【正文】 該軟件是一款單片機(jī)和電路仿真（ SPICE）相結(jié)合的仿真軟件，其功能強(qiáng)大，具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真等，這些是其他任何一款軟件不能相比的。 表 44 RAM 地址 行數(shù) 地址 第一行 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F / / / 第二行 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F / / / 第三行 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F 20 .. 27 第四行 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 5A 5B 5C 5D 5E 5F 60 .. 67 電 壓 值 取 出轉(zhuǎn) 換 成 S Z D 碼轉(zhuǎn) 換 成 ASCAL碼 送 往 緩 沖 區(qū)模 式 符 號(hào) I送 緩 沖 區(qū)電 壓 值 取 出轉(zhuǎn) 成 BZD碼模 式 符 號(hào) U 送 緩 存 區(qū)轉(zhuǎn) 換 成 ASCAL碼 送 往 緩 沖 區(qū)模 式 符 號(hào) P送 緩 沖 區(qū)功 率 值 取 出轉(zhuǎn) 成 BZD碼轉(zhuǎn) 換 成 ASCAL碼 送 往 緩 沖 區(qū)模 式 符 號(hào) COS送 緩 沖 區(qū)功 率 因 數(shù) 值 取 出轉(zhuǎn) 成 BZD碼轉(zhuǎn) 換 成 ASCAL碼 送 往 緩 沖 區(qū) 圖 410 LCD 顯示流程圖 28 循 環(huán) 設(shè) 置 三 次設(shè) 置 工 作 方 式清 屏設(shè) 置 輸 入 方 式設(shè) 置 顯 示 方 式返 回工 作 方 式 設(shè) 置 指 令 碼 圖 411 初始化流程圖 送 第 一 行 要 顯 示 數(shù) 據(jù)設(shè) 置 R A M 地 址 2送 第 二 行 要 顯 示 數(shù) 據(jù)設(shè) 置 R A M 地 址 1設(shè) 置 R A M 地 址 3送 第 三 行 要 顯 示 數(shù) 據(jù)設(shè) 置 R A M 地 址 4送 第 四 行 要 顯 示 數(shù) 據(jù)返 回 圖 412 顯示子程序具體流程圖 鍵盤掃描子程序 本次設(shè)計(jì)中我選用獨(dú)立鍵盤，共 4 個(gè)按鍵，可以通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)便可以判斷哪個(gè)按鍵被按下了。 26 開 始取 電 壓 有 效 值取 功 率 因 數(shù) 值相 乘 結(jié) 果 存 入 GLSZ單 元取 電 流 有 效 值乘 以 GLSZ結(jié) 果 送 入 GLSZ單 元 圖 49 功率測(cè)試流程圖 液晶顯示子程序 本設(shè)計(jì)中使用 SMC1604A 液晶顯示器，其基本的操作時(shí)序如表 41 所示，狀態(tài)字說明如表 4 43 所示。 T 1T 2U 1 / VU 2 / VI 1 / AI 2 / At / m st / m st / m st / m s 圖 45 實(shí)測(cè)輸出電壓電流波形圖 對(duì)功率因數(shù)的測(cè)量子程序流程圖如 46 所示： 24 YNI N T 0 = 1 ?設(shè) 初 值計(jì) 算 相 位 差計(jì) 算 功 率 因 數(shù)等 待啟 動(dòng) T 0 開 始 計(jì) 數(shù)YNI N T 1 = 1 ?等 待關(guān) 閉 T 0 ， 停 止 計(jì) 數(shù)YNI N T 0 = 0 ?等 待重 新 啟 動(dòng) T 0 ， 開 始 計(jì) 數(shù)YNI N T 0 = 0 ?等 待關(guān) 閉 T 0 ， 停 止 計(jì) 數(shù) 圖 46 功率因數(shù)測(cè)量子程序 二、電壓、電流有效值的測(cè)量 在測(cè)量電壓、電流有效值的過程中，假設(shè)輸入電壓、電流與輸出電壓、電流成線性關(guān)系。在此我們主要完成的任務(wù)有電壓和電流之間相位差的測(cè)量、功率因數(shù)的計(jì)算，電壓有效值的測(cè)量、電流有效值的測(cè)量以及功率的計(jì)算，整個(gè)測(cè)量子程序的流程圖如圖 44 所示： 22 測(cè) 量 相 位 差查 表 求 功 率 因 數(shù)測(cè) 量 電 壓 有 效 值計(jì) 算 功 率測(cè) 量 電 流 有 效 值顯 示 處 理調(diào) 用 顯 示 子 程 序置 顯 示 標(biāo) 志 位 圖 44 測(cè)量子程序流程圖 其中測(cè)量子程序中又包含如下子程序： 一、功率因數(shù)的測(cè)量子程序 首先要完成 電壓與電流之間時(shí)間差的測(cè)量，由上一章可知，單片機(jī)的定時(shí)器 TO 工作于計(jì)數(shù)方式 1， 定時(shí)器 T1工作于定時(shí)方式 2。 主程序流程圖如圖 42 所示。