相位测量仪报告.docx

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1、相位测量仪摘要：本设计以单片机和可编程逻辑器件FPGA为控制核心，实现数字信号的产生、逻辑信号的采集和示波器的显示。系统主要由三个模块组成:信号发生，数据采集与波形显示。本设计经过单片机产生逻辑信号，利用FPGA作为数据处理器和DAC控制器，能准确、清晰的在模拟示波器上显示出逻辑波形、触发标记、光标。利用键盘输入和液晶显示，能实现逻辑预设和触发模式设置。经验证，本方案完成了全部基本功能和扩展功能。关键词： 逻辑分析仪 可编程逻辑器件 单片机Abstract: The design of the microcontroller and FPGA programmable logic device

2、s for the control of the core, digital signal generation, logic signal acquisition and oscilloscope display. System consists of three modules: signal, data acquisition and waveform display. After the microcontroller generates the logic signal design , as a data processor using FPGA and DAC controlle

3、rs , accurate, clearly shows the logic waveforms. The use of keyboard and LCD display , and to achieve pre-trigger mode logic. Proven, the program completed all the basic features and extensions.Keywords: logical link control Programmable logic devices MCU一、方案设计与论证 1、数字式移相信号发生器方案一：采用FPGA实现DDS直接频率合成技

4、术。其工作原理是采用ROM存储所需波形的量化数据，通过频率控制字控制输出频率，通过相位控制字控制相位偏移量，再通过DA转换和滤波器即可得出所需波形。本方案采用FPGA可以容易实现。方案二：用PLL频率合成技术产生正弦信号，再经过FIR数字滤波器实现数字移相。这种方法在对相位精度要求较高时，硬件实现比较繁琐。方案论证：方案二电路复杂，要用到PLL芯片和FPGA， 而方案一只需FPGA即可，实现起来比较简单，而且输出稳定，因此本设计选择方案一。 2、移相网络方案一： 方案二： 方案论证： 3、相位测量 方案一： 采用模拟乘法器+低通滤波器实现。这种方法可得出相位差的直流电压表示，因而可得出相位差的

5、大小。但是乘法器的输出电压会随输入信号的振幅而变化。 方案二： 采用比较器+异或门+D触发器实现。这种方法可得出相位差的方波脉宽表示，只需测出脉宽和信号频率，即可出相位差的大小。其中D触发器用于判断两路信号超前/滞后关系。方案三：采用比较器+FPGA实现。经过比较器的两路信号直接送到FPGA，在FPGA内部直接检测两路信号出现上升沿的时间差，与信号频率比较即可得出相位差。方案四：采用AD转换器和FPGA实现。将输入信号通过AD采样，存储到RAM中，然后通过找出两个RAM中最大值的位置来确定相位差的大小。 方案论证：由于要保证0.1度的相位测量精度，方案一和方案四实现起来比较困难，方案二和方案三

6、本质上差不多，两个方案二均可实现，本设计采用了方案三。4、频率测量方案一：采用测频法加测周法。测频法是固定一个时间门限，测出信号的上升沿或下降沿个数，即可得到频率值。测周法是在一个或多个信号周期内测出一个已知信号的上升沿个数，也可得到信号的频率。测频法适用于信号频率较高的场合，测周法适用于信号频率较低的场合。方案二：采用等精度测量。等精度测量是改进的测频法，其时间门限随着被测信号移动，测量结果有很高的准确度。但是等精度测量在低频时精度不够高。方案三：采用等精度测量加测周法。在高频时采用等精度测量，获得较高的准确度，在低频时采用测周法，获得较高的精度。再利用一个预判模块判断当前频率值，最终获得高

7、精度和高准确率的数值。5、系统总体设计与框图（1）系统框图：（2）电路说明二、 理论分析与计算 1、数字式移相信号发生器低通滤波器DA波形ROM表相位累加器频率控制字相位控制字 时钟由于输出信号频率只需20KHz，为减少高频干扰，DDS输出时钟采用5MHz，相位累加器采用32位，因此频率精度可达。2、移相网络。3、相位测量。4、频率测量。三、硬件电路设计1、波形产生电路DAC2900为一款双通道，10位，125Msps数字模拟转换器。鉴于其出色的动态性能，特别适合于高速的数据模拟转换系统中。DAC2900内部自带基准，为保证输出电压的精度，采用其内部基准。另外，DAC2900的每个通道有一对高

8、阻输出的差分电流输出引脚，需要通过外部的电流-电压转换电路将差分电流转换为单端电压输出。同时，由于DAC2900为双路输出，特别适合于本系统中X,Y轴电压的同时控制。电路原理图如图所示。2、比较器电路四、软件设计软件流程图如下：五、系统测试和数据分析1、测试仪器（1）TDS1012B 100MHz数字示波器（2）F40型数字合成函数信号发生器2、测试方法（1）。（2）。（3）。3、相关测试数据表1 通频带内平坦度测试频率增益1M2M3M4M5M6M20dB40dB表2 步进及带宽测试输入值步进增益10mV20mV50mV100mV0dB5dB10dB20dB40dB4、数据分析六、总结附录：参考文献1远坂俊昭 著.测量电子电路设计滤波器篇. 科学出版社2全国大学生电子设计竞赛组委会（编）. 第九届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编. 北京理工大学出版社3铃木雅臣 著.晶体管电路设计（上）. 科学出版社