【正文】 前一種方法，選用 33pF 的電容和12MHz 的石英晶體 相配合 ，這樣可以提供準確而又穩(wěn)定的 us 級定時時鐘 。對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 10 微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。 在通常工作條件下 ，普通 晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十 。有余輸入至內部 時鐘信號 要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 振蕩器特性 ： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR 8EH 地址上置 0。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 8 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 1 所示： 表 1 P3口第二功能表 管腳 功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口 同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P1 口 ： P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 口 ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 單片機主控電路 輸入信號 被測網(wǎng)絡 時差測量電路 穩(wěn)壓電路 顯示電路 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 6 圖 主控電路圖 AT89C51 單片機 本設計中采用的 核心控制器是 AT89C51，它是美國 ATMEL 公司生產的一款低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 4K 字節(jié) FLASH 可反復擦寫 的 只讀程序存儲器 (EPROM)和 128 字節(jié) 的隨機數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產， 與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 ，片內 內置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大 的 AT89C51 單片機可提供高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 系統(tǒng)總體框圖如 圖 所示。其原理是將基準信號通過零的時刻與被測信 號通過零的時刻進行比較，由二者之間的時間間隔推算出兩信號之間的相位差。 相位測量原理 論 證 由數(shù)學關系可知，時間差和相位差有如下關系： ?? :360: TT ? （ ） 由此可得： 360)/( ?? TT?? （ ） 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 4 其中， ?T 是相位差 ? 對應的時間差， T 是信號周期。 自動 量程 控制原理論 證 本設計中，待測信號是 0V～ 500V 正弦交流信號，要想進行相位測量，則需先將該信號進行降壓處理。這樣的兩路待測信號為同頻不同相的正弦交流信號，頻率范圍為 20Hz20kHz，幅度為 0V～ 500V。 兩路 信號 （ 同頻、不同相 ，一路為待測信號， 另 一路 為參考信號） 通過 過零比較器電路 整形成矩形波信號，再通過鑒相器，得到相 位 差 信號 。 附近靈敏度降低，讀數(shù)困難且不準確．由于系統(tǒng)輸出為一余弦或正弦函數(shù)，因此 這種方法適用于較寬的頻帶范圍 。 過零點檢測法是一種將相位測量變?yōu)闀r間測量的方法。 基于 數(shù)字式 相位測量儀的高 精度、高智能化 、直觀化 的特點，工業(yè)上常常用此進行低頻信號相位差的精確測量。尤其適用于 電能計量、用電檢查、 繼電保護、 差動檢測 、電力建設和變送電工程 等 。 是電力系統(tǒng)各部門的必備儀器之一。 同頻信號間相位差的測量在電力系統(tǒng)、工業(yè)自動化、智能控制及通信、電子、地球物理勘探等許多領域都有著廣泛的應用。其原理是將基準信號的過零 時刻與被測信號的過零時刻進行比較，由二者之間的時間間隔與被測信號周期的比值推算出兩信號之間的相位差．這種方法的特點是電路簡單，且對啟動采樣電路要求不高，同時還具有測量分辨率高、線性好和易數(shù)字化等優(yōu)點． 倍乘法： 任何一個周期函數(shù)都可以用傅氏級數(shù)表示，即用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)構成的無窮級數(shù)來表示，倍乘法測 量 相位差所用的運算器是一個乘法器， 2 個信號是頻沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 2 率相同的正弦函數(shù)，相位差為 ? ，運算結果經過一個積分電路，可以得到一個直流電壓 ?coskV? ，電路的輸出和被測信號相位差的余弦成比例，因此其測量范圍在 45176。 上述 3 種測量相位的方法各有優(yōu)勢，從測量范圍、靈敏度、準確度、頻率特性和諧波的敏感性 等 技術指標來看，過零檢測法的輸出正比于相位差的脈沖數(shù)，且易于實現(xiàn)數(shù)字化和自動化，故本研究采用過零檢測法 。這樣就構成了相位測量系統(tǒng)的測量電路。相位差測量的基本原理為：對信號波形的變換 、 比較及相關數(shù)學運算。常見的 交流 降壓法有 降壓 變壓器降壓 法、電容 降 壓 法、電感降壓法、 純電阻電路降壓法，考慮到本設計中的降壓過程不得引入新的相移，否則影響下一步的相位測量的精準度，此處選擇最后一種方法，即純電阻電路的降壓法 ，該電路實現(xiàn)起來直觀、簡易且 誤差小 。 