自动化与仪器仪表ＺＩＤＯＮＧＨＵＡＹＵＹＩＱＩＹＩＢＩＡＯ２００３年第３期（总第１０７期）文章编号：１００１—９２２７（２００３）０３—００４６—０３基于单片机控制的数字移相器设计邹立华赵巍。（杭州商学院信息与电子工程学院，３１００３５）（。哈尔滨工程大学自动化学院，１５００００）摘要：本文介绍了一种基于单片机控制的数字移相器，其采用环形队列实现信号波形的任意相位移相，且保持波形的幅度、频率不变。文中对其软、硬件的设计作了较为详细的阐述。关键词：单片机倍频环形队列ＡＢＳＴＰＡＣＴ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｖａｒｉｏｕｓｗａｖｅｓａ曲ａｓｅｓｈｉｆｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＳＣＭＡＴ８９Ｃ５１．ＩｔａｃｏｎｓｔａｎｔｃａｌｌｒｅａｌｉｚｅｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｏｆＴｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｌｏｏｐａｌｉｌ，ａｍｅｎｔ，ａｎｄｈｏｌｄａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｍｅｎｔｉｏｎｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ．ＫＥ、ｎ＾／ＯＲＤＳ：ＳＣＭＦｒｅｑｕｅｎｃｙｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎＬｏｏｐａｌｉｇｎｍｅｎｔ中图分类号：ＴＰ２６８．１文献标识码：Ｂ出信号）与锁相环的输入信号６相一致时，锁相环芯片０概述移相电路常用于同步检测器的数据处理中。目前资料上有很多移相电路，其实现方法多种多样，大致可分为模拟式和数字式移相器两类。模拟式移相器的电路较为复杂、线性差、测试精度低；数字式移相器大多以标准逻辑器件按传统数字系统设计方法设计而成，其缺点为功耗大、可靠性低。本文介绍的基于单片机控制的数字移相器，采用环形队列实现信号波形的任意相位移相，并且保持波形的幅度、频率不变。其测试精度高，失真度小。系统原理方框图如图１所示。ｕｌ锁存输出的信号频率为ｆｏ。假如输人信号频率‘＝５０Ｈｚ，则输出频率ｆｏ＝３６ｋＨｚ。具体电路如图２所示。该倍频信号的波形如图３所示，主要有两方面的用途，一是控制Ａ／Ｄ转换的采样点数及采样的时间间隔（即一个周期采样７２０个点）。二是控制Ｄ／Ａ输出数据的时间间隔，从而达到输入信号频率与输出信号频率一致。１．２单片机系统主电路本电路主要由单片机ＡＴ８９Ｃ５１、键盘／显示电路、模数转换器ＡＤ５７４Ａ、数模转换器ＤＡＣ０８３２、６１１６存储器等构成，具体电路如图５所示（键盘／显示电路和６１１６存储器等图中未画出）。键盘主要用来实现移相的具体数值（度）的设置，功能键包括设置键、数字键（“十”、“一”）、复位键、运行键等五个键，最多可置７２０个０（７２０×０．５度＝３６０度），因此可达到０—３６０度的相移。根据任意设定的相位数值，把相位及数据存储到队列（如图４所示）中的相应位置置０。显示用四位数码管实现．最低位为小数位，其余３位为整数位，可显示范围为０．５—３６０度。Ａ／Ｄ实现对波形数据（幅度）的采集、转换。Ａ／Ｄ每采集一个点。就存入存储器的队列中。同样Ｄ／Ａ借助单片机先从队列中读人一个数据，再由倍频信号ｆｏ来控制Ｄ／Ａ输出数据的时间间隔，Ｄ／Ａ的第一周期输出从“输出１”口输出，以后则从“输出２”口输出，对采集的７２０个数据循环输出，因此达到了移相的目的。另外，因ｎ／ＡＧ０８３２模／数芯片输出的波形存在毛丛厂匝互叶寸皿Ｉ壁垒Ｈ图１系统原理方框图气副！匮幽警Ｈ！尘鲎堡卜２…１系统硬件电路设计本系统的硬件电路主要由输入信号倍频电路、ＡＴ８９Ｃ５１单片机、Ａ／Ｄ转换器、Ｄ／Ａ转换器、６１１６存储器及键盘／显示等电路构成。