1.一种基于FPGA和减法电路的正弦信号相位差测量方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
1)根据被测量信号的频率以及幅值,利用FPGA以及D/A转换模块生成两路相同频率相同幅值的正弦信号;
2)将两路相同频率相同幅值的正弦信号经过减法电路进行相减,得到一路正弦信号;
3)将相减得到的一路正弦信号进行滤波、放大以及A/D采样之后传输给FPGA的RAM中;
4)将存在RAM中的波形数据传给上位机的显示控制软件,并读取其峰峰值;
5)拟合出两路正弦信号之间的相位差与A/D采样峰峰值之间的线性关系式并写入到上位机程序里面,从而实现两路正弦信号之间相位差的检测。
2.如权利要求1所述的一种基于FPGA和减法电路的正弦信号相位差测量方法,其特征在于:所述步骤1)中,首先确定被测量信号的频率以及幅值,通过调用FPGA内的两个DDS IP核,将正弦函数的数值取出来,经过D/A转换分别生成两路相同频率相同幅值的正弦信号,通过设置第二路取DDS IP核里数值的起点使两路正弦信号具有一定的相位差,将两路正弦信号分别表示成如下的式(1)与式(2):x1(t)=Asin(2πft+ψ1) (1)
x2(t)=Asin(2πft+ψ2) (2)
其中,A为正弦信号的幅值,f为正弦信号的频率,ψ1,ψ2分别为两路正弦信号的初始相位。
3.如权利要求2所述的一种基于FPGA和减法电路的正弦信号相位差测量方法,其特征在于:所述步骤2)中,将两路同频同幅的正弦信号经过模拟减法器进行相减,即将上面的式(1)与式(2)相减,其结果如下面的式(3)所示:其中,Δψ=ψ2-ψ1,即为两路正弦信号的相位差。这里做近似时,其相位差Δψ的单位用弧度表示。
从(3)式可以看出将两路同频同幅的正弦信号相减之后得到的是一路相同频率的正弦信号,其幅值是关于相位差的函数,通过测量相减之后得到的正弦信号的峰峰值测得两路正弦信号之间的相位差。
4.如权利要求3所述的一种基于FPGA和减法电路的正弦信号相位差测量方法,其特征在于:在硬件电路中设计了自动增益控制电路,可以将被测量的两路正弦信号调整为相同的幅值之后再进行相减;被测量的两路正弦信号分别经过相同拓扑结构的AGC电路,把他们的幅值都调整为相同之后再进行相位差的测量。
5.如权利要求1~4之一所述的一种基于FPGA和减法电路的正弦信号相位差测量方法,其特征在于:所述步骤3)中,将相减得到的一路正弦信号进行滤波、放大以及A/D采样之后传输给FPGA的RAM中,过程如下:(3.1)将相减之后得到的一路正弦信号进行滤波
设计了四阶带通滤波器,带通滤波器的通带频率设置为3KHz~5KHz之间;
(3.2)将经过滤波之后的信号进行放大
设计了三级运算放大器,并且每一级运算放大器之后都连接有A/D采样芯片,上位机可以对每一级放大之后的结果进行单独读取;
(3.3)通过A/D采样芯片将放大之后的信号传输给FPGA的RAM中在触发电路产生的触发信号为高电平时,控制A/D芯片工作,以1.25MHz的采样频率采集放大之后的模拟信号,将采集到的12bit数字信号存在FPGA的RAM中,方便上位机的读取;
触发信号为低电平时,停止采集。
6.如权利要求1~4之一所述的一种基于FPGA和减法电路的正弦信号相位差测量方法,其特征在于:所述步骤4)中,将存在RAM中的波形数据传给上位机的显示控制软件,并读取其峰峰值,步骤如下:(4.1)读取波形的最大值以及最小值
将存在RAM中的波形数据传给上位机的显示控制软件,上位机每读取到一个数值都与当前的最大值以及最小值进行比较,同时更新最大值以及最小值,直到读取一个周期的所有数据为止,最后得到读取波形的最大值以及最小值;
(4.2)给出波形峰峰值
将读取到的一个整周期内的波形的最大值以及最小值相减便得到波形的峰峰值,读取设定数量个周期波形的峰峰值,然后进行平均之后给出最终的波形峰峰值。
7.如权利要求1~4之一所述的一种基于FPGA和减法电路的正弦信号相位差测量方法,其特征在于:所述步骤5)中,FPGA与上位机控制软件之间通过串口进行通讯,上位机控制软件以一个固定的步径控制FPGA中第二路DDS IP核里取数值的起点,使FPGA产生的两路正弦信号具有不同的相位差,上位机控制软件读取一系列相位差所对应波形的峰峰值,根据不同相位差所对应的正弦信号峰峰值数据信息,拟合出他们之间的线性关系式。
8.如权利要求7所述的一种基于FPGA和减法电路的正弦信号相位差测量方法,其特征在于:每间隔10°进行线性拟合,即分别在0°~10°,10°~20°……80°~90°之间分别进行拟合,把拟合所得到的线性关系式写入到上位机程序里面,便可以实现两路同频同幅正弦信号之间相位差的测量。