单片机怎么检测两个同频率、同幅度的正弦波的相位差？

wt418995874 · 发表于 2013-8-9 17:19:11

用单片机怎么检测两个频率，幅值相同的正弦波？
查过一些资料，说用过零检测电路来将正弦波转变成方波。
但具体不知道怎么计算，程序怎么写？思路有点乱。
还请知道的网友提醒，建议下。。。谢谢！

alias · 发表于 2013-8-9 17:28:24

用过零检测电路来将正弦波转变成方波，然後应用单片机的输入捕获工能，第一个方波开启输入捕获，第二个方波停止输入捕获，计时器内的值便是和相位有关。

wt418995874 · 发表于 2013-8-9 17:32:40

alias 发表于 2013-8-9 17:28
用过零检测电路来将正弦波转变成方波，然後应用单片机的输入捕获工能，第一个方波开启输入捕获，第二个方波 ...

能否具体点？是不是算出两个波形的时间差？

alias · 发表于 2013-8-9 17:45:52

本帖最后由 alias 于 2013-8-9 17:50 编辑

第二个方波开启输入捕获，第二个方波停止输入捕获，计时器内的值便是周期，即 360 度。
第一个方波开启输入捕获，第二个方波停止输入捕获，计时器内的值除以上边的值再乘以360便是相位差。

wt418995874 · 发表于 2013-8-10 09:56:28

alias 发表于 2013-8-9 17:45
第二个方波开启输入捕获，第二个方波停止输入捕获，计时器内的值便是周期，即 360 度。
第一个方波开启输入 ...

第二个方波开启输入捕获？第二个方波又停止输入捕获？

alias · 发表于 2013-8-10 10:10:03

本帖最后由 alias 于 2013-8-10 10:13 编辑

是不是非常之玄？

MCU 输入捕获工能启动之後，第一次发生捕获时首先记下捕获记存器的现值。第二次发生捕获时捕获记存器的值减去先前的值就是周期了。

wt418995874 · 发表于 2013-8-10 14:02:51

alias 发表于 2013-8-10 10:10
是不是非常之玄？

MCU 输入捕获工能启动之後，第一次发生捕获时首先记下捕获记存器的现值。第二次发生捕获 ...

刚刚测了一个方波的频率，就是这样子，先同你说的那样测出了周期。这个已经通过了，接下去准备测相位了。
你能否详细讲下原理？

lanyuye · 发表于 2013-8-10 14:10:08

楼主做什么仪表吗？

alias · 发表于 2013-8-10 15:52:39

>>你能否详细讲下原理？

就两个频率一样的方波，相位定义就是上升缘出现的时间差别。当然亦可说成为两个波形的下降缘之时间差别。我在4搂提出的方法就是依从这要求而得出来的。

wt418995874 · 发表于 2013-8-11 20:55:00

alias 发表于 2013-8-10 15:52
>>你能否详细讲下原理？

就两个频率一样的方波，相位定义就是上升缘出现的时间差别。当然亦可说成为两个波 ...

嗯，我查下资料。根据时间差求相位差，就是求出时间差，然后时间差比上周期，求出的就是相位差时间占周期的多少份，再乘以360度，就是相位差了

yiming988 · 发表于 2013-8-11 21:04:47

可以这样：两路信号放大至饱和变成方波，分别与两路同频方波做数字乘法，然后低通滤波，滤波后的幅值绝对值等比于相位差。

yiming988 · 发表于 2013-8-11 21:07:37

成本=低性能运放+异或门+R+C 这在较高频率下成本也很低。当然频率更低的话用过零检测+单片机捕获就好了。

hhxb · 发表于 2013-8-11 21:46:17

两个方波异或后捕捉正脉宽即可。

hhxb · 发表于 2013-8-11 21:46:50

yiming988 发表于 2013-8-11 21:04
可以这样：两路信号放大至饱和变成方波，分别与两路同频方波做数字乘法，然后低通滤波，滤波后的幅值绝对值 ...

