【正文】 顯示器 (LCD)具有顯示信息多、體積小、功耗低、超薄等許多其它顯示器件無可比擬的優(yōu)點。行列式鍵盤又稱矩陣式鍵盤，設(shè)計 M 行 N 列 16 個鍵，只占用 M+N 根 I/O口線，故鍵數(shù)目較多時，可節(jié)省 I/O口線。 鍵盤在單片機系統(tǒng)中是一個很重要的部分。因此選擇的 A/D 必須具有這么幾個特點 :l)多通道 (3 通道以上 )、 2)高分辨率。 14 腳信號輸入端。 4腳壓控振蕩器輸出端。一般來講，采樣時間長，要在保持時間內(nèi)啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，所以在設(shè)計時將 8254(II)通道2 設(shè)置為工作方式 2(速率波發(fā)生器 )，計數(shù)周期為 ，即 n 分頻方式，以輸出適合控制采樣保持動作的脈沖信號。順序采樣方式使系統(tǒng)可以分時使用一套采保及 A/D 變換器，但這會帶來附加相位誤差。主要完成強電信號與弱電信號之間的隔離和變換的功能。 （ 8) 方便高效的開發(fā)方式，支持在線仿真和編程所配編譯器，功能強大具有FLASH{內(nèi)存，利用單片機本身具有的 JTAG 接口或片內(nèi) BOOT ROM 可以在一臺 PC 及一個結(jié)構(gòu)小巧的 JTAG 控制器的幫助一下實現(xiàn)程序的下載，完成程序的在線調(diào)試、實時修改片內(nèi)寄存器和內(nèi)存的內(nèi)容，對使用者來說將大大提高程序的調(diào)試效率 。 (2) MSP430 的超低功耗使其在電池供電、便攜式設(shè)備的應用中表現(xiàn)出非常優(yōu)良的特性 。為此設(shè)計以下硬件電路來滿足同步采樣和快速傳輸采樣數(shù)據(jù)。 在電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)離線分析中，系統(tǒng)相角測量、諧波干擾源的辯識、暫態(tài)電壓擾動信號分析等都需要對相鄰監(jiān)測點的測量數(shù)據(jù)進行分析。 由于電力系統(tǒng)中高次諧波的含有量相對于基波分量而言是非常低的，諧波次數(shù)越高其含量越低。因此電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)應當包括強大的數(shù)據(jù)采集、處理、保存功能，明白易懂的報告系統(tǒng)，以及通用的信息共享技術(shù)，采用分布 式機構(gòu)，分布與各個變電站的現(xiàn)場采集分析單元通過通信網(wǎng)絡連接成一個有機的整體，共同完成整個區(qū)域的電能質(zhì)量分析和統(tǒng)計。 (e)公用電網(wǎng)諧波 (Harmoniesinpulicsupplywork)。電能質(zhì)量標準的制定，就是確定適當?shù)碾娔苜|(zhì)量指標偏差的允許值。 (6)使熔斷器在沒有超過整定值時就熔斷 。電力線路與通信線路之間的電場禍合將在通信系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生干擾電壓，影響通信質(zhì)量。現(xiàn)在就感應式電能表為例說明諧波對測量的影響。在電纜輸電的情況下，諧波電壓以正比于其幅值電壓的形式增強了介質(zhì)的電場強度，這影響了電纜的使用壽命，據(jù)有關(guān)資料介紹，諧波的影響將使電纜的使用壽命平均下降約 60%。 電力系統(tǒng)中也可能存在某次諧波的串聯(lián)諧振回路。 電力系統(tǒng)諧波的危害 非線性電力設(shè)備的種類、數(shù)量和比重日益增加，它們產(chǎn)生的諧波對電力系統(tǒng)的污染日益嚴重。 (b)電子開關(guān)型 主要為各種交直流換流裝置以及雙向晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等，在冶金、礦山、電氣嘉興學院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 鐵道等大量工礦企業(yè)以及家用電器中廣泛使用 。