【正文】 在進(jìn)行元器件的焊接就可以制成實(shí)物電路 （ 如圖 312） 。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬 件的應(yīng)用程序。這樣用符號(hào)代替 機(jī)器語言 的二進(jìn)制碼，就把機(jī)器語言變成了匯編語言。它把高級(jí)語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級(jí)語言的實(shí)用性結(jié)合起來。從而使 C 語言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。并引入了指針概念，使程序效率更高。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。 f． 生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高 。 C 語言具有強(qiáng)大的繪圖能力，可移植性好，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫，它也是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語言 [24]。匯編語言可以直接操作硬件，運(yùn)算速度快，但復(fù)雜 的運(yùn)算編程很耗時(shí)。具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使人們的編程、調(diào)試工作更加方便且高效。 μ39。只需在 各窗口內(nèi)單擊鼠標(biāo)左鍵即可把該窗口激活。 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 單擊 FileView 標(biāo)簽，用戶可以方便瀏覽到工程內(nèi)的 各文件。 Head Files 文件夾用于保存頭文件。 注意， Workspace 窗口所體現(xiàn)的邏輯關(guān)系不是指文件在硬盤上的物理位置，而是一個(gè)邏輯從 屬關(guān)系。 整體功能通過 按鈕來控制，同時(shí)與 主程序和中斷服務(wù)程序配合實(shí)現(xiàn) （如圖 43） 。 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 圖 46 中斷程序 A/D轉(zhuǎn)換子程序如下 圖 47 A/D轉(zhuǎn)換子程序 A/D處理： A/D處理包括兩方面內(nèi)容，一是 A/D值的濾波處理，二是 A/D值向?qū)嶋H 電壓 轉(zhuǎn)換。 當(dāng)采集到的電壓輸入單片機(jī)， 設(shè)定的電壓上下限為 3～ 5V，其基準(zhǔn)值就是 4V且波動(dòng)范圍是﹣ 1V～﹢ 1V。 51 調(diào)試的設(shè)備 圖 對(duì)于 采集系統(tǒng) ，可以分為一下幾大部分 ： 傳感器 部分 、 調(diào)理電路部分 、 濾波電路部分 以及 61板 主芯片電路等六大部分。 圖 52 傳感器采集的電壓波形 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 33 調(diào)理部分電路調(diào)試和前面一樣，最終在示波器上得的到的的波形還是正弦波，但是其大小為 0～ 10V。 解決辦法如下： 在 61 板工作電壓 盡可能采用 5V的穩(wěn)壓電源，因?yàn)榉€(wěn)壓電源能使單片機(jī)工作在穩(wěn)定的電壓環(huán)境，使其減少不必要的誤差 。系統(tǒng)利用對(duì)部分硬件的仿真，得到了滿意的結(jié)果，并且在具體的電路上進(jìn)行驗(yàn)證，最后經(jīng)過這些綜合的測(cè)試和驗(yàn)證證明了系統(tǒng)符合預(yù)期要求。學(xué)習(xí)了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案、軟件設(shè)計(jì)思想，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試。 。 綜觀全文，主要內(nèi)容如下： （ 1)概述了電壓采集的歷史背景及現(xiàn)今的應(yīng)用，從而顯示出研究本課題的意義及作用，確立了研究方案。主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓為 220V，頻率 50Hz的電壓信號(hào)的檢測(cè)。 (2)由于 在程序下載時(shí)是通過下載器下載，并通過數(shù)據(jù)線連接，在此過程中可能下載通道有誤，檢查接口和數(shù)據(jù)線來解決。最后通過電源線將采集電路和 61板連接，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?SPCE061A單片機(jī)。看波形的大小和形狀，是否是正弦波且大小是要求的177。 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 5 采集系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果分析 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件的調(diào)試 電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 調(diào)試時(shí)遇到不少問題，由于以前都是理論的學(xué)習(xí)和實(shí)踐 ，現(xiàn)在是第一次親自動(dòng)手設(shè)計(jì)基于 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集 電路圖 的設(shè)計(jì) ，所以在設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周 全，出現(xiàn)的問題必須 調(diào)式時(shí)解決。