馊点子；精度差还麻烦

yiming988 · 发表于 2013-8-11 22:00:26

hhxb 发表于 2013-8-11 21:46
馊点子；精度差还麻烦

您一棒子打死了吧频率低的话您的方法最好最省事，但是频率高的话单片机检测脉宽困难才用这个方法精度就看楼主需要了。

hhxb · 发表于 2013-8-11 22:20:05

yiming988 发表于 2013-8-11 22:00
您一棒子打死了吧频率低的话您的方法最好最省事，但是频率高的话单片机检测脉宽困难才用这个方法精度 ...

没有搭过电路不要瞎说；
用运放放大至饱和？？！！！
你知不知道运放有两个特性，
首先BJT和老的MOS型运放输出不能至电源，至于差多少是一个不稳定的值(用示波器看饱和波形不是方波，高电压的地方不平），所以精度差。
能输出接近电源电压的叫轨到轨运放，这个应该算常识了。

其次运放输出饱和以后再推出饱和状态需要一段时间，这个参数在PDF里有，这个很影响速度和精度（如果没标很可能是太差了，厂商认为没人会这样用）。

所以应该用比较器；但是常见的比较器有的是集电极开路，我自己感觉驱动能力不强；

wajlh · 发表于 2013-8-11 22:56:21

信号频率低的话，2楼的办法就行。频率高的话，需要加硬件电路，基本上就是等精度频率计的原理。

yiming988 · 发表于 2013-8-12 00:30:15

hhxb 发表于 2013-8-11 22:20
没有搭过电路不要瞎说；
用运放放大至饱和？？！！！
你知不知道运放有两个特性，

您较真了，不用您来教我什么叫轨对轨运放，我提出一种办法让楼主来甄选而已，何必动肝火。SA604和门电路一起用是能把几百kHz信号相位差转换为幅值信号的，当然SA604是带放大的FM解调器，这点我前面回复的不对，这里道歉了对不住误导了一些人。

同意楼上的回答，有比我方法更简便精确的方法。

wt418995874 · 发表于 2013-8-12 09:26:18

hhxb 发表于 2013-8-11 22:20
没有搭过电路不要瞎说；
用运放放大至饱和？？！！！
你知不知道运放有两个特性，

我是用比较器，来转成方波

wt418995874 · 发表于 2013-8-12 09:27:10

wajlh 发表于 2013-8-11 22:56
信号频率低的话，2楼的办法就行。频率高的话，需要加硬件电路，基本上就是等精度频率计的原理。 ...

嗯，频率不高，用捕获看看

hebi919 · 发表于 2013-8-12 09:48:53

alias 发表于 2013-8-9 17:28
用过零检测电路来将正弦波转变成方波，然後应用单片机的输入捕获工能，第一个方波开启输入捕获，第二个方波 ...

正解，这个方法可行！

baal · 发表于 2013-8-12 10:04:55

本帖最后由 baal 于 2013-8-12 10:09 编辑

没有提要求，不同的要求用不同方法。用在哪？

baal · 发表于 2013-8-12 10:06:48

hhxb 发表于 2013-8-11 21:46
馊点子；精度差还麻烦

见过有这么用的，要求不高用这个方法很好，稳定，简单

hhxb · 发表于 2013-8-12 10:51:50

wt418995874 发表于 2013-8-12 09:26
我是用比较器，来转成方波

我会的是yiming988
他说用的运放。

hhxb · 发表于 2013-8-12 10:53:29

yiming988 发表于 2013-8-12 00:30
您较真了，不用您来教我什么叫轨对轨运放，我提出一种办法让楼主来甄选而已，何必动肝火。SA604和门电路 ...