、還有可能消 失在輸出中。 現(xiàn)在用圖 來說明正弦電源給線性 (直線 1)和非線性的負載 (曲線 2)供電的情況。 hD為電壓總畸變率的 3s 平均值 (%)。但在實際分析中只要被分析的現(xiàn)象或情況持續(xù)適當?shù)臅r間或周期，就可以應用傅立葉級數(shù)變換。 (b) 間諧波、次諧波和分數(shù)諧波。 電能質(zhì)量分析及其監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3 2. 電力系統(tǒng)諧波 長期以來，人們習慣把供電頻率和電壓有效值的穩(wěn)定程度，作為衡量電能質(zhì)量的兩個基本參數(shù)。 總之，各國都把電力系統(tǒng)諧波實時分析作為研究重點，并以此作為認識諧波和抑制諧波的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上， TGrandke 又利用漢寧窗 (H~g)減少泄漏，進一步提高了計算精度困。如果能夠在電力系統(tǒng)運行前后對所有諧波參數(shù)進行準確分析，在滿足電能質(zhì)量諧波標準的基礎(chǔ)上，就能有效地投運用電設(shè)備 (包括諧波源 )。 為了改善電能質(zhì)量，要求電力系統(tǒng)首先進行電能質(zhì)量檢測評估和分析工作。例如，雷電波沖擊、電容器和電纜線路投切時因諧波諧振而引起的過電壓往往造成電氣設(shè)備的絕緣和機械損壞，從而影響電力系統(tǒng)的正常運行 。分析比較了各種電能質(zhì)量分析方法的優(yōu)劣，給出了電能質(zhì)量監(jiān)測的原理框圖，能夠?qū)崿F(xiàn)對目前絕大多數(shù)重要的電能質(zhì)量問題進行監(jiān)測和分類。據(jù)我查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文 (設(shè)計 )中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得 ＿＿＿＿＿＿ 或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。 本文首先概述了電能質(zhì)量諧波問題產(chǎn)生的原因、危害以及相應的治理措施和電能質(zhì)量測量的發(fā)展現(xiàn)狀。隨著科學技術(shù)和國民經(jīng)濟的發(fā)展，對電能的需求量日益增加，同時對電能質(zhì)量的要求也越來越高。諧波電流在旋轉(zhuǎn)電機、輸電線路、變壓器等輸配電設(shè)備中流通，使這些設(shè)備因產(chǎn)生附加損耗而過熱，從而降低了這些設(shè)備的壽命或容量。 （ e）發(fā)現(xiàn)新的電能質(zhì)量問題。然而 FFT 存在柵欄效應和泄漏現(xiàn)象側(cè)，使算出的信號參數(shù)即頻率、幅值和相位不準，尤其是相位誤差 很大，無法滿足準確的電力系統(tǒng)諧波測量要求。國內(nèi)測量儀器可靠性和精度方面尚未嚴格考核過，主要適用于諧波測量方面，而在波形分析、采用窗口的選擇、數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果輸出方面差距較大。測量電路進行電壓、電流測量電路、鎖相頻率跟蹤電路、數(shù)據(jù)采集電路板等外圍電路 設(shè)計，構(gòu)成了整個測量系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)諧波的含義和性質(zhì) 國際上公認的諧波含義為 :“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。 (c) 諧波和暫態(tài)現(xiàn)象。這種波形畸變稱為陷波，一般以基波峰值 mU1 的百分數(shù)來表示，其畸變偏差百分值 ?u? ，用下式計算 %1001 ????mu Uu? (21) 式（ 21）中 △ u 為畸變偏差值。