【正文】 ................................ 4 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 .............................................................................................................. 4 相位角測(cè)量模塊 ........................................................................................................... 4 第 3 章 系統(tǒng)硬件分析 ........................................................................................................................... 5 電路測(cè)試系統(tǒng)的分析 .............................................................................................................. 5 單片機(jī)最小系統(tǒng)簡介 .................................................................................................... 5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 24C16 ........................................................................................................ 5 系統(tǒng)的前向通道 .................................................................................................................... 8 電壓、電流采樣的前置電路 ......................................................................................... 8 相位角測(cè)量的前置電路 .............................................................................................. 10 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ............................................................................................................ 11 鍵盤電路 ............................................................................................................................. 15 液晶顯示電路 ...................................................................................................................... 15 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ......................................................................................................................... 18 Keil 編程軟件介紹 .............................................................................................................. 18 程序設(shè)計(jì) ............................................................................................................................. 18 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 18 初始化子程序的設(shè)計(jì) .................................................................................................. 19 測(cè)量子程序 ................................................................................................................ 21 液晶顯示子程序 ......................................................................................................... 26 鍵盤掃描子程序 ......................................................................................................... 28 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試過程 ......................................................................................................................... 30 Proteus 軟件應(yīng)用 ............................................................................................................... 30 電壓、電流采集模塊調(diào)試 .................................................................................................... 30 相位角測(cè)量模塊調(diào)試 ........................................................................................................... 31 液晶顯示模塊調(diào)試 .............................................................................................................. 33 系統(tǒng)調(diào)試 .............................................................................................................................. 33 第 6 章 總結(jié) ..................................................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................ 37 致 謝 ............................................................................................................................................... 38 附錄 A:原理圖 .................................................................................................................................... 39 附錄 B：仿真圖 .................................................................................................................................. 40 V 附錄 C：部分程序 ...............................................................................................................................41 1 第 1 章 概 述 設(shè)計(jì)背景與意義 隨著社會(huì)的發(fā)展，電能在人們的生活中無處不在，并以各種形式影響著人們的生活。 家庭用電主要是交流電，所以本設(shè)計(jì)主要研究的是單相交流數(shù)字電功率表。 系統(tǒng)功能要求 本設(shè)計(jì)利用數(shù)字功率表來測(cè)量頻率為 50Hz的交流電路的各種參數(shù)，包括電壓有效值、電流有效值、功率、功率因 數(shù)。與傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相比， TLC1543 具有輸入通道多、轉(zhuǎn)換精度高、傳輸速度快、價(jià)格低、使用靈活和易于與單片機(jī)接口等特點(diǎn)，是一款高性價(jià)比的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 24C16 是一個(gè) 16K 位串行 CMOS E2PROM，內(nèi)部含有 2048 個(gè) 8 位字節(jié)， CATALYST 公司具有先進(jìn)的 CMOS 技術(shù) ，其 實(shí)質(zhì)上 是 器件的功耗 得到 了減少。即 外部電壓或電流先經(jīng)過互感電路變換、整流電路整流、分壓電路分壓最后才可以被模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。 相位角測(cè)量的前置電路 利用過零點(diǎn)來測(cè)量電壓、電流的相位差。 （ 4）片內(nèi) 還 設(shè)有自動(dòng)采樣 的 保持電路。本次設(shè)計(jì)的鍵盤電路如圖 313所示。主程序應(yīng)不斷地順序查詢，并根據(jù)其功能調(diào)用相關(guān)的子程序并執(zhí)行其命令，以完成對(duì)各種實(shí)時(shí)控制事件的處 19 理。將公式 44 帶入公式 43，所以便可以計(jì)算出相位角 x? 。其初始化流程圖如圖 27 411所示。 Proteus 工作界面如圖 51 所示。 SMC1604A 顯示處理流程圖如圖 410所示。當(dāng) INT0由 0 變成 1 時(shí)，電壓波形產(chǎn)生正跳變，打開定時(shí)器 T0，開始計(jì)數(shù)；當(dāng) INT1 由 0 變成 1時(shí)，電流波形產(chǎn)生正跳變，此時(shí)關(guān)閉定時(shí)器 T0。 Keil 編程軟件介紹 Keil C51 是美國 Keil Software 公司生產(chǎn)的一種 51系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，也可以使用匯編進(jìn)行編寫，兩者相比較， C 語言功能更加強(qiáng)大。在本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的功能鍵比較少，一共就 4 個(gè)按鍵，所以在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候選擇獨(dú)立式的按鍵。 TLC1543 引腳圖如圖 310 所示。 10 567I 2 BLM 35832184I 2 ALM 358R 283 KR2310KR 2210 KR 21 10 KR 20 10 KD5C 9204C84.7uFW 520 K+ 5ID IN 2R 910 K電流信號(hào)處理電路 圖 38 電流信號(hào)處理電路 由電流采樣電路可知，經(jīng)互感器變換后電流為 ，電壓 1V，調(diào)節(jié)反饋電阻 W5將電壓放大 5 倍，在經(jīng)過整流、濾波、分壓后，可得到 05V 的交流電壓。 24C16 在系統(tǒng)電路中的接法如 34 圖所示。單片機(jī) 的 最小系統(tǒng)圖如圖 31所示。電流互感器對(duì)于 200V 左右的交流信號(hào)采樣明顯勝于電阻分壓采樣，故選擇方案二。本設(shè)計(jì)基本的設(shè)計(jì)思路如下：首先，對(duì)于電路中的電壓和電流的測(cè)量，可以通過系統(tǒng)的前置電路把其轉(zhuǎn)換成可供采樣電壓信號(hào)，再通過 AD 轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)處理，由軟件讀出，然后進(jìn)行處理，處理后參數(shù)由液晶顯 示器顯示出來。電網(wǎng)電壓與工作電流的穩(wěn)定是設(shè)備長期運(yùn)行的前提，而功 率表是電壓電流最終的體現(xiàn)方式，因此，對(duì)功率表的測(cè)量顯得尤為重要。 最近幾年，隨著電子、計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體三方面技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)在測(cè)量方面也發(fā)生了巨大的變革。其次，對(duì)相位角的測(cè)量，采用過零比較的方法利用單片機(jī)的定時(shí)器對(duì)電壓與電流過零點(diǎn)的時(shí)間差來進(jìn)行確定，再通過計(jì)算就可以確定電壓與電流的相位差，故功率因數(shù)可以通過查表得到。 信號(hào)處理模塊 首先電壓電流互感器二次測(cè)電壓比較小，且 A/D 轉(zhuǎn)換器只接收 05V直流電壓信號(hào)進(jìn)行處理，故需要對(duì)采樣到的小交流信號(hào)進(jìn)行放大、整流，整流出來的電壓電流信號(hào)通常含比較大的紋 波，所以需要電容和電阻來設(shè)計(jì)平波