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    21

    图4-10 读取周期、时间差数据的流程图 22

    图4-11 计算频率的流程图 22

    图4-12 计算相位差的流程图 23

    图4-13 显示程序流程图 24

    图4-14 键盘程序流程图 24

    表清单

    表序号 表名称 页码

    表3-1 MCU中引脚端口对应关系 11

    表3-2 P3口的复用功能 14

    表3-3 共阴极LED数码管的段码表 16

    变量注释表

    A1(t) 正弦信号1

    A2(t) 正弦信号2

    θ 两个相同频率的正弦信号相位差

    Tθ 相位差θ对应的时间差

    f 信号频率

    1  绪论  

    1.1  课题背景及研究意义

    在现代科技的突飞猛进下，无论是在工业、交通，还是在科研、生产等领域，电子科技已经被广泛应用。相位测量技术已经逐步变成电子科技中无可替代的测量手段，其作用今非昔比。如今使用传统的相位测量方法，已经满足不了科学技术对其精度的要求，因此就要求相位测量仪高精度化、高智能化。

    相位差已经变成当下各种领域经常测量的一个重要参数。现在对相位差的测量又不同于传统的测量方法。首先，在测量前，往往都有电压、电流信号存在于相位差信号中。那么在测量相位差的过程中，消除电压、电流变化对测量的影响是十分重要的环节；其次，不仅要保证测量过程中排除其他因素对结果的干扰，而且要满足两路被测信号的频率是一致的。所以，如何设计一个高精确、高可靠度的相位测量仪是值得思考与实践的。

    随着科技不断地发展，相位测量仪已经普及在各行各业，它不仅可以测量两电压、两电流之间的相位，还可以测量电压电流之间的相位。它是冶金、工厂、电力等许多部门理想的测试仪器，并且可以提高产品的质量及工作效率[1]。

    1.2  国内外发展动态

    1.3  课题设计任务

    本设计示意图如图1-1所示。具体要求如下：

    （1）相位测量仪的输入阻抗≥100kΩ

    （2）被测信号频率范围：20Hz～20 kHz

    （3）相位测量绝对误差≤2°

    （4）被测信号的峰一峰值的浮动范围可以是1V～5V内

    （5）相位差读数为0～359.9°，分辨率为0.1°

    （6）具有频率测量及数字显示功能

    本相位测量仪的设计以AT89C51和FPGA为核心。巧妙地使用单片机的显示模块对FPGA采集的数据进行显示，并使用Verilog HDL语言对部分电路模块进行编译[3]。

     2  设计方案论证

    从使用功能角度看，相位测量仪是完成对输入信号的频率及相位差的测量。相位测量仪的两路待测信号必须是同频，频率范围在20Hz—20kHz的正弦信号，并且这两个被测信号的幅度范围在Up-p=1V—5V（可扩展的范围为0.3V—5V），两者幅度可以不相等。

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