【正文】 IOB 3 IOB 2 IOB 1 IOB 0 5054 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O IOB [15:11]: 雙向 I / O 端口 IOB10 可以選擇為異步傳輸器（ TX） IOB9 可以多占空比的 TimerB（ BPWMO）周期輸出 IOB8 可以多占空比的 TimerB（ BPWMO）周期輸出 IOB7 可以選擇為 UART 接收器（ Rx） IOB6 是一個(gè)雙向 I/O 端口 IOB5 可以選擇作為反饋信號(hào)的 EXT2 IOB4 可以選擇作為反饋信號(hào)的 EXT1 IOB3 可以選擇作為外部中斷輸入引腳（ EXT2）（負(fù)緣觸發(fā)） IOB2 可以選擇作為外部中斷輸入引腳（ EXT1）（負(fù)緣觸發(fā)）。 2K 字 SRAM 和 32K 字閃存 ROM僅占一頁存儲(chǔ)空間， 32 位可編程的多功能 I/O 端口；兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；低電壓復(fù)位 /監(jiān)測功能； 8 通道 10 位模 數(shù)轉(zhuǎn)換輸入功能并具有內(nèi)置自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道 10 位 DAC方式的音頻輸出功能……。nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。 SPCE061A 單片機(jī)的介紹 SPCE061A 是 繼 μ39。對(duì)應(yīng)的引腳中 1 36 和 7 必須為 ， 對(duì)于 I/O 端口的電壓 5 5 75 可以為 也可以是 5V，這兩種電平 的選擇通過跳線 J5 來選擇。而且該 I/O 口是可編程的，即可以設(shè)置為輸入或輸出：設(shè)置為輸入時(shí)，分為懸浮輸入或非懸浮輸入，非懸浮輸入又可以設(shè)置為上拉輸入或是下拉輸入；在 5V情況下，上拉電阻為 150K，下拉電阻為 110K；設(shè)置為輸出時(shí)，可以選擇同相輸出或者反相輸出。 圖 21 61 板原理圖 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 圖 22 61 板 實(shí) 物圖 SPCE061A 模塊的介紹 61 板的結(jié)構(gòu)和功能 SPCE061A 是一款 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器 [5]，圖 23 是它的結(jié)構(gòu)概覽： 圖 23 SPCE061A 的結(jié)構(gòu)概覽圖 SPCE061A 主要包括輸入 /輸出端口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、數(shù) /模轉(zhuǎn)換、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換、串行設(shè)備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復(fù)位等部分，并且內(nèi)置在線仿真電路基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 ICE 接口，較高的處理速度使其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。 圖 11 電壓采集系統(tǒng)的基本流程 本系統(tǒng)完成的功能 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)如圖 22 所示，整個(gè)系統(tǒng)以 SPCE061A 為核心，前向通道包括傳感器及其信號(hào)采集電路，按鍵輸入電路；后向通道包括： LED 顯示電路。同樣，對(duì)基于單片機(jī)原理的數(shù)控設(shè)備、復(fù)印機(jī)、銀行自動(dòng)提款機(jī)等都會(huì)遇到類似的問題。 直流電機(jī) 當(dāng)電壓低于 80%時(shí)，直流電機(jī)被跳閘。 精密機(jī)械工具 由機(jī)器人控制的精密加工機(jī)械，為保證產(chǎn)品的質(zhì)量和 安全 ，工作電壓門檻值一般設(shè)為 90%，當(dāng)電壓低于此值，持續(xù) 2～3 個(gè)周波時(shí)跳閘。 本系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的目的 在 家庭電壓波動(dòng)對(duì)要求高的電器是一種考驗(yàn)，往往使其不能正常工作，導(dǎo)致電器的壽命下降甚至燒掉，造成不必要的損失。采集速度主要由數(shù)據(jù)采集裝置的單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)決定。它的整體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)都要緊緊圍繞著被測信號(hào)來考慮。模擬信號(hào)經(jīng)過前置放大器放大后進(jìn)入采集系統(tǒng)，先經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)的放大、濾波、使信號(hào)的帶寬 限制在需要的范圍內(nèi)，并使信號(hào)的幅度與 A/D 的量程相匹配。這類儀表的基本原理是將被測量的模擬信號(hào)通過電子線路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算并顯示出來。電壓的采集方法可以將一些處理模擬量的問題轉(zhuǎn)化為處理數(shù)字量的問題。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種應(yīng)用極為廣 泛的模擬量測量設(shè)備，其基本任務(wù)是把信號(hào)送入計(jì)算機(jī)或相應(yīng)的信號(hào)處理系統(tǒng)，根據(jù)不同的需要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理。由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為提高數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性提供了廣闊的前景 [1]。顯然，不論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)處理越及時(shí)則經(jīng)濟(jì)效益就越大。 利用 霍爾電壓傳感器來對(duì)220 伏 ， 50 赫茲 的 電壓信號(hào) 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 。本 系 統(tǒng)采用 凌陽SPCE061A 單片機(jī) 作為 核心控制 器件 來 控制的電壓采集系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)，波動(dòng) ，監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集， 濾波 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) II Abstract This design is based on acquisition system with microprocessor controlled voltage. Home and laboratory on the voltage requirements of various electrical appliances and equipment relatively high, too high or too low in voltage fluctuations generated when errors or damaged, it is essential for realtime monitoring of voltage. The system uses Sunplus SPCE061A MCU as the core control device, using Hall voltage sensor on 220 volts, 50 Hz voltage signal data acquisition. The conditioning circuit filter conditioning and filtering by