基 于 单 片 机 的 低 频 数 字 相 位 测 量 仪 的 设 计
摘 要 ： 提出 了 一 种 基 于 A T 8 9 C 5 2 单 片 机
开 发 的 低 频 数 字 相 位 测 量 仪的 设 计 。 系统
以 单片 机
A T 8 9 C 5 2 及 可 编 程
逻 辑 器 件 为 核 心 ， 构 成 完 备的 测 量 系 统。 可 以 对 1 0 H z ～ 2 0
k H z 频率 范 围 的信 号 进 行 频率 、 相 位 等参 数 的 精 确 测 量 ， 测 相 绝 对 误 差 不 大 于 1 ° ； 采 用 数 码
管 显 示 被 测 信 号 的 频 率 、 相位 差 。 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
系 统 相 比 ， 其 有 处 理 速 度 快、 稳 定 性 高、 性 价 比 高的 优 点 。
关 键 词 ： 单 片机
； 低 频 ； 集 成 电 路
； 可 编 程
逻 辑 器 件 ； 绝 对 误 差
频 率 是 信 号的 重 要 参 数 之 一 ， 如 何 获 得 这 一 准 确 数 据 已 经 在 信 息 领 域 显 得 越 来 越 重 要
了 ［ 1 ， 2 ］ 。 相 位 测 量 在 信 号 提 取 、 检 测 、 处 理 等 方面 有 着 重 要的 应 用 ［ 3 ］ 。 本 设 计 采 用
8 9 C 5 2 单片 机
和 可
编 程 逻 辑 器 件 （ C P L D ） 为 核 心， 利 用 单 片 机
进 行 数 据 处 理 并 显 示 结 果 , 软 件 采 用 汇 编 语 言 实
现 , 构成 低 频 信 号频 率 相 位 测量 仪 。
1 系 统 工 作 原 理
本 设 计 以 8 9 C 5 2 单 片 机
和 可 编 程
逻 辑 器 件 （ C P L D ） 为 核 心 ， 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 （ 1 0 0 H z ， 1 k H z ， 1 0 k H z ） 可 满 足 - 4 5 ~ + 4 5 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 1 0 H z ~ 2 0 k H z 信 号 进 行频 率 和 相 位测 量 。
单 片 机 系 统 是 整 个 硬 件 系 统的 核 心 ， 他既 是 协 调 整机 工 作 的 控 制 器 ， 又 是 数 据 处 理 器 ， 并 完
成 对 最 终 显 示 的 控 制 。
1 ) 单 片 机
8 9 C 5 2 （ 内 部 带 8 k B F L A S H R O M ） 、 地 址 锁 存 器 7 4 L S 5 7 3 和 数 据 存
储
器 6 2 6 4 （ 内 部 R A M 为 8 k B ） 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 8 2 7 9 构 成 显 示 电 路
。
2 精 度 分 析
本 设 计 要 求相 位 测 量 精 度 绝 对 误 差 ≤ 1 ° ， 因 此 ， 在 所 测 信 号 一 个 周 期 中 ， 只 有 计 数 数
值 超 过 3 6 0 次 时 才 能 达 到 要 求 。 对 于 被 测 信 号 频 率 为 2 0 k H z 时 ， 其 周 期 为 5 0 μ s ， 在 5 0
μ s 内 计 数 值 为 3 6 0 次 ， 由 此 可 计 算 出 时 间 基 准 信 号的 频 率 为 2 0 k H z × 3 6 0 = 7 . 2 M H z ，
所 以 采 用 8 M H z 晶 振 作 为 时 基 信 号 源 ， 完 全 可 以 满 足 精 度 要 求 ［ 5 ］ 。
3 系 统 设 计 总 框 图
系 统 设 计 总框 图 如 图 1 所 示 。
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