0概述

移相電路常用于同步檢測器的數據處理中。目前資料上有很多移相電路，其實現方法多種多樣，大致可分為模擬式和數字式移相器兩類。模擬式移相器的電路較為復雜、線性差、測試精度低；數字式移相器大多以標準邏輯器件按傳統(tǒng)數字系統(tǒng)設計方法設計而成，其缺點為功耗大、可靠性低。本文介紹的基于單片機控制的數字移相器，采用環(huán)形隊列實現信號波形的任意相位移相，并且保持波形的幅度、頻率不變。其測試精度高，失真度小。系統(tǒng)原理方框圖如圖1所示。

1系統(tǒng)硬件電路設計

本系統(tǒng)的硬件電路主要由輸入信號倍頻電路、AT89C51單片機、A/D轉換器、D/A轉換器、6116存儲器及鍵盤/顯示等電路構成。?

1.1輸入信號倍頻電路

倍頻電路由鎖相環(huán)CC4046及雙BCD同步加法計數器4518組成。4518作分頻器用，實現720分頻，其中，U3：A實現9分頻，U2實現80分頻。倍頻電路中鎖相環(huán)的輸入信號是經過電壓比較電路把工頻信號變換成的方波信號。當分頻器的輸出信號(U2：A的6腳輸出信號)與鎖相環(huán)的輸入信號fi相一致時，鎖相環(huán)芯片U1鎖存輸出的信號頻率為fo。假如輸入信號頻率fi=50Hz，則輸出頻率fo=36kHz。具體電路如圖2所示。

該倍頻信號的波形如圖3所示，主要有兩方面的用途，一是控制A/D轉換的采樣點數及采樣的時間間隔(即一個周期采樣720個點)。二是控制D/A輸出數據的時間間隔，從而達到輸入信號頻率與輸出信號頻率一致。?

1.2單片機系統(tǒng)主電路

本電路主要由單片機AT89C51、鍵盤/顯示電路、模數轉換器AD574A、數模轉換器DAC0832、6116存儲器等構成，具體電路如圖5所示(鍵盤/顯示電路和6116存儲器等圖中未畫出)。鍵盤主要用來實現移相的具體數值(度)的設置，功能鍵包括設置鍵、數字鍵(“↑”、“→”)、復位鍵、運行鍵等五個鍵，最多可置720個0(720×0.5度=360度)，因此可達到0～360度的相移。根據任意設定的相位數值，把相位及數據存儲到隊列(如圖4所示)中的相應位置置0。顯示用四位數碼管實現，最低位為小數位，其余3位為整數位，可顯示范圍為0.5～360度。

A/D實現對波形數據(幅度)的采集、轉換。A/D每采集一個點，就存入存儲器的隊列中。同樣D/A借助單片機先從隊列中讀入一個數據，再由倍頻信號fo來控制D/A輸出數據的時間間隔，D/A的第一周期輸出從“輸出1”口輸出，以后則從“輸出2”口輸出，對采集的720個數據循環(huán)輸出，因此達到了移相的目的。

另外，因D/AC0832模/數芯片輸出的波形存在毛刺，需要進行濾波，通過實驗，在其輸出端加一個1000p的電容就可以使這些毛剌基本消失，得到較平滑的波形。?

2系統(tǒng)軟件設計

整個系統(tǒng)軟件的執(zhí)行過程為：首先，通過鍵盤設置移相的數值，同時在顯示器上顯示出移相的度數；其次，啟動A/D把轉換結果存入隊列，在A/D的轉換過程中，D/A從隊列中讀出相應數據后D/A輸出；第三，D/A不斷循環(huán)輸出，實現連續(xù)的移相后的工頻信號。系統(tǒng)軟件流程框圖如圖6所示。

3結束語

該數字移相器可對任意波形信號(如正弦波、三角?波、鋸齒波、方波等波形)進行任意相位的移相，具有測量精度高、跟蹤速度快的特點，根據設定要求移相后所獲得的輸出波形與輸入信號波形的幅度、頻率逼近，即輸出移相后波形的失真度較小。?

參考文獻

1何立民著.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計.北京：北京航空航天大學出版社，1990

2萬心平，張厥盛，鄭繼禹著.鎖相技術.西安：西安電子科技大學出版社，1989