【正文】 ....................................................................... 22 數(shù) /模轉(zhuǎn)換部分 ......................................................................................................... 22 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ......................................................................................................................... 24 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想和 一般方法 ........................................................................ 24 單片微機(jī)的軟件設(shè)計(jì) ......................................................................................... 24 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................... 24 軟件過程設(shè)計(jì) .................................................................................................... 25 軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù) ......................................................................................... 25 寧波大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VII 系統(tǒng)軟件的具體設(shè)計(jì) ................................................................................................ 26 按鍵掃描及處理顯示模塊 .................................................................................. 26 功率因數(shù)測量及計(jì)算模塊 .................................................................................. 27 電壓、電流軟件同步采樣模塊 ........................................................................... 28 電壓、電流計(jì)算模塊 ......................................................................................... 31 時(shí)鐘模塊 ........................................................................................................... 32 5 運(yùn)行與調(diào)試 ............................................................................................................................ 33 系統(tǒng)的調(diào)試 .............................................................................................................. 33 單片機(jī)最小系統(tǒng)部分的調(diào)試 ............................................................................... 33 采樣單元的調(diào)試 ................................................................................................ 33 軟件的調(diào)試 ....................................................................................................... 34 測量數(shù)據(jù) .................................................................................................................. 35 結(jié)果分析 .................................................................................................................. 35 6 結(jié)束語 ................................................................................................................................... 37 致謝 .............................................................................................................................................. 38 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 39 附錄 .............................................................................................................................................. 40 1 前言 電力監(jiān)測裝置的現(xiàn)狀 在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，電能的質(zhì)量越來越受到重視。本文主要介紹了一種基于 C8051F020 單片機(jī)的電力運(yùn)行參數(shù)測量裝置，該裝置采用單片機(jī)作為測控核心，能夠自動(dòng)完成電力供電線路的參數(shù)測定、運(yùn)算和顯示。 作者簽名： 日 期： 寧波大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 摘 要 【 摘要 】 當(dāng)今，電能作為一種最重要的能源與我們的工作、生活有著密切的聯(lián)系，因此如何來計(jì)量它就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 Software Synchronization Algorithm。