Ｉ．【输入信号倍频电路倍频电路由锁相环ＣＣＡ０４６及双ＢＣＤ同步加法计数器４５１８组成。４５１８作分频器用，实现７２０分频，其中，ｕ３：Ａ实现９分频，ｕ２实现８０分频。倍频电路中锁相环的输人信号是经过电压比较电路把工频信号变换成的方波信号。当分频器的输出信号（Ｕ２：Ａ的６脚输４６万方数据 图２输入信号倍频电路的电容就可以使这些毛刺基本消失，得到较平滑的波形。２系统软件设计整个系统软件的执行过程为：首先，通过键盘设置移相的数值，同时在显示器上显示出移相的度数；其次，启动Ａ／Ｄ把转换结果存人队列，在Ａ／Ｄ的转换过程中，Ｄ／Ａ从队列中读出相应数据后Ｄ／Ａ输出；第三，Ｄ／Ａ不断循环输出，实现连续的移相后的工频信号。系统软件流程框图如图６所示。图３倍频信号波形图采图４相位及数据存储队列根据芯片实际情况．若等待＾／Ｄ转换过程中可以完戚Ｄ／Ａ输出的全部操作，建议将Ｄ／Ａ输出在等待Ａ／Ｄ转换的过程中完成。圈６系统软件流程框图ｕ７：８３结束语该数字移相器可对任意波形信号（如正弦波、三角（下转第４９页）图５单片机系统主电路刺，需要进行滤波，通过实验。在其输出端加一个１０００ｐ万方数据 ｉｆ（ｈａｎｄ—ｆｋ＝＝１）｛ａｕｄｉｏ（ａｄｒｅｓｓ）；／／语音提示子程序ｄｅｌａｙ（１０）；ｓｅｒｉａｌ—ｓｅｎｄ（ｈａｎｄｏｆｆ）；／／发送ＡＴ挂机指令，ｈａｎｄ—ｏｆｆ［］＝｛‘ａ’，一ｔ，‘ｈ’，ＣＲ｝ｆｌａｇ＝Ｏ：量牵篓量囊一（口）主程序｛ｉｎｔ｛埘目动拨号程序ｓｅｒｉａｌ—ｓｅｎｄ（ｈａｎｄｏｆｆ）；Ｊ＋＋；／／取下一个电话号码ｉｆ（ｊ＞１０）／／判断号码是否取完ｂｒｅａｋ；图３系统程序框图ｖｏｉｄｄａｌｌ（ｃｈａｒ”Ｐ，ｃｈａｒ”ａ）｛ｓｅｒｉａｌ—ｓｅｎｄ（ｄｉａｌ）；／／发送ＡＴ拨号指令，ｄｉａｌ（］＝｛‘ａ’，一ｔ，‘ｄ’，‘＊’｝ｓｅｒｉａｌ—ｓｅｎｄ（ｐｈｏｎｅｃｎｄｃ）；／／发送电话号码ｄｅｌａｙ（１０）；／／延时子程序ｓ，＇ｒｉａｌ—ｒｅｖｅｉｖｅ（ａ）；／／接收ＺＸＧＭｌ８返回值结束语ｖｏｉｄａｕｔｏ～ａｌａｒｍ（）本系统通过移动通讯模块实现向外界报警的功能，克服了现行的报警器因电话线中断而失去报警功能的缺点，在家庭和金融业有着广泛的应用前景。另外，该系统还可以通过短信息的形式向机主报告系统的状态，机主也可以通过短信息的形式向系统下达命令，从而改变系统的状态，或控制其他的家用电器，这正是我们下一步研究的目标。参考文献１马忠梅单片机的ｃ语言应用程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，１９９１．１２陈静，范宣志，童名文ＡＴ８９Ｃ５１单片机在超发电计量仪中的应用．自动化与仪器仪表，１０２（４）：２８～３３，２００２ｉ＝０，ｊ＝１；ｗｈｉｌｅ（ｆｌａｇ＝＝１）∥ｆｌａｇ为拨号标志／／读ｘ５０４５中｛ｘ５０４５．ｒｅａｄ（ｐｈｏｎｅｃｏｄｅ，ｊ）；预存的电话号码ｄａｉｌ（ｐｈｏｎｅｃｏｄｅ，ｒｅｃｅｉｖｅ—ｄａｔａ）；ｉｆ（ｒｅｃｅｉｖｅ—ｄｅｔａ［０］＝＝‘０’）／／判断呼叫是否成功｛ｗｈｉｌｅ（ｈａｎｄ—ｆｌａｇ＝＝０）／／ｈａｎｄ—ｆｌａｇ是摘机标志ｓｐｅｃｉａｌ—ｄｅｌａｙ（５）；序，可改变ｈａｎｄ—ｆｌａｇｉ＋＋：／／特殊延时子程Ｉｆ（ｉ＞４）七七女女专七七专七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七电七七七七七七七七七七七七七（上接第４７页）波、锯齿波、方波等波形）进行任意相位的移相，具有测量精度高、跟踪速度快的特点，根据设定要求移相后所获得的输出波形与输入信号波形的幅度、频率逼近，即输出移棚后波形的失真度较小。ｆｑＣｒ１Ｌ艚．ＭＣＳ一５１系列单片机应用系统设计北京：北京航参考文献空航天大学出版社，１９９０２万心平．张厥盛，郏继禹著锁相技术．西安：西安电子科技大学出版社，１９８９４ｑ万方数据