以前我一个同学做过类似的电路，很麻烦，效果还不好。白白浪费了一天宝贵时间

Nexus · 发表于 2013-8-12 10:58:06

软件可以实现全部，只需要采集到两个正弦的数量值就可以了。缺点是，很难跟踪到大于100Hz的正弦波，一般用于电网频率和相位检测。

wajlh · 发表于 2013-8-12 10:58:50

hhxb 发表于 2013-8-12 10:51
我会的是yiming988
他说用的运放。

运放作比较器也不是不可以的，看精度需求了。

kuanglf · 发表于 2014-3-11 21:08:57

alias 发表于 2013-8-9 17:28
用过零检测电路来将正弦波转变成方波，然後应用单片机的输入捕获工能，第一个方波开启输入捕获，第二个方波 ...

当相位差接近0时，会出错

alias · 发表于 2014-3-11 22:53:59

本帖最后由 alias 于 2014-3-11 23:31 编辑

当相位差向0接近，输入捕获得到的数值是渐渐变小，由於中断处理及改变捕获的讯号源都要些时间，处理完毕后另外一个方波的上升缘已出现，要等到下一次的上升缘才能发生输入捕获，固捕获得到的数值会特然大於方波周期N。当相位差等於0时，输入捕获得到的数值便相等於方波周期N。

你说会出错，是你不明白如何处理捕获得到的数值。

Smartist · 发表于 2014-3-12 12:10:05

看下面有人提出了正确的解决办法，顶

xwkm · 发表于 2014-3-12 13:38:24

最简单的办法。ADC测量周期和峰值。计数峰值时间差即可。
当然也可以施密特整形成方波比较上升沿……

kuanglf · 发表于 2014-4-5 15:24:52

alias 发表于 2014-3-11 22:53
当相位差向0接近，输入捕获得到的数值是渐渐变小，由於中断处理及改变捕获的讯号源都要些时间，处理完毕后 ...

我是这样处理的，不知道为什么相位差接近0时会出错
void TIM4_IRQHandler(void)
{
u32 temp = 0;
temp = TIM4->SR;
if (temp & 0x02) //捕获1发生捕获事件
{
TIM4->SR&=~(1<<1);    //清除1通道中断标志位
ReadValue1[0] = TIM4->CCR1;
TIM4->DIER&=~(1<<1);    //禁止1通道捕获中断
LED1 =!LED1;
}
else if(temp & 0x04)    //捕获2发生捕获事件
{
TIM4->SR&=~(1<<2);    //清除2通道中断标志位
ReadValue1[1] = TIM4->CCR2;
Getnum[0]= (ReadValue1[1] - ReadValue1[0]);
TIM4->DIER&=~(1<<2);    //禁止2通道捕获中断
LED2 =!LED2;
}
}

wukongli · 发表于 2014-4-5 17:41:29

精度要到多少？
直接AD采样，并做FFT，即可算出2个的相位差，精度一般都可以做到0.2度

alias · 发表于 2014-4-5 17:44:02

本帖最后由 alias 于 2014-4-5 17:52 编辑

我上面提到的是AVR上单一个的捕获寄存器，其它有多个捕获寄存器的 MCU 可能更好做。

先确定要测量方波的周期，假设周期 = Timer4 的 2345 个计数，我的做法如下：

1. 禁止通道2捕获中断
2. 使能通道1捕获中断
.
.
3. 通道1捕获中断出现及进入Handler
4. ReadValue[0]
5. 禁止通道1捕获中断
6. 使能通道2捕获中断
7. 中断返回
.
.
8. 通道2捕获中断出现及进入Handler
9. ReadValue[1]
10. 禁止通道2捕获中断
11. Result=ReadValue[1]-ReadValue[0]. If Result >= 2345 then Result = Result - 2345
12. 中断返回

kuanglf · 发表于 2014-4-9 18:14:47

alias 发表于 2014-4-5 17:44
我上面提到的是AVR上单一个的捕获寄存器，其它有多个捕获寄存器的 MCU 可能更好做。

先确定要测量方波的周 ...