如有下面電流源 ? ? ? ?nmmns tnIti ?? ?? ?? 10 s i n2 （ 24） 由不同頻率的正弦電流分量疊加而成，當它注入線性時不變的電力系統(tǒng)后，產(chǎn)生的電壓、電流將仍然是由這些頻率的正弦分量組合而成，輸入的畸變是直接造成了輸出的畸變。 (3) 電力系統(tǒng)中存在時變負載如有一電導其電氣特性為 : ? ? tGtG g?sin0? （ 28） ? ? ? ? ? ?tutGti ?? （ 29） 如果電壓仍為工頻電壓 ? ? tUtU t 1sin2 ?? ，則 ? ? ? ? ? ?? ?ttGUti gg ???? ???? 1101 c osc os2 2 （ 210） 其結(jié)果是 :當 g? 是 1? 的偶數(shù)倍時， i(t)中的頻率就是 1? 的奇數(shù)倍 。這種引起電壓和電流波形畸變的負載被稱為“諧波源”。安特性。例如發(fā)生了 3次諧波諧振，則并聯(lián)諧振正好對 3 次諧波形成一個高阻抗。附加損耗可以用下面式子表示 : hh hL RIP ????? 22 （ 212） 電能質(zhì)量分析及其監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 7 式 (2— 12)中 : hR 為 h 次諧波頻率下的線路電阻。當有諧波畸變時，依靠采樣數(shù)據(jù)或過零工作的數(shù)字繼電器容易產(chǎn)生誤差。在畸變電源供線性負荷時，電能表記錄的是基波電能及部分諧波電能，后者將使用電設(shè)備性能變壞，因此用戶不但多交電費，而且受到損害。 (3)使日光燈的鎮(zhèn)流器及補償電容器過熱和損壞 。不同裝置的諧振可能造成過電壓及振蕩。 電能質(zhì)量包括六項指標 : (a)電力系統(tǒng)頻率允許偏差 (Permissibledeviation of fequeney for powersystem) (b)供電電壓允許偏差 (Admissibledeviationofsupplyvoltage)?，F(xiàn)在電力系統(tǒng)中，電能質(zhì)量問題可以分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電能質(zhì)量兩部分。根據(jù)采樣定律，為了精確測量電網(wǎng)中高次諧波值以及對暫態(tài)電能質(zhì)量指標進行實時測量，必須保證較高的采樣頻率。但是在諧波分析中如果采用這種方式，即使在每周波采樣128 點的情況下，對于 19 次諧波，起相位最少也會帶來 6 度的誤差，這對于提取基波分量進行信號分析的系統(tǒng)而言，誤差可以忽略，而對于高次諧波的測量，將使測量數(shù)據(jù)沒有可信度。 同步采樣由于能夠 反映交流信號的變化本質(zhì)，并保持采樣信號與被側(cè)信號嚴格同步，因此在電力諧波參數(shù)測量系統(tǒng)中被廣泛使用。 MSP430 作為一種新型的單片機，采用了 TI 公司最新的低功耗 技術(shù)，使其在眾多的單片機中獨樹一幟。 (6) MSP430 單片機有三種時鐘源可以選擇提供給 ACLK, SMCLK, MCLK，其中 LFXTl提供給外圍設(shè)備 32768Hz 的時鐘， XT2 可以提供高達 8MHz 的時鐘供單片機運行使用， DCO為單片機提供一個內(nèi)部時鐘源，當 XTALT2 沒有提供時，系統(tǒng)依靠 DCO 運行整個時鐘配置，可以通過 DCOCTL, BCSCTLI, BCSCTL2 和 SR等控制寄存器中相應的位來選擇和控制，以滿足用戶對系統(tǒng)的要求 。i}腳 /足時器 B7 CCR3,捕獲 :CCI3A/CCI3B輸入，比較 :OUT3 輸出 嘉興學院畢業(yè)設(shè)計說明書 16 式，時鐘輸出一 USARTO/SPI 模式 ,捕獲 :CC12A/CCI2B 輸入，比較 :OUT2 輸出 ,捕獲 :CCI 1 A/CCI l B輸入，比較 :OUT1 輸出 ,捕獲 :CCIOA/CCIOB輸入，比較 :OUTO 輸出 ,捕獲 :CCI2A 輸入，比較 :OUT2 輸出 出端 39。