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数字移相技术分析

[图文]数字移相技术的分析和实现           ★★★
数字移相技术的分析和实现
发布者:imefan 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2008-7-22 21:31:11
,就可提高移相细度,但在不增加D/A芯片的位数的情况,单纯增加数据的个数,会使正弦波波形的失真度增加,并使正弦波的周期变长。在正弦波周期一定的情况下,数据表中数据的个数是有限制的。

三.利用单片机进行方波信号的移相

  利用单片机进行方波信号的移相则是数字移相的另一个途经,已有多种成功之作,有些偏重硬件,有些偏重软件,总体说来,偏重硬件的精度较高,但制造及调试较复杂。偏重软件的结构简单,成本较低,但往往精度受影响。本文介绍一种己获得较为理想效果的设计。设计的原理框图如图3所示。
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图3 方波移相框图


  工作原理:作为参考信号的A,经整形后得到方波信号a,再利用锁相技术对a作3600倍频,并将此倍频信号作为单片机中CTC的计数脉冲,以此来产生相移和测量移相的实际值。由于计数脉冲是通过锁相环产生的,在锁相环允许的频率范围内,计数脉冲始终是a信号的3600倍,因此,可以看成是将a信号的一个信号周期分为了3600份,且允许a的频率可在一个小的范围内波动。若一个信号周期为3600,那么在一个信号周期内每个计数脉冲即代表0.10。我们只需以a信号为参考,延时若干个计数脉冲的时间来产生c信号即可做到移相,改变延时计数脉冲的个数即可改变移相值,亦可记录两个信号的上沿(或下沿)间的脉冲个数来获得两信号的相位差。正是由于锁相环的存在,才使得移相信号B与参考信号A的频率完全相同。比起由软件测得A信号的周期后再来产生B信号的方式来,其精度要高得多。锁相环倍频的频率愈高则移相的最小单位愈小,若作7200倍频,那么在一个信号周期内每个计数脉冲即代表0.050。


图4 移相时序

  图4是以上述方式进行移相的时序图,设计数脉冲的频率是a信号的3600倍,那么从a信号的上沿开始经N个计数脉冲后产生c信号的上沿,则有a信号超前c信号 N×0.10。但我们需要的是A信号与B信号之间的移相。A信号与a信号的相位是相同的,但c信号与B信号的相位,由于波形转换电路的存在而不相同,其相位差视波形转换电路的参数而定。故A信号与B信号之间的实际移相值无法由N×0.10来计算。要获得A信号与B信号之间的实际移相值,可将B信号整形成b信号(两信号相位相同)后反馈给单片机,由单片机测量出a信号与b信号之间的计数脉冲个数n即可,实际移相值为n×0.10。改变N的值即可改变移相值。

  要实现上述设计,除需要用锁相环产生计数脉冲外,还需要三个16位的计数器,分别用来计N,n及1800的值。笔者将8032中的计数器作如下分配:T0计N的值、T1计n的值、T2计1800的值。T0、T1及T2的启停全部由中断服务程序控制。接线如图3所示。具体是:

 ① a信号的上沿产生INT0中断,其中断服务程序分别将-N及0赋给TH0TL0和TH1TL1;然后使T0、T1开始计数。

 ② T0归零,其中断服务程序关闭T0;置P3.0;-1800赋TH2TL2;使T2开始计数。

 ③ T2归零,其中断服务程序清P3.0;关闭T2。

 ④ b信号的上沿产生INT0中断,其中断服务程序关闭T1;读取TH1TL1的计数值n.。

四.两种移相方式的性能比较

  通过以上介绍,我们可以看到:以D/A转换方式实现的移相,虽然所用元件少,但输出信号的频率难以细调,特别是移相的最小单位太大 (1.40/步)。在50Hz频率下,要达到0.10/步移相细度难以办到。因此,该方式只适合于对频率要求不高,且移相角度固定的场合。以延时输出方波的方式实现的移相,其硬件电路比较复杂(锁相及波形变换电路)。输出信号的频率以参考信号的频率为准,而参考信号的频率则可以精确给定。移相的最小单位可小于0.10/步,这就为无级移相提供了基础。因此,该方式可用于对频率要求高,且需3600无级移相的场合。

参考资料

  1.王秉时,移相技术的发展与移相器产品的进步,《电测与仪表》1998。3

  2.沈德金,陈粤初等,MCS。51系列单片机接口电路与应用程序实例,北京航空航天大学出版杜

  About Analysis and Implement of Digital Move-phase Technology
  Shen Weicong Liu Yiju

  A tract : The move-phase between two signal with same frequency ,e ecially between power frequency signals ,is as important method for imitating ,analyzing accident in a relaying field in power industry ,and is a signal source for testing various kinds of concerning phase . So,move-phase technology has practical value widely .The article introduces two number move-phase method based on single-chip so as to illustrate the principle for realization of move-phase and make an analysis and comparison towards two move-phase methods.

  Keywords: move-phase single-chip D/A conversion counter[IMG]

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