signal phase. phase measurement usually comparise 2 oscillation signal with the same frequency,measuring the phase potentiometer between them, that is relative phase .introduce a phase measurement method based on single-chip.the realization of the circuit is simple and it is easy to deal with the measurement data and to communicate with the other equipments. 1. measurement principle figure 1 is schematic structure of phase measurement node as 51 single-chip microcomputer the core . figure 1 schematic structure the basic principles are that the phase difference is converted to time, then to measure the time interval with single machine. as shown in figure 1, the measured signal e1 (t), e2 (t) form the square-wave by the shaping circuit. the rising edge and falling edge of square-wave corresponds to the positive and negative zero-crossing point of oscillation single. the output of the shaping circuit are divided into 2-way.one of the way is sent to xor gate, xor gates output pulse width of rectangular pulse in proportion with phase . in the composite door the high-frequency clock pulse is 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 - 32 - used to calibrate phase pulse ,for which the xor gates output pulse is used to control high frequency clock pulses passing with fixed week. composite door output is evacuated to counter by the gate and prescaler, and the counting value of per second n is proportional to .so the measurement of phase are changed into the the measurement digitized time ; another way separately is to send to input port and clock port of d flip-flop terminal i.the output of d flip-flop is sent to mcss ports p110 to distinguish between ahead of phase angle and lag phase angle. 2. the basis of phase measurement the signal e1 (t) and e2 (t) with angular frequency and phase difference points are separately added to the 2-input shaping circuit. figure 2 are the waveforms of figure 1s all subscriptted points. suppose the frequency high-frequency clock pulse is , the cycle = 1/ ;the cycle of measured signal is , the frequency = 1/ , so the output pulse cycle of exclusive-or gate is/2 ;measured signal e1(t) surpass e2(t)and the ahead of phase angle is converted into amount of time for ; divider for dividing frequency k. at composite door, at the time of numbers of pulse passed are , there is: = by to into the type (1) there is: namely: xx 大学毕业设计（论文） - 33 - figure 2 waveform graph suppose gates opening time is , there is, .at the opening time of the gate , the clock pulse of passing gate are , there is: the type (2) and into the type (3) there is: at the opening time of the gate , the actual pulse number of the single-chip is .because of the frequency coefficient k of sub-divider,there is: 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 - 34 - the type (4) into the type (5) available: by type (6) it can be seen, setting up the appropriate parameters make ,while values of mcs is degrees of measured phase ;it can also strike a degree of measured phase by type (7) making use of mcss mathematical ability. 3. mcus programming p1.0 is used to input port to distinguish between lag and the ahead phase; p1.1 controls the switch of gate ;the timer counter of single-chip count the external input pulse; timer counter adopt side 1,timer status, providing the gate time = 50m s; mcss clock frequency is 12mhz. the following are a program examples a part of substituting code as methods of measuring phase. main program: ma in: . . mov tmod, # 51h; s control word mov tl 1, # 00h; clear counter mov th1, # 00h ; clr p1.1; close gate mov tl 0, # 0b0h; sent the initial value into counter mov th0, # 3ch setb p3.5; purchase pin for input jb p315 $; wait for p3.5 appears low setb ea; open cpu interrupt setb et0; open timer 0 interrupt setb tr1; activate counter setb tr0; activated counter setb p1.1; open gate wa it: sjm pwa it; 50 ms timing is yet to come, waiting for interrupt jnb p1.0, zh; tell advance from lag, p1.0 to 0 to zh setb 78h; p1.0 for 1, 78h purchase 1, in order to advance xx 大学毕业设计（论文） - 35 - phase angle zh: clr 78h; p1.0 for 0, 78h cleared, in order to the lag phase angle . . interrupt service program: org 000bh; timer 0 overflow interrupt entries ljmp stop clr ea; close cpu interrupt clr tr0; stop counting tr0 stop: clr p1.1; close gate clr tr1; stop count mov 30h,th1; mov 30h,tl1; mov 32h, tl0; spill to counting vaules the interrupt response stop to count in order to correct the gates opening time ret i 4. conclusion phase is an important waveform parameters of oscillations signal. treat single-chip as cores measurement method, circuit is simple. at the virtual frequency characteristics test- type analyzer developed by the authors ,it has a stable job. references 1 he limin. singlechip advanced tutorial (application and design) m. beijing: beijing university of aeronautics and astronautics press, 2001 2 sun huangen. electronic measurement and intelligent instruments m. hang zhou:zhejiang university press,1992 外文译文外文译文 一种基于单片机的相位测量方法一种基于单片机的相位测量方法 蔡根, 蒲正刚 基于 mcs-51 单片机的高精度数字测相装置的设计 - 36 - (西南石油学院 四川 成都 610500) 摘 要: 介绍了一种将相位信息转化为时间的相位测量原理, 以 51 单片机为核心 实现了相位的测量, 并且给出了相应的单片机程序实例。 关键词: 相位测量; 单片机; 时间测量; 波形参数 相位是周期信号的一种重要的波形参数。在生产和研究中, 经常要测量信号的相位, 相位测量通常是指比较 2 个相同频率的振荡信号, 测量他们之间的相位差, 即相对相 位。介绍一种基于单片机的相位测量方法, 实现电路简单, 易于对测量数据进行处理和 与其他设备进行通信。 1 测量原理 图 1 是以 51 单片机为核心的相位测量方法的结构原理图。 图 1 结构原理图 它的基本原理是将相位差转换为时间, 然后用单片机来测量时间间隔。如图 1 所示, 被测信号 e1 ( t) ,e2 ( t) 经整形电路形成方波, 方波的上升沿和下降沿分别与振荡信号的 正负过零点对应。整形电路的输出均分为 2 路, 一路送异或门, 异或门输出矩形脉冲的 脉宽 与相位 成比例。在复合门上用高频时钟脉冲对相位脉冲进行刻度, 即用异或 门的输出脉冲来控制周期固定的高频时钟脉冲的通过。复合门的输出经闸门和分频器 后送单片机的计数器, 在单位时间内