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at89c52单片机开发的低频数字相位测量仪的设计。系统以单片机at89c52及可编程逻辑器件为核心，构成完备的测量系统。可以对10 hz～20 khz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

designs of lowfrequency digital phase measurement based on single chip

shi guoqing， ni jinping， liu wenjun

(xi'an institute of technology， xi'an，710032，china)

abstract：a new kind of low-frequency digital phase measureme nt instrument is presidented which is based on at89c52this is a complete syste m whose core is based on single chip at89c52 and cpldit may measure the frequency and phase of the signal which begin from 10 hz to 20 khz，absolute err or isn′t more than 1°the data are displayed on numeral displayerhardware structure is simple and software is realized by compiling languagecompared wit h traditional circuit，it has many advantages of faster processing speed，good st ability and high ratio between property and price

keywords：single chip; lowfrequency; ic; cpld; absolu te error

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89c52单片机和可编程逻辑器件（cpld）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89c52单片机和可编程逻辑器件（cpld）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（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。
4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］。
图2，图3分别为测频、测相的流程图。为了便于说明，画出此系统结构图，如图4所示。
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1 s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核心部分。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