式 表明，相位差 ? 與時間差 ?T 有著一一對應的關系，只要通過測量時間差 ?T及信號周期 T ，就可以求得相位差 ? ，這就是相位差的基本測量原理。這種方法的特點是電路簡單，對啟動電路要求不高，同時該方法還具有測量分辨率高、線性好、易于數(shù)學化等優(yōu)點。 圖 系統(tǒng)總體框圖 主控電路設計 這部分是由單片機、晶振電路、復位電路組成。因此，在這里我選用 AT89C51單片機來完成。當 P0口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。這是由于內部上拉的緣故。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。 RST：復位輸入。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。在 FLASH 編程期間，此引腳 也用于施加 12V編程電源（ VPP）。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。 晶振電路的設計 晶振 是 一種能把電能和機械能相互轉化 ，產生 穩(wěn)定 、 精確 的共振頻 率的元件。 AT89C5l 中有一個用于構成內部振蕩器的高 量程 反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。 復位電路的設計 單片機在啟動時都需要復位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 手動按鈕復位 手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST 上加入高電平。 上電復位 AT89C51 的上電復位， 只要在 RST 復位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電阻到地即可。上電時， Vcc 的上升時間約為 10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時間則為 10ms。 積分型上電復位 常用的還有上電或開關復位電路，上電后，由于電容的充電和反相門的作用，使RST 持續(xù)一段時間的高電平。 S1 松 開 ， C3又充電，在 10K 電 阻上 又 出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。顯示電路如圖 所示。背光源根據(jù)其正負極分別與電源正負極相連接。 圖 7805 穩(wěn)壓電路 圖 所示，電源電路采用集成穩(wěn)壓管 LM7805 進行穩(wěn)壓。 LM7805 是最常用到的穩(wěn)壓芯片。蜂鳴器與家用電器上面的喇叭在用法上也有相似之處，通常工作電流比較大，電路上的 TTL 電平基本上驅動不了蜂鳴器，需要增加一個電流放大的電路才可以。主要完成量程的自動選擇和相位差信號的獲得。本設計中選用純電阻電路的降壓法，這樣電路實現(xiàn)起來簡單可行，最重要的是不會引入新的相移。 降壓電路里 分壓 電阻的取值 因輸入信號的幅值的不同而不同 ， 若設參考信號的幅值為 ，與接地端直接相連的電阻取 1k， 待測信號的幅值為 Vm， 則有 * ?? kRx kVm （ ） 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 15 由此可知， kVmkRx *1 ?? （ ） 因此，當 Vm 分別為 500V、 50V、 5V時， Rx 對應的分別為 199k、 19k、 1k。本設計采用 晶體管來驅動繼電器 。采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復位或單片機受控復位時不吸合。當繼電器線圈工作電流為 300mA時，光耦需要輸出大于 的電流，其中 9013 基極對地的電阻分流 。繼電器釋放時，由于繼電器線圈存在電感，這時晶體管 9013 已經截止，所以會在線圈的兩端產生較高的感應電壓。 關于電磁繼電器： 電磁繼電器一般由鐵 芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“ 常閉觸點”。 AD0832 簡要介紹 ADC0832 是 NS(National Semiconductor)公司生產的具有 Microwire／ Plus 串行接口的 8 位 A／ D 轉換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，芯片引腳少，適宜在袖珍式智能儀器中使用。 CH0， CHl 為兩路模擬信號輸入端。 VCC／ REF 為正電源端和基準電壓輸入端。 ADC0832 的配置位邏輯表如表 1 所列。在時鐘的上升沿， DI 端的數(shù)據(jù)移人 ADC0832 內部的多路地址移位寄存器。 ADC0832接著在第 4 個時鐘下降沿輸出轉換數(shù)據(jù)。 相位測量電路的設計 相位測量模塊主要包括整形電路的設計和鑒相器電路的設計 。 其中， Ua、 Ub 分別是待測信號和參考信號 ； Uc、 Ud 分別是經過過零比較整形后的兩路矩形波信號； Ue、 Uf 分別是經過三極沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 19 管轉換電路得到的只有 0、 1 電平的矩形波信號，用以作為 JK 觸發(fā)器的時鐘信號；Ug、 Uh 分別是經 JK 觸發(fā)器后的二分頻信號，同時也是鑒相器的輸入信號； Ui、 Uj分別是相位差信號及其取反后的信號。 所以要加上拉電阻才能保證有高電平輸出 ，本設計中采用的是 10K 的上拉電阻。 1V~177。 圖 LM339 管腳圖 LM339 類似于增益不可調的運算放大器。當“ +”端電壓高于“ ”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。 JK 觸發(fā)器 工作原理 的簡要介紹 相位測量電路中用到兩個