在本系統中，首先打開CH1通道上的模擬開關，使被測信號繞過頻率轉換電路，而直接進入比較器LT1715進行整形，然后ADuC7128利用內部計數器T0產生的標準計數脈沖對整形之后的脈寬信號進行高速填充。如果計數值為N，標準計數脈沖的周期為ΔT，則輸入信號的頻率為f，周期為T：

DACOUT是一個用來設置ADuC7128內部DDS輸出頻率的一個控制信號，在本設計中，當輸入信號的頻率超過30kHz時，ADuC7128內部DDS保持產生一個與輸入信號頻率相差30kHz的正弦波信號，作為頻率轉換的參考信號。

經過混頻、低通濾波、整形比較之后的兩路正弦波信號，已經變成頻率在30kHz以下的方波信號Q1和Q2。IRQ0、IRQ1是ADuC7128的兩個中斷引腳，分別將Q1的輸出端與ADuC7128的IRQ0引腳連接，Q2的輸出端與ADuC7128的IRQ1引腳連接。

IRQ0用于檢測Q1信號的下降沿，一旦Q1信號的下降沿到來時，ADuC7128內部計數器T1開始工作，IRQ1用于檢測Q2信號的下降沿，一旦Q2信號的下降沿到來時，ADuC7128內部計數器T1停止工作。這樣，計數器T1上的累計值就是兩個方波間隔的脈沖數n，如果已知T1的計數間隔Δt'，即可知兩個方波的時間間隔Δt：

從而通過公式（8）即可計算出兩輸入信號的相位差θ。

2.2 軟件設計

本系統的軟件設計主要是完成系統初始化、內部數據處理、數據結果顯示等功能。圖4是系統的主程序和相位測量流程圖。

圖4 主程序和相位測量流程圖

3 測試結果與分析

兩路同頻輸入信號是由一個相位差可調節的高精度信號源產生。當輸入信號頻率小于30kHz時，由ADuC7128內部計數器直接計數，經過數據處理后得出相位差。輸入信號在進行過零比較時，由于兩路輸入信號之間的電平不相等所引起的幅相誤差，使得整形后產生的方波有所失真。圖5是兩路輸入信號為100kHz，相位差75°的正弦波信號，經過頻率變換及濾波整形后，兩個信號的相位保持不變，頻率變為30kHz、幅度線性變化，如圖6所示。

圖5 兩路相位差75°的正弦波信號

圖6 兩路相位差75°的方波信號

隨機抽取四個不同頻率的輸入信號，分別在相位差為0～150°的范圍內進行測試，測試結果見表1。

表1 測試結果

測量結果表明該系統的最大測量不確定度為±0.4°，基本滿足了預期≤0.5°的設計要求。主要誤差源是ADuC7128內部計數器只能進行整數計數，而引起的±1的計數誤差，該誤差可以采用多次測量求平均值的軟件方法進行修正。同時，兩路信號通道內部硬件電路結構存在差異，也是造成測量誤差的原因，解決此類誤差只能在設計對稱結構的硬件電路時，盡量選用相同的元器件。

4 結論

為了解決寬頻信號相位測量精度與微處理器主頻之間的矛盾，本文通過引入差頻變換原理，設計出一種基于ADuC7128微處理器的寬頻帶相位測量系統。該系統能夠完成輸入信號在0～10 MHz范圍內的相位測量，測量分辨率可達0.1°，通過使用ADuC7128芯片內部DDS模塊，節省了硬件成本，同時也降低了電路設計的復雜性，增加了系統的可靠性。試驗表明，該系統設計方案可行、測量結果準確。如果直接選擇主頻較高的微處理器或者通過時鐘倍頻的方法提高計數脈沖速度，在此設計方案基礎上，就能夠進一步拓寬相位測量的頻帶。