在本章中我對(duì)一些子程序像雙字節(jié)無符號(hào)數(shù)的乘除法、二進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的排序取平均值、線性插值等之類子程序并沒有做詳細(xì)的介紹，因?yàn)榇祟惖淖映绦蛭覀兡茉趨⒖紩虾苋菀渍业浆F(xiàn)成的模塊，這些都是前人的經(jīng)驗(yàn)結(jié)晶，在這個(gè)系統(tǒng)中我是直接對(duì)它們進(jìn)行調(diào)試后引用的。下面我將對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。 Y 111.059C 230 pR 1210 kEA / VP31X 119X 218R ES ET9RD17WR16INT 012INT 113T 014T 115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S EN29ALE / P30TXD11R XD10U 18051+ 5C 330 pC 110U+ 5RSTER / WP 3 . 2P 3 . 3RSP 3 . 4A 01A 12A 23A 34A 45A 56A 67A 78A 89GND10A 911A 1012R EF 13R EF +14/ CS15DAT A OUT16ADD R ES S17I / O C LOC K18EOC19VC C20TLC 1543IN 1IN 2+ 5S 1 EOCC LKADDRS DOCSS DOADDRCSC LKEOC 圖 312 TLC1543 的硬件電路圖 14 表 32 TLC1543 的輸入寄存器格式 功能選擇 輸入數(shù)據(jù) 字節(jié) 備 注 地址位 L1 L0 LSBF BIP D7=MSB D0=LSB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 AIN0 AIN1 AIN2 AIN3 AIN4 AIN5 AIN6 AIN7 AIN8 AIN9 AIN10 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 選擇 輸入 通道 REF+與 REF— 差模 1 0 1 1 內(nèi)部 測(cè)試 REF— 單端 1 1 0 0 REF+單端 1 1 0 1 軟件斷電 1 1 1 0 MSB 先出 LSB 先出 0 1 順序 輸出 單極性 雙極性 0 1 極性 表 33 各個(gè)量程通道對(duì)應(yīng)地址和控制格式 通道 與之對(duì)應(yīng)的TLC1543 的通道 通道地址以及控制格式 采樣電壓通道 IN0 00H 采樣電流通道 IN1 10H 15 鍵盤電路 鍵盤分獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤，但它們都是由一組按壓式或觸模式開關(guān)構(gòu)成的陣列 。 （ 5）系統(tǒng) 的 時(shí)鐘 應(yīng)在 片內(nèi)產(chǎn)生 并 且 與 I/O CLOCK 同步。為了 TLC1543 轉(zhuǎn)換器能可靠的運(yùn)行，需要對(duì)其各個(gè)控制端進(jìn)行學(xué)習(xí)。 該電路主要由限幅電路、過零檢測(cè)器和光電耦合器組成。下面是電壓采集信號(hào)處理電路（圖 37）和電流采集信號(hào)處理電路（圖 38）。該器件的原理是電流型電壓互感器，即二次測(cè)輸出的電流與輸入的電壓成正比，所以二次測(cè)不能開路，使用時(shí)在二次測(cè)接入采樣電阻，采樣電阻取 500 歐姆時(shí)，由于輸出電流等于輸入電流，所以采樣電阻兩端的電壓即為 01V。接下來主器件 的 發(fā)送 首先 要訪問從器件的地址，在起始信號(hào) 被 主器件發(fā)送和地址字節(jié) 被從器件 發(fā)送 后， 當(dāng) 24C16 監(jiān)視總線 的 地址 和 從 器件 發(fā)送的地址 一致 時(shí) ， 24C16 會(huì)產(chǎn)生 一個(gè)響應(yīng) 的 應(yīng)答 的 信號(hào)（通過 SDA 線）。 24C16 引腳圖如圖 3 引腳功能如下表 31 所示： V C C8S D A5S C L6W P7G N D4A 23A 12A 012 4 C 1 6 圖 32 24C16 引腳圖 表 31 24C16引腳功能 管腳名稱 功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時(shí)鐘 WP 寫保護(hù) Vcc + 到 工作電壓 Vss 地 二、 24C16的功能描述 24C16 支持 I2C總線數(shù)據(jù) 的很多 傳送協(xié)議， I2C 總線規(guī)定， 任意一個(gè)把 數(shù)據(jù)傳送到 I2C總線的器件 叫做 發(fā)送器。其片內(nèi)內(nèi)置通用 的 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能 比較 強(qiáng)大，適用于 各種 復(fù)雜的控制應(yīng)用場(chǎng)合。故采用 TLC1543 比較適合。 