在對(duì)數(shù)值進(jìn)行濾波操作之后，還要將 A/D值轉(zhuǎn)換為 電壓。 由于采樣有一定的時(shí)間，在采樣時(shí)間沒到到時(shí)就繼續(xù)采 樣，時(shí)間一到進(jìn)行信號(hào)的讀取和儲(chǔ)存，對(duì)信號(hào)進(jìn)一步 濾波 處理 。在 Workspace 窗口內(nèi)，不同類型的文件有不同的圖標(biāo)表現(xiàn)。 ResourceView 視窗列出當(dāng)前工程用到的所有資源。 Files 文件夾包含了源程序、程序接口和說明硬件配置情況的文件。 圖 42 Workspace 窗口 在 Workspace 窗口內(nèi)，用戶可查看到當(dāng)前工程所包括的全部文件。 圖 41 μ39。 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 μ39。 編程環(huán)境的介紹 μ39。 同時(shí)還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，匯編語言是一種層次非常低的語言，它僅僅高于直接手工編寫二進(jìn)制的機(jī)器指令碼，因此不可避免地存在一些缺點(diǎn)： ，不好維護(hù)； bug，難于調(diào)試； 體系結(jié)構(gòu) 和 處理器 進(jìn)行優(yōu)化； ，時(shí)間長且單調(diào)。 g． C 語言適用范圍大，可移植性好 。 d． C 語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 雖然 C 語言也是強(qiáng)類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。且計(jì)算功能、邏輯判斷功能強(qiáng) 大。 b． 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富 C 語言的數(shù)據(jù)類型有： 整型 、 實(shí)型 、 字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。 a． 運(yùn)算符的豐富 C 語言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有 34種運(yùn)算符。使用匯編語言編寫的程序，機(jī)器不能直接識(shí)別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機(jī)器語言，這種起翻譯作用的程序叫 匯編程序 ，匯編程序是 系統(tǒng)軟件 中 語言處理系統(tǒng) 軟件 [22]。 匯編語言 (AssemblyLanguage)是面向機(jī)器的 程序設(shè)計(jì)語言 。是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言。元件的名稱為黃色在 overlay 層，即絲印層。將元件移到區(qū)域內(nèi)，并簡單布局，接插件放在周邊。 本設(shè)計(jì)主要采集頻率為 fs=1KHz,所以其采樣周期為 T=1/fs=1ms。因此，在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展初期，直流采樣得到了廣泛的應(yīng)用，但這種方法有自身的不足之處 : ①為了提高響應(yīng)速度，變送器的時(shí)間常數(shù)必須特殊設(shè)計(jì)，因而不宜普遍使用； 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 ②變送器測(cè)量諧波有誤差； ③具有較大的時(shí)間延遲，難以 及時(shí)反映被測(cè)量的突變； ④監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)量精度直接受變送器精確度和穩(wěn)定性的影響。交流采樣實(shí)時(shí)性好、相位失真小、投資少、便于維護(hù) , 在電力系統(tǒng)中遠(yuǎn)動(dòng)終端多以分布式和交流采樣為主。 二階濾波器的設(shè)計(jì) 在仔細(xì)研讀電壓傳感器的使用手冊(cè)和 原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電路，本課題選用 1KHz截止頻率，二階巴特沃茲濾波器。在不許通帶里有較大波動(dòng)的情況下，為了在通帶范圍內(nèi)可得到最平坦的幅頻曲線，選擇 Butterworth 型二階低通濾波電路 .它結(jié)構(gòu)簡單，帶內(nèi)紋波小，濾波效率高。 濾波器的選擇 檢測(cè)電路中最主要的一環(huán)是二階有源濾波器的設(shè)計(jì)。特性中使用通帶放大倍數(shù)下降到 倍的頻率成為通帶截止頻率 fp,如圖 36 中所標(biāo)注 [14]。有源濾波器是一種信號(hào)處理電路，組成有源 濾波器的繼承運(yùn)放工作在線性區(qū)。 LF353 是個(gè)接受電壓信號(hào)的原件，所以要把電流轉(zhuǎn)換為電壓，在設(shè)計(jì)中的電壓大小為： 2 1 1* 200 * ( 25 ) 5U R I m A V? ? ? ? ? （ 32） 其中 LF353 的工作電壓為177。 圖 32 電壓 采集電路 調(diào)理電路的設(shè)計(jì) 運(yùn)放的選擇 在運(yùn)放方面 我選擇 LF353，其實(shí)際上是 由 兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器 組成 ，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。C 250 無窮 RS 副邊線圈電阻 TA=70176。C 177。 10 mA max 177。 （ 2） 使用原則： 對(duì)于電壓測(cè)量 ,原邊電流與被測(cè)電壓的比一定要通過一個(gè)由用戶選擇的外部電阻 R確定 ,并串聯(lián)在傳感器原邊回路上。