高精度相位計(jì)及其GPIB接口的研究與設(shè)計(jì).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(jì)的研制”為背景。相位差測(cè)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(dòng)化，智能控制、航空電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)專用于相位差測(cè)量的相位計(jì)比較少見，而且普遍存在對(duì)被測(cè)信號(hào)幅度和頻率要求過高、反應(yīng)時(shí)間慢、顯示精度較低等問題，本文正是基于以上幾點(diǎn)問題，設(shè)計(jì)出了一款高性能的高精度相位計(jì)。本文的主要工作分為以下四個(gè)方面:
　　1、相位測(cè)量

2、方法的研究。本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外的相位測(cè)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(cè)量相位差及過零鑒相法三種典型的相位測(cè)量方法，并最終選擇過零鑒相法作為相位計(jì)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。
　　2、自動(dòng)換程電路的設(shè)計(jì)。自動(dòng)換程電路主要包括衰減網(wǎng)絡(luò)、放大電路、電平幅值檢測(cè)電路和邏輯控制電路四個(gè)模塊，該電路采用循環(huán)計(jì)數(shù)法的原理，通過控制繼電器的開關(guān)閉合狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)不同程度的放大和衰減，有效地保護(hù)了整個(gè)相位計(jì)系統(tǒng)。
　　3、過

3、零鑒相法的硬件實(shí)現(xiàn)。根據(jù)相位計(jì)系統(tǒng)的工作流程，整個(gè)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(cè)頻電路以及顯示電路等幾個(gè)部分。整形電路的作用是將輸入的正弦信號(hào)整形為方波信號(hào)，鑒相電路和方波轉(zhuǎn)電壓電路將兩路被測(cè)信號(hào)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(cè)頻電路同步直觀地顯示了當(dāng)前輸入被測(cè)信號(hào)的頻率。
　　4、GPIB接口的設(shè)計(jì)。為相位計(jì)配置可程控的GPIB接口，滿足了高精度相位計(jì)的智能化需求。

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