方案一主要 適用于小電壓小電流信號(hào)的采樣，優(yōu)點(diǎn)在于接線簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但 由于 電阻的接入使得原 來的 網(wǎng)絡(luò)功率損耗增大，并對(duì)原信號(hào)產(chǎn)生 一定的 干擾， 這樣 采樣誤 4 差 變 大。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)闡述了電壓和電流分別采樣及采用過零比較的方法利用單片機(jī)的定時(shí)器得出相角的過程，選用高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并用液晶顯示器 SMC1604A。 u+Ni 圖 21 二端網(wǎng)絡(luò) 本課題主要研究的電路電網(wǎng)中對(duì)正在運(yùn)行時(shí)的參量進(jìn)行測(cè)量、保存、顯示，對(duì)于單片機(jī)軟件的開發(fā)，可以選用 C 語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。測(cè)量的過程中，通過把連續(xù)的模擬量（交流輸入的電壓和電流）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的、離散的數(shù)字形式?，F(xiàn)在人們的基本生存得到保障，對(duì)用電設(shè)備工作狀態(tài)的了解與要求也越來越高。另外本文 介紹了其相關(guān)硬件電路和軟件程序流程圖，本設(shè)計(jì)主要包括下面幾方面：交流信號(hào)數(shù)據(jù)采樣與處理、模數(shù) 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)應(yīng)用與編程、液晶顯示。與傳統(tǒng)方法不同，本設(shè)計(jì)采用過零比較法利用單片機(jī)的定時(shí)器對(duì)電壓與電流的的時(shí)間差進(jìn)行確定，從而計(jì)算出電壓與電流的 相位角，再經(jīng)查表得出功率因數(shù)，最后計(jì)算出電網(wǎng)功率。系統(tǒng)采用 51單片機(jī)作為核心處理器，通過硬件電路和軟件編程，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作和液晶顯示器顯示。電路每一個(gè)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)四個(gè)參數(shù)可以通過液晶顯示器顯示出來。 方案二：電壓電流互感器 互感器是 一種儀用變壓器，它是把電壓、電流按一定的比列進(jìn)行變換的一種測(cè)量設(shè)備。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 本設(shè)計(jì)中 A/D 轉(zhuǎn)換器采用 11 通道 10 位 TLC1543 串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 5 第 3 章 系統(tǒng)硬件分析 電路測(cè)試系統(tǒng)的分析 單片機(jī)電路測(cè)試系統(tǒng)主要由 AT89C5 24C16 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤電路以及前向測(cè)試通道（電壓電流采樣電路）和液晶顯示電路構(gòu)成。當(dāng)然它也有一定的不足，就是在軟件編程時(shí)比較麻煩。 2． 24C16 的停止信號(hào)： 7 時(shí)鐘線為高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為 24C16 的停止信號(hào)。 電壓、電流采樣的前置電路 由于本系統(tǒng)測(cè)量電壓的有效值范圍是 0V 到 300V，電流有效值的范圍是 0A到 5A，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣電壓僅僅為 0 到 5V 的直流電壓，所以在硬件上需要設(shè)計(jì)電壓和電流的前置通道完成強(qiáng)電到弱電的轉(zhuǎn)換。 TVA142102 型作為電流互感器時(shí)，額定電壓為 9A 時(shí)，輸出額定電流為 6mA,故額定輸入電流 5A 時(shí)，則額定輸出電流為 ，此時(shí)采樣電阻選用 300 歐姆，二次測(cè)輸出電壓為 01V。電壓（或者電流）量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換則通過軟件來實(shí)現(xiàn)，關(guān)于量程轉(zhuǎn)換將在第四章軟件設(shè)計(jì)中具體介紹，在此就不再敘述。由此可看出在這個(gè)電路中光電耦合器有兩種作用：電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換。 （ 3）片內(nèi) 部 含有 一個(gè) 14路 多路 的 選擇器， 可供選擇的有：在 11 個(gè)輸入中的 可以選擇 1個(gè) ，在 內(nèi)部 含有 3 個(gè) 帶有 自測(cè)試 的 電壓 可以選擇一個(gè) 。 三、硬件設(shè)計(jì) TLC1543 的基準(zhǔn)由外電路提供，在本設(shè)計(jì)中由于對(duì)采樣的精度要