其優(yōu)點(diǎn)在于：出色的精度，良好的線性度，低溫漂，最佳的反應(yīng)時(shí)間，寬頻帶，無插入損壞，抗干擾能力強(qiáng)。 如果把霍爾元件集成的開關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)物體上的永磁體經(jīng)過它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。 假如磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 α?xí)r，實(shí)際上是作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即 Bcosα，這時(shí)的 霍爾 電動(dòng)勢(shì) EH 的基本關(guān)系為 ： EH=KHIBcosα 式中 KH— 霍爾系數(shù)； I— 通過的電流 ； B— 垂直 于 I 的磁感應(yīng)強(qiáng)度 。電子積累得越多， FE也越大，在半導(dǎo)體薄 片 c、 d 方向的端面之間建立的電動(dòng)勢(shì) EH 就是霍爾電勢(shì)。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明 顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。定時(shí)器 A 的時(shí)鐘源來從時(shí)鐘源和時(shí)鐘源組合 B， 在定時(shí)器 B 的時(shí)鐘源給出 C，當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出，一個(gè) INT 信號(hào)發(fā)送到 CPU 的產(chǎn)生超時(shí)信號(hào) 。 PORTB 的一些 特殊功能的摘要列舉如下： 表 24 B 口 的 特殊功能 端口 B 特殊功能 功能說明 標(biāo)注 IOB0 SCK 時(shí)鐘串行接口 參照見串口部分 IOB1 SDA 數(shù)據(jù)串行接口 參照見串口部分 IOB2 EXT1 外部中斷源 1（負(fù)邊沿觸發(fā)） IOB2 設(shè)置為輸入模式 IOB2 反饋輸出 1 與 IOB4 工程之間，增加了 RC 電路來得到一個(gè)振蕩器來 EXT1中斷 IOB2 設(shè)置為反向輸出 IOB3 EXT2 外部中斷源 2 IOB3 設(shè)置為輸入模式 IOB3 反饋輸出 2 與 IOB5工程之間增加了 RC 電路來 得到一個(gè)振蕩器來的 EXT2中斷 IOB3 設(shè)置為反向輸出 IOB4 反饋輸入 1 IOB5 反饋輸入 2 IOB7 Rx UART 接收器 參照看到的 UART 部分 IOB8 APWMAO TimerA 的 PWM 輸出 參照定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器部分 IOB9 BPWMAO TimerB 的 PWM 輸出 參照定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器部分 IOB10 Tx UART 發(fā)送器 參照 UART 部分 參照上表，在 IOB2， IOB3， IOB4 配置，和 IOB5 涉及反饋功能，其中一個(gè)振蕩器頻率可從 EXT1（ EXT2 文件），通過簡單地增加 RC 電路與 IOB2（ IOB3）和 IOB4（ IOB5）。 IOA [7:0]是關(guān)鍵喚醒端口。假設(shè)工作電壓在 運(yùn)行（ VDD）和 VDDIO（ 用于 I/O 電源）從至 （ VDD）至 。一個(gè) FIQ不能中斷任何其他中斷源 。 （ 6） 中斷 SPCE061A有 14個(gè)中斷源，分為兩種類型， FIQ（快速 中斷請(qǐng)求）和 IRQ（中斷請(qǐng)求）。在這種狀態(tài)，可以設(shè)計(jì)程序以應(yīng)對(duì)這種情況。 （ 5） 低電壓檢測(cè)和低電壓復(fù)位 a． 低電壓檢測(cè)（ LVD）認(rèn)證 有兩個(gè) 電壓 級(jí)別選擇：為 。在這種模式下，靜態(tài)存儲(chǔ)器和 I/O 留在 CPU 的到以前的狀態(tài)正喚醒。要進(jìn)入待機(jī)模式下，所需的鍵喚醒端口（ IOA [7:0]）必須被配置為輸入的第一個(gè)。此外， SPCE061A 的支持 32768Hz振蕩器模式和強(qiáng)大的 auto_weak模式。 c． 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC）通常用于手表，時(shí)鐘或其他相關(guān)產(chǎn)品的時(shí)間。 b． 系統(tǒng)時(shí)鐘 基本上，系統(tǒng)時(shí)鐘是由 PLL和程序 由 Port_SystemClock（ W）來確定時(shí)鐘頻率 系統(tǒng)。 b． 閃存 快閃記憶體（ $008000? $00FFFF）是一種高速記憶體， 是 訪問兩個(gè) CPU 時(shí)鐘周期的速度。nSP?： R1 R4 的（通用寄存器）， PC（程序計(jì)數(shù)器）， SP（堆棧指針），基本指針（ BP）和 SR（段寄存器）。 SPCE061A 管腳排列和說明 圖 25 SPCE061A LQFP80 封裝引腳排列圖 表 21 管腳描述表 管腳名稱 管腳名稱 管腳編號(hào) 類型 描述 IOA[15:8] IOA[7:0] 4639 3427 I/O I/O IOA[15:8]：雙向 I/O 端口 IOA[7:0]：可以編程的喚醒 I/O 引腳 IOA [6:0] ： 可以作為選配的 ADC 線在輸入 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 IOB[15:11] IOB 10 IOB 9 IOB 8 IOB 7 IOB 6 IOB 5 IOB 4