基于DSP的低频数字式相位丈量仪的计划
发布日期：2011-04-27
本文提出了一种基于TMS320VC5402的低频数字式相位丈量仪的计划要领。
小序
随着科学技能的突飞大进的生长，电子技能遍及的应用于产业、农业、交通运输、航空航天、国防配置等百姓经济的诸多范畴中，而电子丈量技能又是电子技能中举行信息检测的紧张本领，在当代科学技能中占据举足轻重的作用和职位地方。低频数字式相位测试仪在产业范畴中是通常用到的一样平常丈量东西，比如在电力体系中电网并网合闸时，请求两电网的电信号雷同，这就请求正确的丈量两工频信号之间的相位差。另有丈量两列同频信号的相位差在研究网络、体系的频率特性中具有紧张意义。比年来，随着科学技能的敏捷生长，很多丈量仪渐渐向“智能仪器”和“主动测试体系”生长，这使得仪器的利用比较大略，成果越来越多。本低频数字式相位丈量仪由TMS320VC5402、AT89S52和小范围集成电路构成。由于TMS320VC5402和AT89S52芯片的集成度高、 智能程度高、成果强大，使得它实现起来比较大略，并且，具有体积小、性价比高、性能稳固的特点。
体系硬件
此低频数字式相位丈量仪的目标是将输入的信号先举行信号整形，然后送给移相网络，再送给TMS320VC5402处理惩罚，末了将结果送给AT89S52，并由AT89S52控制LCD表现丈量结果。体系框图如图1所示。
图1 低频数字式相位丈量仪体系框图
该体系以TMS320VC5402为内核，对待丈量信号举行征求和处理惩罚，包括整形和移相电路，把征求来的模仿信号转换为数字信号。此中SRAM和Flash分别为TMS320VC5402的 数据存储器和步伐存储器。键盘和表现部分则由AT89S52来控制，AT89S52把键盘操纵转换为控制信号再发送给TMS320VC5402，控制体系是举行相位丈量还是周期、频率、脉宽、占空比丈量，TMS320VC5402把要表现的体系状态送给AT89S52，以实现LCD表现。这些硬件事变进程如图2所示。
图2 硬件体系的事变流程
整形电路
相位仪输入整形电路的原理是两路正弦输入信号颠末LM324比较器整形，孕育产生两路方波信号。经4013D触发器举行二分频(用于果断相位差为180o时能正常孕育产生鉴相脉冲)，送到4076异或门举行鉴相，鉴相脉冲送单片机实现相位差丈量。整形电路如图3所示。
移相电路
移相电路通过一个超前移相和一个滞后移相网络构成，通过两个电压跟随器后孕育产生移信托号。通过变化移相电路(图4)所示电压跟随器输出的电位器，可实现相位差连续相移范畴-45o~ +45o。因此，当输入信号频率变革时，通过变化电位器RW可实现-45o~+45o连续移相。
TMS320VC5402与AT89S52的通讯
AT89S52和TMS320VC5402各自独立事变，其信息和数据互换通过共享一片外部存储器来实现，它们之间信号联结通过硬连接和软件果断来实现。
外部存储器采取的是CY7C133，它是高速的2K×16bit的静态异步双端口RAM，其存储速率为25ns。它有两套独立的地点线、数据线和控制信号线，容许两个控制器件中的数据通过共同连接的存储器来举行通讯。该双端口RAM容许两个控制器同时读取任意存储单位(包括同时读同一单位)，但不容许同时写大概一读一写同一地点单位。
对付TMS320VC5402，数据存储器CY7C133的映射地点为4000H~47FFH。
对付AT89S52，数据存储器CY7C133的映射地点为2000H~27FFH。
TMS320VC5402与AT89S52的硬件接口电路如图5所示。
体系软件
本体系中重要应用TMS320VC5402实现丈量脉宽、周期、相位、占空比和频率并将丈量结果送给AT89S52控制LCD表现。单片机控制体系采取6个按键，分别是A、f、q、Ф、T、Tw,其成果是复位、测频率、测占空比、测相位差、测周期、测脉宽，在按下复位键后体系主动复位，然后根据请求选择所需按键举行丈量。总步伐流程图如图6所示。
相位丈量
输入两路同频率的正弦波信号，其波形表达式分别为：
此中n1、n2为电压瞬时价，Vm1、Vm2为电压的幅值，w为角频率，w1、w2为初始相角。
当两路信号的频率雷同时，相角差q=w1-w2是一个与时间无关的常数，将此两路正弦波信号颠末放大整形成两路占空比为50%的正方波信号f1、f2，颠末异或门输出一个脉冲序列A，与晶振孕育产生的基准脉冲波B举行与操纵得到调制后的波形C，在肯定的时间范畴内对B、C中脉冲的个数举行计数得Nc、Nb，则其相位差为。
周期、频率、脉宽和占空比丈量
从某个上升沿开始计时，到下一个到来时结束计时，即为一个周期；对周期取倒数即为频率；从某个上升沿开始计时，到紧接着的一个降落沿结束计时(高电平的连续时间)即为脉宽；脉宽与周期之比即为占空比。
结语
实行证明，本体系可以或许正确地丈量出输入信号的相位、周期、频率、脉宽和占空比，且具有体积小、操纵机动、性能稳固和性价比高的特点。
参考文献：
1. TMS320VC5402 and TMS320UC5402 Bootloader Datasheet. 2000
2. TMS320VC5402 Fixed-Point Digital Signal Processor Datasheet. 2000
3. 穆兰, 单片微型谋略机原理及接口技能, 机器产业出版社，2000
4. 朱茂镒, 低频数字式相位测试仪, 电子天下．2004.3
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