【文章內(nèi)容簡介】 出端 接低電位。兩個輸入端電壓差別大于 10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM339 用在弱信號檢測等場合是比較理想的。 LM339 的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值 [9]。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 (2)SS16 二極管介紹 SS16是一種低功耗、快恢復的肖特基二極管 ,具有反向 恢復時間極短的特點 ,在電路中起保護作用 (3)信號頻率捕捉電路原理圖 R 1 7 10 0KR 2 5 10 0KR 2 81KR 3 23KR 3 610 0KC 1 610 4FC 2 110 4F C 2 20. 6 8R 2 93KV D 1S S 16V D 2S S 16V D 3S S 16V D 4S S 16R 3 0 10 KR 3 310 KUAUBUCO U T 2O U T 1V+IN 1IN 1+IN 2IN 2++ 5 VR 1 810 0K+ 5 VF R E QC 1 310 4F+ 5 VO U T 3O U T 4G N DIN 4+IN 4IN 3+IN 3U3L M 33 9 圖 信號頻率捕捉電路原理圖 A/D 轉換接口電路的設計 (1)ADC0809芯片簡介 ADC0809是帶有 8位 A/D轉換器、 8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS組件。它是逐次逼近式 A/D轉換器，可以和單片機直接接口。 ADC0809由一個 8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設計 9 存器組成。多路開關可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用 A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用 于鎖存 A/D轉換完的數(shù)字量，當 OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù) [10]。 ADC0809各腳功能如下： D7D0： 8位數(shù)字量輸出引腳。 IN0IN7： 8位模擬量輸入引腳。 VCC： +5V工作電壓。 GND：地。 REF（ +）：參考電壓正端。 REF（ ）：參考電壓負端。 START： A/D轉換啟動信號輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號輸入端。 . EOC：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平， 轉換結束時為高電平。 OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 CLK：時鐘信號輸入端（一般為 500KHz）。 A、 B、 C：地址輸入線。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。 A， B 和 C為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 表 ADC0809 的 通道選擇表 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設計 10 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉換啟動信號。當 ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， ST 應保持低電平。 EOC 為轉換結束信號。當 EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸 出轉換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHz， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 ADC0809 應用說明 :ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機直接相連。初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。送要轉換的哪一通道的地址到 A， B， C端口上。在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。是否轉換完畢，我們 根據(jù) EOC 信號來判斷。當 EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 為高電平，轉換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 (2)A/D 轉換電路原理圖 E A /V P31X119X218R E S E T9IN T 012IN T 113T014T115P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728RD17WR16P S E N29A L E /P30T X D11R X D108 9C 51CC6 M H zCR+ 5VDCKA L ED7D6D5D4D3D2D1D0C L O C KS T A R TA L EOEE O CA D D AA D D BA D D CR E F (+ )IN 7R E F ()A D C 0 80 9D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U?7 4L S 3 7311IN 6IN 5IN 4IN 3IN 2IN 1IN 0U?N O RU?N O R 圖 A/D 轉換電路原理圖 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設計 11 由于 ADC0809 片內(nèi)無時鐘，可利用 89C51 提供的地址鎖存允許信號 ALE 經(jīng) D觸發(fā)器 2分頻后獲得， ALE 引腳的頻率是 89C51 單片機時鐘頻率的六分之一。