高精度相位計及其GPIB接口的研究與設(shè)計.pdf

1、本課題是以與天津市中環(huán)電子儀器有限公司合作的橫向課題“高精度寬帶相位計的研制”為背景。相位差測量技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)深入到眾多領(lǐng)域，尤其是在電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、工業(yè)自動化，智能控制、航空電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)專用于相位差測量的相位計比較少見，而且普遍存在對被測信號幅度和頻率要求過高、反應(yīng)時間慢、顯示精度較低等問題，本文正是基于以上幾點問題，設(shè)計出了一款高性能的高精度相位計。本文的主要工作分為以下四個方面:
　　1、相位測量

2、方法的研究。本文首先對國內(nèi)外的相位測量技術(shù)進(jìn)行了深入分析，詳細(xì)介紹和分析了示波器觀察法、數(shù)字化測量相位差及過零鑒相法三種典型的相位測量方法，并最終選擇過零鑒相法作為相位計設(shè)計的理論基礎(chǔ)。
　　2、自動換程電路的設(shè)計。自動換程電路主要包括衰減網(wǎng)絡(luò)、放大電路、電平幅值檢測電路和邏輯控制電路四個模塊，該電路采用循環(huán)計數(shù)法的原理，通過控制繼電器的開關(guān)閉合狀態(tài)實現(xiàn)對輸入信號不同程度的放大和衰減，有效地保護(hù)了整個相位計系統(tǒng)。
　　3、過

3、零鑒相法的硬件實現(xiàn)。根據(jù)相位計系統(tǒng)的工作流程，整個系統(tǒng)電路分為整形電路、鑒相電路、方波轉(zhuǎn)電壓電路、A/D電路、測頻電路以及顯示電路等幾個部分。整形電路的作用是將輸入的正弦信號整形為方波信號，鑒相電路和方波轉(zhuǎn)電壓電路將兩路被測信號之間的相位差轉(zhuǎn)換成直流電壓，此電壓值與相位差成一定的比例關(guān)系。測頻電路同步直觀地顯示了當(dāng)前輸入被測信號的頻率。
　　4、GPIB接口的設(shè)計。為相位計配置可程控的GPIB接口，滿足了高精度相位計的智能化需求。

4、本文首先對GPIB總線和IEEE488協(xié)議作了簡要闡述，著重介紹了GPIB總線數(shù)據(jù)傳輸機制和十大接口功能。通過微控制器STC89S52對GPIB專用芯片NAT9914內(nèi)部寄存器的訪問，實現(xiàn)了高精度相位計的聽、講和串行查詢等接口功能，滿足了相位計與程控計算機之間的通信需求。
　　實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的高精度相位計輸入信號幅度可達(dá)320V，帶寬為5MHz，相位分辨率為0.1°，低頻段相位測量精度能夠達(dá)到0.1°，GPIB接口具有良好