基于單片機(jī)的低頻數(shù)字相位測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)

　　頻率是信號(hào)的重要參數(shù)之一，如何獲得這一準(zhǔn)確數(shù)據(jù)已經(jīng)在信息領(lǐng)域顯得越來越重要了［1，2］。相位測(cè)量在信號(hào)提取、檢測(cè)、處理等方面有著重要的應(yīng)用［3］。本設(shè)計(jì)采用89C52單片機(jī)和可編程邏輯器件（CPLD）為核心，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果,軟件采用匯編語言實(shí)現(xiàn),構(gòu)成低頻信號(hào)頻率相位測(cè)量儀。?

1系統(tǒng)工作原理
　　本設(shè)計(jì)以89C52單片機(jī)和可編程邏輯器件（CPLD）為核心，構(gòu)成低頻信號(hào)頻率相位測(cè)量?jī)x。該儀器具有移相、頻率和相位測(cè)量2大功能。移相電路由移相網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)放大電路組成，對(duì)固定頻率信號(hào)（100 Hz，1 kHz，10 kHz）可滿足-45~+45的相移要求；頻率、相位測(cè)量電路由阻抗變換電路、整形電路、分頻電路、計(jì)數(shù)器電路、鎖存器、數(shù)據(jù)處理和顯示電路等組成，可對(duì)10 Hz~20 kHz信號(hào)進(jìn)行頻率和相位測(cè)量。單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，他既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器，并完成對(duì)最終顯示的控制。
　　(1) 單片機(jī)89C52（內(nèi)部帶8 kB FLASH ROM）、地址鎖存器74LS573和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264（內(nèi)部 RAM為8 kB）構(gòu)成的［4］。
　　(2) 數(shù)據(jù)處理主要是正確判斷對(duì)所輸入的信號(hào)是測(cè)頻還是測(cè)相，并完成測(cè)頻、測(cè)相的功能。
　　(3) 由控制面板、顯示接口芯片8279構(gòu)成顯示電路。?

2精度分析
　　本設(shè)計(jì)要求相位測(cè)量精度絕對(duì)誤差≤1，因此，在所測(cè)信號(hào)一個(gè)周期中，只有計(jì)數(shù)數(shù)值超過360次時(shí)才能達(dá)到要求。對(duì)于被測(cè)信號(hào)頻率為20 kHz時(shí)，其周期為50 μs，在50 μs內(nèi)計(jì)數(shù)值為360次，由此可計(jì)算出時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的頻率為20 kHz360=7.2 MHz，所以采用8 MH z晶振作為時(shí)基信號(hào)源，完全可以滿足精度要求［5］。?

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖如圖1所示。

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4測(cè)頻、測(cè)相的實(shí)現(xiàn)
　　測(cè)頻、測(cè)相電路是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，此部分采用可編程邏輯器件(CPLD)完成，由單片 機(jī)控制。單片機(jī)的匯編程序就是按照CPLD的設(shè)計(jì)原理而編寫的［6，7］。

　　圖2，圖3分別為測(cè)頻、測(cè)相的流程圖。為了便于說明，畫出此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

　　CPLD電路描述：首先經(jīng)過掃描P1?1控制74257（2選1）電路，選擇測(cè)頻還是測(cè)相，如果為高 電平則測(cè)頻，利用單片機(jī)產(chǎn)生10次中斷產(chǎn)生的秒信號(hào)，即在1 s中信號(hào)的脈沖數(shù)，其中計(jì)數(shù)器是由6個(gè)74193搭成的24位計(jì)數(shù)器，經(jīng)鎖存器鎖存，等待單片機(jī)讀出；如果為低電平則測(cè)相。測(cè)相時(shí)先調(diào)用了測(cè)頻的程序但并不顯示，而是存起來待用，然后給D觸發(fā)器清零，否則得到的異或值不同，如圖3所示。a′,b′經(jīng)過異或生成相位信號(hào)并發(fā)出中斷請(qǐng)求，與8 MHz的時(shí)基信號(hào)相與所產(chǎn)生的脈沖由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，然后把所計(jì)的數(shù)送入鎖存器鎖存，等待單片機(jī)讀數(shù)。?

5結(jié)語
　　本文采用單片機(jī)和可編程邏輯器件（CPLD）作為低頻數(shù)字相位測(cè)量?jī)x的核心部分。用89C52進(jìn)行數(shù)據(jù)控制、處理，送到顯示器顯示，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件采用匯編語言實(shí)現(xiàn)，程序簡(jiǎn)單可讀寫性強(qiáng)，效率高。與傳統(tǒng)的電路相比，具有處理速度快、穩(wěn)定性高、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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