1、 目目 录录 1 1 绪论绪论 1 1 2 2 总体方案设计总体方案设计 2 2 2.1 方案比较 . 2 2.1.1 方案一 . 2 2.1.2 方案二 . 3 2.2 方案论证 . 4 2.3 方案选择 . 4 3 3 单元模块设单元模块设计计 5 5 3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 . 5 3.1.1 电压变换电路 . 5 3.1.2 波形转换电路 5 3.1.3 异或电路 6 3.1.4 单片机测量、控制电路 7 3.1.5 数码管显示电路 7 3.2 电路参数的计算及元器件的选择 8 3.3 特殊器件的介绍 9 3.3.1 STC89C52 单片机特点及特性 . 9 3.3.2
2、 UA741 运算放大器的功能和特点 . 10 3.4 各单元模块的联接 12 4 4 软件设计软件设计 1313 4.1 软件设计原理及使用工具 . 13 4.1.1 设计原理 . 13 4.1.2 使用工具 . 13 4.2 软件设计流程框图 . 14 5 5 系统功能、指标参数系统功能、指标参数 1515 6 6 结论结论 1616 7 7 总结与体会总结与体会 1717 8 8 致谢致谢 1818 9 9 参考文献参考文献 1919 附录一：附录一： 2020 附录二：附录二： 2525 附录三：附录三： 2626 1 1 绪论绪论 在实际工作中，常常会遇到两列频率相同信号之间存在相位
3、差，那么就需要测量它 们之间的相位差。电力系统中的电机并网合闸时，需要两电信号的相位差在允许的范围 内才能进行， 这时需要精确测量两列工频信号之间的相位差， 相位差测量在工业自动化， 智能控制、 通讯及电子技术等许多领域有着广泛的应用。 随着计算机软硬件的日益发展。 在测试系统中，以数字信号处理为核心的软件法测量技术越来越多的得到广泛的用。在 电工仪表、同步检测的数据处理以及电工实验中,常常需要测量两列同频信号的相位差。 相位测量的方法很多,典型的传统方法是通过显示器观测,这种方法误差较大,读数不方 便。为此，我们设计一种数字式工频电压相位差测量仪。 本设计的思想是先通过变压器将电机和电网电压
4、降压，降压后将该电压通过电压跟 随器提高输入阻抗，降低输出阻抗。然后再通过过零比较器将两列正弦波整形成方波信 号，两列方波信号被送入异或门输出。输出信号送入单片机，单片机通过采样计算其高 电平时间，通过时间关系将对应的相位关系计算并送数码管显示。相位差若在允许并网 范围内则发送触发信号启动并网。整个过程中，计算机的采样、计算和控制是关键。设 计所采用的控制芯片为 STC89c52,12MHZ 晶振此芯片功能较为强大,采用 12MHZ 晶振， 能 够满足设计要求。 本课程设计是配合课堂教学的一个重要的实践教学环节，它能起到巩固课堂和书本 上的知识，加强综合能力，提高系统设计水平，启发创新思想的效
5、果，培养资料搜集和 汇总的能力， 培养总体设计和方案论证的意识， 提高硬件， 软件设计与开发的综合能力， 提高软件和硬件联合调试的能力，掌握相关开发软件，仿真软件的使用方法。现在计算 机科学在应用上得到飞速发展，因此，学习这方面的知识必须紧跟实际连接。掌握这方 面的知识更重要强调解决实际问题的能力。该课程设计给我们提供了一个很好的机会， 它要求我们结合课堂上和书本中学到的知识去独立设计一个硬件系统，它是我们迈向实 践和应用的桥梁，我们学习书本上的知识是一个不断积累的过程，而该课程设计却使得 我们能够尽情发挥他们，让我们更了解计算机及软硬件的结合使用，虽然课程设计的时 间比较短，但它却在整个教学
6、计划中占据了极其重要的位置。 2 2 总体方案设计总体方案设计 2.1 2.1 方案比较方案比较 对同一种目的的实现，可以用不同的方案，下面就着重介绍以下两种方案对同一目 的的实现方法。并比较两种方案的优劣。 2.1.1 2.1.1 方案一方案一 双踪示波法：利用示波器双踪显示功能，测量相位差，对固有相移测量尤其适用。 测量方法是通过运算放大器，将采集的两列信号 U(1),U(2)正玄波形转换成方波， 再通过 LM399 将两列方波进行比较，在一段时间里，波形相同输出低电平，波形不相同 输出高电平。再把输出的电压比较信号，通过示波器显示出来，在 N 个周期里，计算平 均值。这样就可以通过计算，来确定相位差。 图 2.1 原波形信号 图 2.2 转换成的方波波形信号 图 2.3 电压比较后输出高低电平信号 公式 1 3 测量具体过程，由公式 1 即可计算出相位差。T 为一个波形周期，T1 为 N 个波形的 平均高电平时间。 2.1.2 2.1.2 方案二方案二 利用单片机 A T89C52 的自身捕捉功能 测量方法：通过 4 个 U