具有制造簡便、可靠性好和價(jià)格便宜等特點(diǎn)，經(jīng)過近一百年的不斷改進(jìn)與完善，感應(yīng)式電能表的制作技術(shù)已經(jīng)成熟。因而，使用乘法器是實(shí)現(xiàn)測量電功率和電能的電子電路式測量方案的共同特點(diǎn)。微機(jī)化令電子式電能表功能 的增添變得容易，尤其是近幾年多種單、三相電能計(jì)量專用集成電路的成功開發(fā)使過去由分立式電子元器件搭接而成的電能表電路改制成專門的集成電路芯片，如常用的 CS5460A 和 ADE7753 等，結(jié)果在不減少功能的前提下，使電能表的體積大大減小，功耗和單位功能的成本降低、成品率提高，并可簡化電能表的電路設(shè)計(jì)，降低其工藝調(diào)整難度，從而能改進(jìn)整個(gè)電能表電路系統(tǒng)的性能，而更重要的是使電子式電能表可靠性明顯提高 [2]。 4) 可視化人機(jī)接口 使用高效發(fā)光二極管和低功耗液晶顯示器已成為電力參數(shù)測試儀的發(fā)展趨勢。隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步， C8051F020 單片機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了單片機(jī)集多種器件 (包括看門狗 ， FLASH 程序存儲(chǔ)器 ， 同 、 異步串行口 ， A/D 轉(zhuǎn)換器 ， 定時(shí)器，計(jì)數(shù)器等 )和多種功能 (增強(qiáng)可靠性的復(fù) 位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的 休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器 )于一身，從“片自為戰(zhàn)” 向片上系統(tǒng)過渡的發(fā)展方向 。同步采樣法的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：硬件同步采樣法和軟件同步采樣法。它不要求采樣周期與信號周期嚴(yán)格同步，不要求同步環(huán)節(jié)，對第一次采樣的起點(diǎn)無任何要求。這時(shí)第 i 次采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻 NTiti /?? (23) 然而同步總是相對的，絕對同步只是理想的情況。這時(shí)同步采樣時(shí)間誤差： NTiNTiTi S //i ???????? (25) 可見在存在周期誤差時(shí)，同步采樣時(shí)問誤差 i? 值 隨 i 增大而增大?？赏ㄟ^一種軟件同步實(shí)現(xiàn)方法減小誤差，它通過在采樣過程中修改定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，動(dòng)態(tài)確定采樣周期來減小周期誤差。第 i 次采樣時(shí)， SUM 的值為第 i1 次采樣時(shí)的 SUM 值與 L 的和。隨著人們對測量精度、性能的要求越來越高，在目前應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各種測量控制儀表中，交流采樣就越來越受人們的青睞。 只要采樣頻率足夠高，用梯形法近似積分的誤差可以做到很小。 離散傅立葉法 傅立葉算法的基本思路來自傅立葉級數(shù)。積 分和法對信號每周波采樣幾百點(diǎn)是很容易實(shí)現(xiàn)的，傅立葉算法較難達(dá)到 [3]。最大值法適宜輸入信號為純正弦周期信號情況， 多次采集求平均可減小誤差 ， 但考慮內(nèi)部 A/D 采集間隔會(huì)在很大程度上影響對峰峰值的檢測 ，會(huì)使測量不準(zhǔn)。如圖所示通過運(yùn)放跟隨 、 全波整流，放大后送入 A/D 轉(zhuǎn)換，單片機(jī)計(jì)算得到有效值。 方案二： 可編程計(jì)數(shù)器 T0 來實(shí)現(xiàn)頻率的測量 方案 將被測信號轉(zhuǎn)換為方波信號輸入 INT0 端 口，作為計(jì)數(shù)器的門控信號，在脈沖下降沿中斷，單片機(jī)定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，下一次中斷時(shí)停止計(jì)數(shù)。而方案二需同時(shí)使用定時(shí)器、計(jì)數(shù)器 T0 和外部中斷 0，使用資源較多而增加編程難度，使用方案三，只需使用定時(shí)器、計(jì) 數(shù)器 T2，編程簡單、資源占用少，所以選擇方案三測量頻率。可見，若將檢測到的電網(wǎng)電壓、電流經(jīng)波形變換為方波信號后，利用單片機(jī)測控系統(tǒng)檢測兩方波前沿的時(shí)間差值 Δ t，即得相位差為? ? ? ? ttTt ???????? 183 6 020/3 6 0/? ， Δ t 的單位為 ms，從而可得電網(wǎng)功率因數(shù)。電流 I 支路與單片機(jī)的 INT1 腳相連，計(jì)數(shù)器 T1 在 INT1為高電平時(shí)，也進(jìn)行計(jì)數(shù)，但在 INT0 中斷時(shí)就停止計(jì)數(shù)，讀出相應(yīng)的計(jì)數(shù)值 N2， N2N1 即為時(shí)間Δ t。系統(tǒng)整體的方框圖如圖 31 所示： 變壓器 電壓采樣 電流采樣 單 片 機(jī) 相位差 過零檢測 過零檢測 按鍵 顯示 接入 模擬負(fù)載 圖 31 系統(tǒng)框圖 硬件設(shè)計(jì)具體包括單片機(jī)最小系統(tǒng)部分（鍵盤、顯示）、信號采集部分、數(shù)模轉(zhuǎn)換部分。其硬件裝置的作用是對電壓信號、電流信號采樣，把它們轉(zhuǎn)換成適合微機(jī) 處理 的信號，在設(shè)計(jì)具體電路時(shí)要考慮便于與單片機(jī)連接 ， 故 本系統(tǒng)采用 C8051F020 單片機(jī)構(gòu)成 了一個(gè)帶數(shù)碼管顯示與鍵盤的單片機(jī)最小系統(tǒng)。但是不能將 8051 的程序完全照搬的應(yīng)用于 C8051F 單片機(jī)中，這是因?yàn)閮烧叩膬?nèi)部資源存在較大的差異，必須經(jīng)過加工才能予以使用。在使用 JTAG 調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。顯示的數(shù)據(jù)已經(jīng)通過測量電路測量和轉(zhuǎn)換以及通過相應(yīng)的計(jì)算處理，存儲(chǔ)在指定的 RAM 中，當(dāng)主程序執(zhí)行到顯示模塊時(shí)， 執(zhí)行 對應(yīng)的顯示子程序 。原理圖如圖 35 所示： 寧波大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 35 電壓電流采樣 電路 圖 電壓、電流 全波整流電路 由于 A/D 轉(zhuǎn)換器不能識別正負(fù)交替的交流 信號， 需用整流電路來處理。這樣 TTL 信號由 LM339 輸出端輸出 ，由于 C8051F020 工作電壓為，所以 LM339 的正電源接 。 AMUX0、 PGA0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測器都可用軟件通過特殊功能寄存器來控制， ADC0 所使用的電壓基準(zhǔn) 可以外接或 使用