單片機時鐘頻率采用 6MHz，則 ALE 引腳的輸出頻率為 1MHz，再 2分頻后為 500KHz，恰好符合 ADC0809 對時鐘頻率的要求。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，其 8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相 連。地址譯碼引腳 C、 B、 A 分別與地址總線低 3 位 A A A0、相連，以選通 IN0IN7 中的一個通路。將 （地址總線 A15）作為片選信號端，在啟動 A/D 轉換時由單片機的寫信號和 引腳信號控制 ADC 的地址鎖存和轉換啟動，由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809在鎖存地址的同時，啟動并進行轉換。在讀取轉換結果時，用低電平的讀信號和 引腳經(jīng) 1 級或非門后，產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。 單片機控制系統(tǒng)及外圍電路的設計 單片機最小系統(tǒng)的設計 在智能化儀 器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機以高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應用，是設計智能化儀器儀表的首選微控制器，單片機結合 簡單的接口電路即可構成單片機最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎 ， 也是測控 、 監(jiān)控的重要組成部分 [11]。 單片機最小系統(tǒng)是在以 MCS51 單片機為基礎上擴展，使其能更方便地運用于測試系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測試的技術指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱 為在實時檢測和自動控制領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。 鍵盤、顯示電路的設計 鍵盤顯示電路中，鍵盤采用獨立鍵盤。按鍵直接與 89C51 的 I/O 口線相連，通過讀 I/O 口判斷各 I/O 口線的電平狀態(tài)，即可識別出按下的鍵。 4 個數(shù)碼管直接與 89C51 的 P0口相連，每個數(shù)碼管用一條選通線。 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設計 12 E A /V P31X119X218R E S E T9IN T 012IN T 113T014T115P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728RD17WR16P S E N29A L E /P30T X D11R X D108 9C 51RRR+ 5VCC6 M H z+ 5VCRQ?P N PQ?P N PQ?P N PQ?P N PV C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD S ?V C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD S ?V C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD S ?V C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD S ?V C C 圖 鍵盤顯示電路原理圖 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設計 13 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置軟 件的主程序流程圖如圖 所示 開 始初 始 化同 步 采 樣 程序A/D轉 換 程 序鍵 盤 程 序 是否 啟 動 ？C51程 序顯 示 程 序Y N 圖 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置主程序流程 圖 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設計 14 同步采樣的設計 同步采樣的分類 目前 ,大多都是通過同步采樣方法建立理論和算法后來采樣、分析周期電氣信號。由于實際工程中的采樣很難達到理想的同步 ,存在同步誤差 ,使數(shù)據(jù)分析的準確性和測量的精確度受到影響。因此 ,選擇合適的采樣方法、減小同步誤差是提高測量精度的關鍵 [12]。 電網(wǎng)交流電氣信號參數(shù)的采樣方法主要有直流采樣方法和交流采樣方法。直流采樣法是采 集經(jīng)變送器的直流量 ,軟件設計簡單 ,計算方便。但直流采樣法測量精度直接受整流電路的精度和穩(wěn)定性影響 ,同時直流采樣一般只能反映被測量的單一信息 (如有效值 ) ,無法實現(xiàn)實時信號的采集 ,從而造成測量裝置產(chǎn)生誤差。為了滿足高精度、高穩(wěn)定性測量的要求 ,現(xiàn)在普遍采用交流采樣技術。 交流采樣技術是按一定要求對被測信號的瞬時值進行采樣 ,然后對采樣值進行分析處理 ,并獲取被測量的信息。交流采樣對 A /D轉換速度和 CPU處理速度要求較高 ,算法復雜 ,但交流采樣包含信息量大 ,實時性好 ,相位失真小 ,成為目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中主要的采樣方式 [13]。目前工程上使用的同步采樣技術有硬件同步采樣和軟件同步采樣。 (1)硬件同步采樣 硬件同步采樣通過專門設計的硬件電路來實現(xiàn)對被測信號采樣脈沖的同步。由于電網(wǎng)的頻率并非固定在某一個值 ,而是存在一定的偏差 ,因此需使采樣頻率實時跟蹤電網(wǎng)信號頻率變化來減少采樣誤差。 (2)軟件同步采樣 軟件同步采樣是通過在定時中斷服務程序中對定時器重置定時值來實現(xiàn)的。首先 ,通過測量電網(wǎng)信號周期 T, 然后根據(jù)周期 T以及每周期內(nèi)采樣點數(shù) N 來確定定時器時間τ (