我知道我的为什么会出错了：我在测出30次角度差后取了个平均值，结果当相位差接近0度时，
参与计算中的数象这样（359,0,1,359,358,0,1,359,359.........)，虽然一眼看出来平均值是接近0度的，但单片机计算下来，就是乱的了。
这个怎么解决呢??

笑笑我笑了 · 发表于 2014-4-9 18:31:01

hhxb 发表于 2013-8-11 22:20
没有搭过电路不要瞎说；
用运放放大至饱和？？！！！
你知不知道运放有两个特性，

比较器比起运放的一个优势就是在重载的情况下也能保证响应速度。所以比较器的带载能力还是挺强的。

tianyiran02 · 发表于 2014-4-9 18:53:49

学习了！！！！

zhaoxukiller · 发表于 2014-4-9 18:55:32

以前做的是方波或者PWM波异或后检测，但是正弦波还真没有太好的方法，毕竟触发前沿不够陡峭。个人感觉看频率范围而定，低频部分可以过零迟滞变方波检测，高频个人感觉还是通过A/D用软件算吧。33楼我认同，具体没试过FFT算后的精度，但是要求你的MCU要强。功耗可能会稍高一些。

zhaoxukiller · 发表于 2014-4-9 18:56:45

上传一个相关论文吧，网上一搜一大堆。

alias · 发表于 2014-4-9 19:03:47

>>这个怎么解决呢??

359 变成 -1，358 变成 -2 如此类推，取平均值后，如果是负值，就加 360。

McuPlayer · 发表于 2014-4-9 19:28:08

zhaoxukiller 发表于 2014-4-9 18:56
上传一个相关论文吧，网上一搜一大堆。

大学的电路基础中，有个叫做相关函数的东西，他可以解决楼主的问题

kuanglf · 发表于 2014-4-9 20:03:34

alias 发表于 2014-4-9 19:03
>>这个怎么解决呢??

359 变成 -1，358 变成 -2 如此类推，取平均值后，如果是负值，就加 360。 ...

照你的方法，数组会变成这样（357,-2,-1,357,-1,0,-1.........)
结果还是不对，只是出错不是0度附近，而是358度附近，呵呵。。。

alias · 发表于 2014-4-9 22:49:02

if value>179 then value = value - 360

kuanglf · 发表于 2014-4-9 23:31:25

alias 发表于 2014-4-9 22:49
if value>179 then value = value - 360

会不会变成180度出错

alias · 发表于 2014-4-9 23:46:53

本帖最后由 alias 于 2014-4-10 00:37 编辑

试了的确 180度会出错，除5后得出36度而不是180度。

+178 = 178
+179 = 179
+180 = 180
+181 = -179
+182 = -178

那（359,0,1,359,358,0,1,359,359.........) 又如何取平均呢？

把每一数值当成是极座标，然后用Sin()及Cos()转为Y及X座标值，把30个Y轴及30个X轴的座标相加后各取平均，及后将它转为单一角度。

kuanglf · 发表于 2014-4-11 15:19:42

alias 发表于 2014-4-9 23:46
试了的确 180度会出错，除5后得出36度而不是180度。

+178 = 178

应该是个方法，不过太麻烦，计算耗时

chengtina · 发表于 2014-4-11 15:46:01

hhxb 发表于 2013-8-11 21:46
馊点子；精度差还麻烦

LZ频率高了，怎么办？

chengtina · 发表于 2014-4-11 15:49:27

定频还是频率要变化？频率多大？频率不同，处理方法不同哦

电子小生 · 发表于 2014-4-11 15:52:23

你这是要区别两个正弦波？

hhxb · 发表于 2014-4-11 17:26:17

chengtina 发表于 2014-4-11 15:46
LZ频率高了，怎么办？

高速比较器

电气爷爷 · 发表于 2015-8-28 18:21:00

能具体讲一下，用软件怎么计算编程的吗？给个思路
我现在是采样AC两相电压，B相电流，想计算线路的有功、无功和功率因数？

单片机怎么检测两个同频率、同幅度的正弦波的相位差？

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