GPT-4o给出的设计方案：

一、设计思路

1. 相位测量仪

   • 使用相位比较器将两个输入信号的相位差转换为电压信号。
   • 通过ADC采集相位电压信号并传递给MCU进行计算和显示。

2. 数字式移相信号发生器

   • 设计一个由MCU控制的移相网络（例如通过RC和运放电路），生成不同相移的信号。
   • MCU通过DAC输出控制移相电路实现0~359°的相位调整。

二、简单论证

通过相位比较器测量输入信号相位差，再将相位差转换为电压信号输入MCU，通过数字计算实现高精度相位测量。通过移相网络和DAC输出控制，可以实现精准的信号移相，覆盖0-359°的范围。

三、重要的指标和理论分析

1. 频率范围

   • 频率范围：20Hz~20kHz
   • 相位测量仪输入信号的阻抗：大于100kΩ

2. 相位测量精度

   • 测量范围：0°~359°
   • 测量步进：1°
   • 测量精度：≤2°

3. 信号幅度

   • 允许幅度变化：1V~5V，误差<5%

四、电路原理图设计要点

1. 相位测量电路

   • 使用锁相环(PLL)实现相位比较，例如使用CD4046进行相位检测，将相位差转换为电压（如图1）。
   • 比较得到的电压信号经过滤波后送入MCU的ADC进行数字化处理。

2. 移相网络

   • 设计移相网络（图2）包括RC电路和运放，实现信号的移相。
   • DAC输出控制移相网络调节相位，实现0~359°范围的可调相位信号。

五、核心器件设计要点

1. MCU（如STM32系列）

   • 具备高速的ADC和DAC接口，实现模拟信号的采集和控制；
   • 使用PWM或者DAC实现对移相电路的精确控制。

2. 锁相环（如CD4046）

   • 实现两个输入信号相位差的检测和电压信号的输出；
   • 需要外接低通滤波器进行信号平滑处理。

3. 运放（如LM324）

   • 用于构建相位移相电路，利用其高输入阻抗和低输出阻抗特性，实现信号稳定移相。

六、MCU重要功能的C代码和介绍

以下是STM32实现基本相位测量和移相信号控制的示例代码：

#include "stm32f1xx_hal.h"

// ADC和DAC通道定义
#define PHASE_ADC_CHANNEL ADC_CHANNEL_0
#define PHASE_DAC_CHANNEL DAC_CHANNEL_1

uint32_t read_phase_voltage() {
    // 启动ADC读取相位电压信号
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);
    return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

void set_phase_shift(uint16_t degree) {
    // 转换角度到相应DAC数值，假定0-359°对应DAC的一个满幅值范围
    uint32_t dac_value = ((float)degree / 360.0) * 4096;
    HAL_DAC_SetValue(&hdac, PHASE_DAC_CHANNEL, DAC_ALIGN_12B_R, dac_value);
}

void setup() {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC_Init();
    MX_DAC_Init();
}

void loop() {
    uint32_t phase_voltage = read_phase_voltage();
    uint16_t desired_phase = 90;  // 目标相位调节值
    set_phase_shift(desired_phase);

    HAL_Delay(1000);  // 调节和测量各1秒一次
}

int main(void) {
    setup();
    while (1) {
        loop();
    }
}

这个题目考察的知识点：

本题主要考察通过集成硬件和软件设计实现低频数字式相位测量的方法。关键知识点包括：

1. 相位测量原理与实现：利用相位比较器将两个输入信号的相位差转换为电压信号，通过ADC输入MCU进行数字化处理。
2. 数字式移相网络：实现信号稳定的移相，通过MCU控制DAC输出进行精确控制，从而能够输出所需的相位信号。
3. 电路设计与实现：设计并实现高精度相位测量仪和数字式移相信号发生器，包括相比较器、移相网络和放大电路。
4. 频率和相位测量范围与精度：频率范围20Hz~20kHz，保证相位测量范围0°~359°，精度优于2°。

通过相位测量仪和数字移相信号发生器的结合，实现0°~359°精准、稳定的相位调节和测量。整个系统采用高度集成的模块设计，包括相位比较器、移相网络和MCU控制，实现频率范围内的高精度相位测量和信号调节。