基于DSP的低頻數字式相位測量儀的設計*

摘要： 本文提出了一種基于TMS320VC5402的低頻數字式相位測量儀的設計方法。

關鍵詞： DSP；低頻；數字式；相位測量；SCM

引言

隨著科學技術的突飛猛進的發展，電子技術廣泛的應用于工業、農業、交通運輸、航空航天、國防建設等國民經濟的諸多領域中，而電子測量技術又是電子技術中進行信息檢測的重要手段，在現代科學技術中占有舉足輕重的作用和地位。低頻數字式相位測試儀在工業領域中是經常用到的一般測量工具，比如在電力系統中電網并網合閘時，要求兩電網的電信號相同，這就要求精確的測量兩工頻信號之間的相位差。還有測量兩列同頻信號的相位差在研究網絡、系統的頻率特性中具有重要意義。近年來，隨著科學技術的迅速發展，很多測量儀逐漸向“智能儀器”和“自動測試系統”發展，這使得儀器的使用比較簡單，功能越來越多。本低頻數字式相位測量儀由TMS320VC5402、AT89S52和小規模集成電路構成。由于TMS320VC5402和AT89S52芯片的集成度高、 智能程度高、功能強大，使得它實現起來比較簡單，而且，具有體積小、性價比高、性能穩定的特點。
    
系統硬件

此低頻數字式相位測量儀的目的是將輸入的信號先進行信號整形，然后送給移相網絡，再送給TMS320VC5402處理，最后將結果送給AT89S52，并由AT89S52控制LCD顯示測量結果。系統框圖如圖1所示。

圖1  低頻數字式相位測量儀系統框圖

該系統以TMS320VC5402為核心，對待測量信號進行采集和處理，包括整形和移相電路，把采集來的模擬信號轉換為數字信號。其中SRAM和Flash分別為TMS320VC5402的 數據存儲器和程序存儲器。鍵盤和顯示部分則由AT89S52來控制，AT89S52把鍵盤操作轉換為控制信號再傳送給TMS320VC5402，控制系統是進行相位測量還是周期、頻率、脈寬、占空比測量，TMS320VC5402把要顯示的系統狀態送給AT89S52，以實現LCD顯示。這些硬件工作過程如圖2所示。

圖2  硬件系統的工作流程

整形電路

相位儀輸入整形電路的原理是兩路正弦輸入信號經過LM324比較器整形，產生兩路方波信號。經4013D觸發器進行二分頻(用于判斷相位差為180o時能正常產生鑒相脈沖)，送到4076異或門進行鑒相，鑒相脈沖送單片機實現相位差測量。整形電路如圖3所示。

移相電路

移相電路通過一個超前移相和一個滯后移相網絡構成，通過兩個電壓跟隨器后產生移相信號。通過改變移相電路(圖4)所示電壓跟隨器輸出的電位器，可實現相位差連續相移范圍-45o~ +45o。因此，當輸入信號頻率變化時，通過改變電位器RW可實現-45o~+45o連續移相。

TMS320VC5402與AT89S52的通信

AT89S52和TMS320VC5402各自獨立工作，其信息和數據交換通過共享一片外部存儲器來實現，它們之間信號聯絡通過硬連接和軟件判斷來實現。

外部存儲器采用的是CY7C133，它是高速的2K