低频数字式相位测量仪
摘 要 本设计由相位测量仪、数字移相信号发生器和移相网络 3 个模块组成。采用
DDS 技术生成两路正弦信号，用 φ-T 变换技术实现相位差得测量，由单片机来实现幅度、
相位控制和显示功能，测得相位差和频率送入 LCD 进行显示。
一、方案论证
1.相位测量方案
方案一：基于数字鉴相技术实现相位测量原理框图如图 1 所示。输入信号经锁相环电
路鉴相输出，经 A／D 采样后送入单片机进行处理，输出到 LCD 显示相位。
图 1 数字鉴相实现相位测量原理框图
方案二：将被测得两路正弦信号经比较器整形再经过异或门电路进行鉴相处理，将得
到的脉冲序列经过 RC 平滑滤波取其直流分量；将此信号送入 A/D 转换器由单片机进行处
理，从而得出相位差。
方案三：将两路正弦信号整形成方波信号后并将这两路方波信号异活后与晶振的基准
频率进行与操作，得到一系列高频窄脉冲；通过两个计数器同时对该脉冲序列以及基准源
序列进行计数，得到的两路计数值送入单片机进行处理得到相位差。
对以上 3 种方案进行比较，方案一硬件要求高而且测量精度有限；方案二在低频段时 ，
RC 滤波电路的波动性很大，难以达到较高的相位精度；方案三由高精度的晶振产生稳定的
基准频率，可以满足系统高精度、高稳定度的要求，因此选择方案三。
2.频率测量方案
方案一：利用专用频率计模块，如 ICM7216 芯片来测量，其内部带放大整形电路，
可直接输入正弦信号；用 10M 晶振来和低温度系数电容来构成可选择时间闸门的振荡电路，
量程可以自动切换，待计数过程结束显示测频结果。
方案二：利用单片机来实现测频，将得到的方波信号送入单片机在闸门信号下进行计
数得到待测频率。
对以上方案进行比较，方案一中 ICM7216 的外围硬件电路复杂，测频精度不够高；
而方案二用单片机进行控制计数，硬件简单，且频率测量精度高，因此采用方案二来实现
频率的测量。
3.数字移相信号发生器方案
目前 DDS 已经是一种很完善的数字信号产生方案，因此在该部分中，我们主要对产
生正弦信号的数字移相方案进行论证。
方案一：将正弦波量化为数据表分别存储于两片 E
2
PROM 之中，通过单片机控制计数
器来对存储器中的数据进行寻址，并经过两片 D/A 转换芯片输出该数据表，当两路 D/A 转
换芯片所获得的数据序列不同时则转换所得的两路正弦信号存在相位差，相位差值仅与数
据地址的偏移量有关。
锁相环 A/D 采样 单片机处理 显示相位差
输入信号
