【正文】 051F020 以其功能較全面，應(yīng)用較廣泛的特點(diǎn)成為C8051F 的代表性產(chǎn)品，其性能價(jià)格比在目前應(yīng)用領(lǐng)域也極具競(jìng)爭(zhēng)力。最小系統(tǒng)方框圖如 圖 32： 寧波大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 C8051F020 晶振電路 ZLG7289 數(shù)碼管 鍵盤 復(fù)位電路 8 個(gè) LED 蜂鳴器 I / O 接口 輸入輸出設(shè)備 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)方框圖 C8051F020 在本系統(tǒng)中應(yīng)用的接口設(shè)計(jì)： ? AIN00 接全波整流后的電壓信號(hào)； ? AIN01 接全波整流后的電流信號(hào)； ? 接正弦波過零比較的電流 TTL 信號(hào)； ? 接正弦波過零比較的電壓 TTL 信號(hào)； ? 接 正弦波過零比較的電壓 TTL 信號(hào)； ? 接 ZLG7289 芯片的 CS 管腳； ? 接 ZLG7289 芯片的 CLK 管腳； ? 接 ZLG7289 芯片的 DIO 管腳； ? 接 ZLG7289 芯片的 INT 管腳； C8051F020 介紹 80C51 系列單片機(jī)及其衍生產(chǎn)品在我國乃至全世界范圍獲得了非常廣泛的應(yīng)用。下面將各部分詳細(xì)介紹如下： 單片機(jī)最小系統(tǒng)部分 常用的單片機(jī)有 8 位機(jī)、 16 位機(jī)及 32 位 機(jī)。 以上三種方案的基本原理一樣，都是通過利用單片機(jī)的中斷和計(jì)數(shù)器來求取電壓電流的相位差。 其對(duì)應(yīng)的過 程如圖 25 所示 ， 實(shí)際測(cè)量 Δ t 時(shí)，主要利用了單片機(jī)的計(jì)數(shù)和中斷功能。 功率因數(shù)測(cè)量 原理 要檢測(cè)供電系統(tǒng)中的功率因數(shù) ?osC ， 只須測(cè)量兩個(gè)同頻率正弦信號(hào)的相 位 差 [15]。換算得到信號(hào)的周期時(shí)間 T， F=1/T 得到頻率。該方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)負(fù)載的電壓、電流大小影響小。 傅里葉變換法是將離散的采樣值經(jīng)過離散傅里葉變換 (DFT)轉(zhuǎn)換到頻域，求出基波和諧波分量，再求有效值及平均功率。 系統(tǒng)方案 選擇 方案 一：該方案 采 用 MCS51 單片機(jī) ， 通過 真有效值轉(zhuǎn)換 芯片 LTC1966 將電壓、電流有效值轉(zhuǎn)化為直流電壓，并通過單片機(jī)控制 ADC0809 進(jìn)行采樣，測(cè)量電壓電流有效值，使用 8279 進(jìn)行鍵盤及數(shù)碼管顯示控制。根據(jù)微積分理論，任何一個(gè)滿足 Dirichlet 條件的函數(shù)都可以展開成傅立葉級(jí)數(shù)形式。求出積分值 S 后，應(yīng)用式 (27)可以求得 有效值： 22/?SU rms ? (29) 半周期積分法有一定的濾除高頻分量的能力，因?yàn)榀B加在基頻成分上的幅度不大的高頻分量在算法中其對(duì)稱的正負(fù)半周互相抵消，剩余的未被抵消的部分所占的比重就相應(yīng)減少了，但是該算法不能抑制直流分量。交流采樣是按照一定的規(guī)律對(duì)被測(cè)物理量的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，用一定的算法計(jì)算出被測(cè)物理量的有效值。在每次采樣前考察 SUM 的值，若 SUM1，則這次采樣的定時(shí)器 計(jì)數(shù)值取 H；若 SUM1，則計(jì)數(shù)值取 H+1，并對(duì) SUM 減 1。該方法不須對(duì)測(cè)量數(shù)學(xué)模型進(jìn)行任何修改 [8]。在高精度測(cè)量場(chǎng)合 ， i 通常須取得比較大，這時(shí)同步誤差可能達(dá)到一個(gè)比較大的值。在實(shí)際同步采樣系統(tǒng)中，要嚴(yán)格滿足式 (23)是很困難的。準(zhǔn)同步采樣降低 了對(duì)信號(hào)頻率、采樣時(shí)間間隔和振蕩器頻率的要求，因此可以用要求低的振蕩器代替同步采樣中要求高的同步環(huán)節(jié)，使測(cè)量裝置簡單，簡化電路。軟件同步采樣法一般實(shí)現(xiàn)方法是：首先測(cè)出被測(cè)信號(hào)的周期 T，用該周期除以一周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù) N，得到采樣間隔，進(jìn)而確定定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，利用定時(shí)中斷方式實(shí)現(xiàn)同步采樣。 本文將詳細(xì)介紹高速微控制器 C8051F020 在電力參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn) [4]。這兩種顯示器可寧波大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 顯示的內(nèi)容更多，逐步取代了傳統(tǒng)的繼電器、步進(jìn)電機(jī)和機(jī)械數(shù)碼輪顯示方式 [3]。 電力監(jiān)測(cè)裝置的發(fā)展方向 國內(nèi)新型多功能電力參數(shù)測(cè)試儀正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展： 1) 體積小型化 早期這類測(cè)試儀的體積 比較大，安裝和使用場(chǎng)合受到諸多限制。 近二十年來，大量新型電子元器件的相繼出現(xiàn)，為電子式電能表的更新?lián)Q代奠定了基礎(chǔ)。通過雙重絕緣、加強(qiáng)絕緣和采用高質(zhì)量雙寶石軸承甚至磁懸浮 （ 磁推 ） 軸承等技術(shù)手段，其結(jié)構(gòu)和磁路的穩(wěn)定性得以提高，電磁振動(dòng)被削弱，使用壽命大大延長，且過載能力明顯增強(qiáng)。 Numerical Integration 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................... II Abstract .......................................................................................................................................... V 目 錄 .......................................................................................................................................... VI 1 前言 .........................................................................................................................................1 