這樣只要被測信號頻率在~ 范圍內(nèi)，這 136 點數(shù)據(jù)中就包含被測信號的一個完整周期。 8254 具有 3 個獨立的 16 位計數(shù)器通道，可編程工作于 6 種不同方式，特別是允許最高計數(shù)頻率為 10MHz，可以讀出當前計數(shù)單元和狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。 嘉興學院畢業(yè)設(shè)計說明書 20 圖 45 鎖相環(huán) CD4046 CD4046 的引腳排列，采用 16 腳雙列直插式，各引腳功能如下： 1 腳相位輸出端，環(huán)路人鎖時為高電平，環(huán)路失鎖時為低電平。 10 腳解調(diào)輸出端，用于 FM 解調(diào)。若開關(guān) K 撥至 13腳，則相位比較器 Ⅱ 工作，過程與上述相同，不再贅述 。對于序列通道轉(zhuǎn)換，采樣順序完全由用戶來定義，同時每個通道可以獨立配置轉(zhuǎn)換所需的參考電平，前端機采用的是一單通道單次轉(zhuǎn)換方式。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，其它工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，一般在單片機應用系統(tǒng)中廣泛使用。 程序控制掃描程序一般 應具備下述幾個功能 :1)判斷鍵盤上有無鍵按下 .2)去除鍵的抖動影響。液晶顯示器類型與其控制驅(qū)動電路是密切相關(guān)的，液晶顯示器作為顯示器與外界的接口，可以接受 CPU 發(fā)送的各項指令以控制 LCD 的各項功能。但有些與單片機接口的特殊功能芯片的工作電壓都要求 5V。 電能質(zhì)量分析及其監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 25 圖 49 MSP430 與 MAX1480B 的接口電路 單片機要想能正常工作，還得接上電源、晶振、參考源等一些外接電路。 2)傳輸線干擾 傳輸線干擾是在輸入、輸出 []線上形成的干擾，亦稱通道干擾。它本身就是一個干擾源。在直流輸出端，采用大容量電解電容與小容量瓷片電容并聯(lián)的方式，有效抑制由交流電。機內(nèi)干擾信號包括有電磁繼電器產(chǎn)生的火花放電干擾、自激振蕩 (含振鈴電壓 )、尖峰干擾、噪聲電壓 (如開關(guān)噪聲、電容噪聲、高頻變壓器噪聲、音頻噪聲 )等。輕者會產(chǎn)生誤差，重者可將有用的信號完全淹沒掉，導致測量無法進行，甚至損壞測試系統(tǒng)。它在工業(yè)環(huán)境下傳輸模擬或數(shù)字信號時，不僅容易受到外界強干擾，而且系統(tǒng)本身也會產(chǎn)生一干擾。鑒于 RS485/422 通信接口的設(shè)計在單片機系統(tǒng)設(shè)計中占有重要地位，本文著重討論如何解決 MSP430 與 RS485/422通信接口芯片 MAX1480/MAX1490 直接接口問題?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示 8 4個 (16 16 點陣 )漢字。 在選用了矩陣式鍵盤系統(tǒng)中的程序控制掃描方式之后，所設(shè)計的矩陣鍵盤電路如圖47所示 。獨立 式鍵盤中，嘉興學院畢業(yè)設(shè)計說明書 22 每個鍵占用一根 I/O 口線，適用于按鍵數(shù)量較少的場合 。 ADC12 的最大采樣速率是200ksps，足 夠滿足采樣點數(shù)的要求。為了滿足電能質(zhì)量的各項指標測量精度的要求， A/D轉(zhuǎn)換器必須有較高的分辨率，最好能做到三相電流、電壓的同時采樣，以減少采樣誤差。 13 腳相位比較器 Ⅱ 的輸出端。 3腳比較信號輸入端。當此引腳為低電平時， LF398 處于保持狀態(tài)。系統(tǒng)中多路切換、采樣及 A