基于mcs一51單片機(jī)的諧波檢測(cè)儀的研究【畢業(yè)設(shè)計(jì)】-文庫(kù)吧
2025-01-03 16:16 本頁(yè)面
【正文】 電子器件，成本高，在其額定功率范圍內(nèi)，原則上能全部濾除干凈。綜合現(xiàn)有的文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)APF的研究主要集中在三個(gè)方面：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無(wú)功、諧波和負(fù)序檢測(cè)算法，電流跟蹤控制算法。 本文研究?jī)?nèi)容 諧波檢測(cè)的仿真設(shè)計(jì)思路諧波分析通常采用傅立葉變換理論。目前，基于傅立葉變換理論的FFT技術(shù)已相當(dāng)成熟，且FFT是目前諧波檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛的一種諧波檢測(cè)方法。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，我們采用FFT算法作為諧波檢測(cè)方法。FFT算法的核心單元是蝶型運(yùn)算。一個(gè)點(diǎn)FFT，需要進(jìn)行m次蝶型運(yùn)算。在FFT運(yùn)算中，涉及到算子(第L級(jí)第J個(gè)算子X(jué)(J))與蝶型因子的乘法運(yùn)算。根據(jù)復(fù)數(shù)乘法法則，可以看作是正弦值和余弦值的組合，由于余弦函數(shù)可以用正弦來(lái)替代，為了程序查表方便，程序預(yù)制正弦表并按照規(guī)律存放。正弦表在固化到程序存儲(chǔ)器前，要進(jìn)行歸一化處理。程序采樣完畢后，先讀取正弦表，然后調(diào)用FFT子程序[10]。本課題的主要任務(wù)是在基于A(yíng)T89C51的基礎(chǔ)上，來(lái)擴(kuò)展外圍電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)的搭建都是在protues環(huán)境下進(jìn)行。在此環(huán)境下，選擇了一款傅里葉分析表，對(duì)經(jīng)過(guò)處理后的波形，觀(guān)察其的幅頻特性曲線(xiàn)，從而直觀(guān)的去了解什么是基波，1次諧波，3次諧波等正弦波，總的來(lái)說(shuō)，就是基于protues的諧波檢測(cè)的利用。Proteus ISIS 是一款集電子仿真、單片機(jī)仿真于一體的 EDA 軟件，是極具競(jìng)爭(zhēng)力的仿真軟件。Proteus ISIS 可以仿真各種復(fù)雜的輸入電壓、電流信號(hào)，因此，很容易用來(lái)仿真諧波信號(hào)的輸入。在Proteus ISIS 中，可以仿真各種單片機(jī)，這些單片機(jī)可以根據(jù)各種輸入信號(hào)，如按鍵、標(biāo)準(zhǔn)與自定義波形、運(yùn)行程序，并與仿真各種接口芯片進(jìn)行通信、仿真 LED 數(shù)碼管或 LCD 顯示。因此，將 Proteus ISIS 應(yīng)用于諧波檢波器的設(shè)計(jì)，既經(jīng)濟(jì)又方便，使得選擇這款仿真軟件成為必然。2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)單 片 機(jī)數(shù)據(jù)采集A/DD/A0832顯 示信號(hào)預(yù)處理圖21系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)只是在protues下的仿真，對(duì)于信號(hào)的預(yù)處理這個(gè)模塊就簡(jiǎn)化了，直接給出模擬信號(hào)，讓ADC008對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)采集模塊主要用的是ADC0808芯片圖22 ADC0808ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡(jiǎn)化本，功能基本相同。一般在硬件仿真時(shí)采用ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器。 D/A轉(zhuǎn)換器與51的接口模塊圖23 DAC0832DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片[3][4]。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。D/A轉(zhuǎn)換器用來(lái)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。它的基本要求是輸出電壓VO應(yīng)該和輸入數(shù)字量成正比，即：VO=D*VR 其中， VR為參考電壓。每一個(gè)數(shù)字量都是數(shù)字代碼的按位組合，每一位數(shù)字代碼都有一定的“權(quán)”，對(duì)應(yīng)一定大小的模擬量。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，應(yīng)該將其每一位都轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后求和既可得到與數(shù)字量成正比的模擬量。 D／A轉(zhuǎn)換器可分成兩大類(lèi)：／A轉(zhuǎn)換器是指直接將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出的模擬信號(hào)。／A轉(zhuǎn)換器是先將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為某種中間量，然后再把這種中間量轉(zhuǎn)換成為輸出的模擬信號(hào)。其中，間接D／A轉(zhuǎn)換方式在集成D／A轉(zhuǎn)換器中很少使用。D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線(xiàn)，高電平有效；CS：片選信號(hào)輸入線(xiàn)（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫(xiě)選通輸入線(xiàn)，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線(xiàn)，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WRXFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線(xiàn)性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號(hào)輸入線(xiàn)，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿(mǎn)量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V～+15V；VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線(xiàn)，VREF的范圍為10V～+10V；AGND：模擬信號(hào)地DGND：數(shù)字信號(hào)地 DAC0832的工作方式：根據(jù)對(duì)DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。DAC0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。在進(jìn)行仿真的時(shí)候，可以觀(guān)察到，如果不外提供電源的話(huà)，DAC0832的數(shù)據(jù)輸入口呈現(xiàn)出灰色。這種情況表明憑借8051端口的輸出電壓，不能夠驅(qū)動(dòng)DAC0832，故的需要外加一個(gè)上拉電阻，如圖24所示。如圖24 DAC0832另外在使用DAC0832時(shí)因考慮的一些因素，如分辨率、線(xiàn)性度、轉(zhuǎn)化精度以及建立時(shí)間。分辨率這里指最小輸出電壓（對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量只有最低有效位為“1”）與最大輸出電壓（對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出信號(hào)所有有效位全為“1”）之比。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)最低位的模擬信號(hào)電壓數(shù)值越小，也就越靈敏。線(xiàn)性度通常用非線(xiàn)性誤差的大小表示D／A轉(zhuǎn)換器的線(xiàn)性度。并且，把理想的輸入／輸出特性的偏差與滿(mǎn)刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)，定義為非線(xiàn)性誤差。轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度以
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