電力監(jiān)測(cè)裝置的現(xiàn)狀 ..................................................................................................1 感應(yīng)式機(jī)械電能表 ...............................................................................................1 電子式電能表 ......................................................................................................1 電力監(jiān)測(cè)裝置的發(fā)展方向 ...........................................................................................2 本課題的背景和意義 ..................................................................................................3 本論文的主要工作 ......................................................................................................3 2 方案論證與選擇 .......................................................................................................................4 交流采樣方法選擇 ......................................................................................................4 交流采樣法 .........................................................................................................4 軟件同步采樣及同步誤差分析 .............................................................................5 改進(jìn)的軟件同步實(shí)現(xiàn)方法 ....................................................................................6 電力參數(shù)交流采樣算法 ...............................................................................................7 最大值法 .............................................................................................................7 半周期積分法 ......................................................................................................7 數(shù)值積分算法 ......................................................................................................8 離散傅立葉法 ......................................................................................................9 系統(tǒng)方案選擇 ........................................................................................................... 10 子模塊方案選擇 ....................................................................................................... 11 電流電壓的取樣方案 ......................................................................................... 11 頻率測(cè)量方案 .................................................................................................... 12 功率因數(shù)測(cè)量原理 ............................................................................................. 13 功率因數(shù)測(cè)量法選擇 ......................................................................................... 14 電能計(jì)算原理 .................................................................................................... 15 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .............................................................................................................. 16 單片機(jī)最小系統(tǒng)部分 ................................................................................................ 16 鍵盤顯示部分 ........................................................................................................... 19 電壓、電流信號(hào)采集部分 ......................................................................................... 20 電壓、電流采樣電路 ......................................................................................... 20 電壓、電流 全波整流電路 .................................................................................. 21 電壓、電流正弦波過零比較電路 .