基于单片机的低频数字相位测量仪的设计

 1　系统工作原理

       本设计以89C52单片机和可编程逻辑器件（CPLD）为，构成低频信号频率相位测量仪。该仪器具有移相、频率和相位测量2大功能。移相电路由移相网络和信号放大电路组成，对固定频率信号（100 Hz，1 kHz，10 kHz）可满足-45~+45的相移要求；频率、相位测量电路由阻抗变换电路、整形电路、分频电路、计数器电路、锁存器、数据处理和显示电路等组成，可对10 Hz~20 kHz信号进行频率和相位测量。单片机系统是整个硬件系统的，他既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器，并完成对终显示的控制。

       1) 单片机89C52（内部带8 kB FLASH ROM）、地址锁存器74LS573和数据存储器6264（内部 RAM为8 kB）构成的［4］。

       2) 数据处理主要是正确判断 对所输入的信号是测频还是测相，并完成测频、测相的功能。

       3) 由控制面板、显示接口芯片8279构成显示电路。

       2　分析

       本设计要求相位测量误差≤1°，因此，在所测信号一个周期中，只有计数数值超过360次时才能达到要求。对于被测信号频率为20 kHz时，其周期为50 μs，在50 μs内计数值为360次，由此可计算出时间基准信号的频率为20 kHz×360=7.2 MHz，所以采用8 MH z晶振作为时基信号源，完全可以满足要求［5］。 

      ３　测频、测相的实现

       测频、测相电路是本次设计的主要内容，此部分采用可编程逻辑器件(CPLD)完成，由单片 机控制。单片机的汇编程序就是按照CPLD的设计原理而编写的［6，7］。

       CPLD电路描述：首先经过扫描P11控制74257（2选1）电路，选择测频还是测相，如果为高 电平则测频，利用单片机产生10次中断产生的秒信号，即在1s中信号的脉冲数，其中计数器是由6个74193搭成的24位计数器，经锁存器锁存，等待单片机读出；如果为低电平则测相。测相时先调用了测频的程序但并不显示，而是存起来待用，然后给D触发器清零，否则得到的异或值不同，如图3所示。a′,b′经过异或生成相位信号并发出中断请求，与8 MHz的时基信号相与所产生的脉冲由计数器计数，然后把所计的数送入锁存器锁存，等待单片机读数。 

     5　结语   

       本文采用单片机和可编程逻辑器件（CPLD）作为低频数字相位测量仪的部分。用89C52进行数据控制、处理，送到显示器显示，硬件结构简单，软件采用汇编语言实现，程序简单可读写性强，效率高。与传统的电路相比，具有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。

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参考文献:

[1]. 89C52 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/89C52_105388.html.
[2]. CPLD datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/CPLD_1136600.html.
[3]. 74LS573 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/74LS573_590916.html.