taking into account wave devices for single chip DC voltage signal, sampled signal analysis and processing, and with the reference value set by paring its results with realtime LED output. The design involves linguistics, puter science, signal processing, analog / digital power conversion and many other fields, in coal mines, production can be widely used, the technology has very broad application prospects. Key word: SCM , volatility , monitoring , data collection , filtering 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) III 目錄 1 緒論 .................................................................... 1 電壓數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)狀 .................................................. 1 電壓數(shù)據(jù)采集的基本原理 .............................................. 1 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的 .................................................... 2 本系統(tǒng)完成的功能 .................................................... 3 2 模塊特性介紹 ............................................................ 5 SPCE061A 模塊的介紹 .................................................. 6 SPCE061A 單片機(jī)的介紹 ................................................ 8 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ......................................................... 15 電壓傳感器的選擇和設(shè)計(jì) ............................................. 15 調(diào)理電路的設(shè)計(jì) ..................................................... 17 二階濾波器的原理及設(shè)計(jì) ............................................. 19 采樣的 方式和原理 ................................................... 21 整個(gè)電路的繪制 ..................................................... 22 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ......................................................... 25 編程語言的選擇 ..................................................... 25 編程環(huán)境的介紹 ..................................................... 26 系統(tǒng)的程序 ......................................................... 28 5 采集系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果分析 ............................................. 32 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件的調(diào)試 ............................................. 32 系統(tǒng)測試時(shí)出現(xiàn)的問題及解決方法 ..................................... 33 小結(jié) ............................................................... 33 參考文獻(xiàn) ................................................................. 34 致 謝 ................................................................... 35 基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性要求也愈來愈迫切?？梢?，實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)意義是很大的。但國內(nèi)對(duì)電壓在線監(jiān)測裝置的研究和開發(fā)起步較晚，大約 20 世紀(jì) 90 年代才逐漸開始，但其發(fā)展速度很快。在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被采集量，其中電壓量的采集最為經(jīng)常。 隨著單片機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，國外生產(chǎn)和制造儀器的各大公司紛紛把它用于測量儀器中，產(chǎn)生了儀器發(fā)展中的一次革命，研制出了各種智能儀器，由模擬電子線路實(shí)現(xiàn)儀器的信號(hào)測量，并由微處理器來增加儀器的功能，簡化儀器結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在 A/D 的集成化很高，很多都內(nèi)置了基于單片機(jī)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 采樣 /保持放大器和電壓參考源等單元電路，為應(yīng)用的簡化提供了方便。數(shù)據(jù)采集部分是整個(gè)測量部分的核心。也就是說，在被測信號(hào)經(jīng)過前向通道降低為合適的電平被數(shù)據(jù)采集裝置采集之后，轉(zhuǎn)化的結(jié)果能否最大限度的逼近真實(shí)信號(hào)，取決于數(shù)據(jù)采集裝置的采樣速度。 A/D 轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)寫入 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出寄存器，然后比較電路或軟件計(jì)算程序，從輸出寄存器中提取數(shù)據(jù)，與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，做出預(yù)期的判斷 [3]。 可編程控制器（ PLC） 當(dāng)電壓低于 80%時(shí)， PLC 停止工作，一些 I/O 設(shè)備，當(dāng)電壓低于 90%，持續(xù)幾個(gè)周波就會(huì)被切除。 計(jì)算機(jī) 當(dāng)電壓低于 60%，持續(xù) 12 個(gè)周波時(shí)，計(jì)算工作將受到影響。這也就是一些重要的計(jì)算機(jī)設(shè)備都要裝配不停電電源（ UPS）的原因。此系統(tǒng)運(yùn)用電壓傳感器采集一路電壓信號(hào)，經(jīng)調(diào)理電路的調(diào)理和濾波器的濾波將電壓轉(zhuǎn)化成單片機(jī)能夠接受的直流電 壓信號(hào)，通過數(shù)據(jù)處理后與設(shè)定值的比較 ，