基于DSP的相位差测量系统的研究

论文摘要

信息的获取与处理已经成为现代信息技术领域的核心,对社会发展、科技进步起着重要的作用。信号的相位差是现代社会应用中重要的测试参数,相位差的测量是电气测量的一项基本内容,其含义为测量两个同频率周期信号的相位差值。例如根据原声和回声信号的相位差可以测量两物体之间的距离、障碍物形状和温度等。因此,相位差参数能否准确的测量在很大程度上决定了实际测量参数(距离、形状等)的精度。论文简述了相位差测量技术的发展以及国内外研究现状,介绍了当前已有的相位差测量的方法,并分析了各种测量方法的特点和存在的不足。本文采用过零检测法,设计并实现了一种基于DSP的相位差测量系统。在此相位差测量系统中采用DSP2812作为测量的主控芯片,其内部集成的捕获单元和A/D模块可以实现对输入信号的频率、相位差及幅值进行测量。为了提高相位差测量系统测量相位差和频率的精度,采用了信道交换技术和降频技术,信道交换可以消除通道带来的附加相移,降频则可将高频信号转化为低频信号后再进行测量。根据系统需要设计实现了任意相位差的两路正弦信号作为相位差系统的输入信号。论文最后对相位差系统的性能进行了测试,并根据测试结果对影响相位测量精确度的主要因素进行了分析,给出了相应的改进措施以获得更好的测量效果。测试结果表明本文所设计的相位差测量系统能够实现对两路同频信号的幅值、频率和相位差的测量,且系统还可以进一步扩展以实现对多路信号相位差的测量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 相位测量技术的发展与现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 测量方案的确定
• 2.1 相位差的基本概念
• 2.2 相位差测量的技术指标
• 2.3 相位差测量原理及方案比较
• 2.3.1 电压测量法
• 2.3.2 过零检测法
• 2.3.3 基于DFT 的相位差测量法
• 2.3.4 基于相关原理的相位差测量法
• 2.4 本章小结
• 第3章 相位差测量的硬件电路设计
• 3.1 系统总体设计框图
• 3.2 自动量程转换
• 3.3 放大电路
• 3.4 降频电路设计
• 3.4.1 降频电路的组成及原理
• 3.4.2 低通滤波器设计
• 3.5 整形电路和相位超前滞后判断
• 3.5.1 整形电路
• 3.5.2 超前滞后判断
• 3.6 附加相移的消除
• 3.7 DSP 捕获单元简介
• 3.8 DSP 中A/D 单元简介
• 3.9 本章小结
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 CCS 集成开发环境
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 主程序流程图
• 4.2.2 幅值测量部分
• 4.2.3 相位差及频率测量
• 4.3 本章小结
• 第5章 测试试验结果分析
• 5.1 标准信号的产生
• 5.2 系统测试验证
• 5.3 误差分析及改进措施
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