摘要：介紹了用單片機實現(xiàn)數(shù)字相位變換器（又稱脈沖調(diào)相器）的一種設(shè)計方法。主要描述了數(shù)字相位變換器的工作原理，基于AT89C2051單片機的硬件電路的工作原理以及軟件設(shè)計的基本思想和程序設(shè)計方法。

    關(guān)鍵詞：數(shù)字相位變換器 脈沖調(diào)相 AT89C2051單片機

數(shù)字相位變換器又稱脈沖調(diào)相器，是鑒相型位置伺服系統(tǒng)中的主要控制線路。它的作用是將脈沖信號轉(zhuǎn)換為相位變化信號。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計中，脈沖調(diào)相器是通過純硬件線路實現(xiàn)的，線路復(fù)雜、設(shè)計難度大、調(diào)試難度也較大。作者在旋轉(zhuǎn)變壓器鑒相型位置檢測系統(tǒng)中設(shè)計脈沖調(diào)相器時，改變傳統(tǒng)的純硬件設(shè)計方法，采用單片機實現(xiàn)脈沖調(diào)相，使硬件設(shè)計工作大大簡化，易于實現(xiàn)，且電路調(diào)試簡便。

1 脈沖調(diào)相器的工作原理

用一個頻率為fcp的時鐘脈沖去觸發(fā)一個容量為M的計數(shù)器時，如用四位二進(jìn)制計數(shù)器，其容量為16，那么在計數(shù)器的最后一級輸出端可獲得一個頻率為1/16fcp的方信號。如果在時鐘脈沖觸發(fā)計數(shù)器的過程中，向計數(shù)器加入一個額外的脈沖，則由于計數(shù)器提前完成16個數(shù)的計數(shù)任務(wù)，而使得最后一級的輸出提前翻轉(zhuǎn)，從而使最后一級的輸出提前翻轉(zhuǎn)，從而使計數(shù)器的輸出產(chǎn)生了一個正的相移Δθ，如圖（a）所示。同理，在時鐘脈沖觸發(fā)計數(shù)器的過程中，如果扣除一個脈沖，則由于計數(shù)器推遲完成16個數(shù)的計數(shù)任務(wù)而最后一級的輸出延時翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致其輸出產(chǎn)生一個負(fù)的相移Δθ，如圖1（b）。Δθ與計數(shù)器容量有關(guān)，即Δθ=360°/M。如果在時鐘脈沖觸發(fā)計數(shù)器的過程中，向計數(shù)器加入或扣除的不止是一個脈沖，而是N個脈沖，則計數(shù)器輸出相移θ=NΔθ。

在上述旋轉(zhuǎn)變壓器鑒相型位置檢測系統(tǒng)中，要求脈沖調(diào)相器輸出400Hz的調(diào)相信號。一個脈沖產(chǎn)生的相移為Δθ=1.8°，則計數(shù)器的容量應(yīng)為200，觸發(fā)脈沖的頻率應(yīng)為80kHz。

2 硬件電路

硬件電路如圖2所示。

2.1 電路實現(xiàn)的功能

（1）產(chǎn)生兩個頻率為80kHz的異步時鐘脈沖的信號FA和FB；

（2）在時鐘脈沖FA的反相信號FA作為計數(shù)脈沖觸發(fā)容量為200的計數(shù)器過程中，控制FB的反相信號FB插入計數(shù)脈沖，使計數(shù)器輸出信號相位前移；或阻塞FA進(jìn)入計數(shù)器，即扣除脈沖，使計數(shù)器輸出信號相位后移。

2.2 工作原理

頻率為160kHz的時鐘脈沖源CP160K經(jīng)二分頻器U1A分頻后產(chǎn)生兩個頻率為80kHz的方波信號Q和Q。Q和Q再分別與CP160K作與運算，由門U3A和U4A分別輸出，獲得兩個頻率為80kHz的異步脈沖信號FA和FB，波形如圖3所示。

無調(diào)相指令時，89C2051單片機將輸出位P1.2和P1.3均置成0。此時門U5A被打開，門U3B被封鎖并輸出1，打開門U4B，計數(shù)脈沖系列FA通過U4B觸發(fā)容量為100的計數(shù)器U6計數(shù)，在二分頻器U1B的第9腳輸出400Hz方波信號。當(dāng)單片機接收到正確相指令時，將P1.2置為0，P1.3置為1，門U5A打開，F(xiàn)A通過門U5A，此時U3B也打開，F(xiàn)B通過門U3B變成FB，并和FA同時進(jìn)入門U4B,形成計數(shù)脈沖系列。由于FA和FB是異步信號，因此達(dá)到了在計數(shù)脈沖系列FA中插入脈沖的目的，使計數(shù)器U6A多計一個數(shù)，從而使二分頻器U1B輸出信號相位前移，工作波形如