【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(zhuǎn)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(dāng)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?yàn)楫?dāng)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(fù)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(fù)的肖特基二極管 ,具有反向 恢復(fù)時間極短的特點(diǎn) ,在電路中起保護(hù)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(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計 (1)ADC0809芯片簡介 ADC0809是帶有 8位 A/D轉(zhuǎn)換器、 8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS組件。它是逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 ADC0809由一個 8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D轉(zhuǎn)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(shè)計 9 存器組成。多路開關(guān)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(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用 于鎖存 A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)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(fù)端。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號輸入端。 . EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平， 轉(zhuǎn)換結(jié)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(dāng) 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(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)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(shè)計 10 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng) ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng) EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸 出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)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(yīng)用說明 :ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連。初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。送要轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換完畢，我們 根據(jù) EOC 信號來判斷。當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 (2)A/D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路原理圖 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設(shè)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(jī)時鐘頻率的六分之一。單片機(jī)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(zhuǎn)換時由單片機(jī)的寫信號和 引腳信號控制 ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)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(jī)控制系統(tǒng)及外圍電路的設(shè)計 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計 在智能化儀 器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)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(yīng)用，是設(shè)計智能化儀器儀表的首選微控制器，單片機(jī)結(jié)合 簡單的接口電路即可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ) ， 也是測控 、 監(jiān)控的重要組成部分 [11]。 單片機(jī)最小系統(tǒng)是在以 MCS51 單片機(jī)為基礎(chǔ)上擴(kuò)展，使其能更方便地運(yùn)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(diǎn)，而且可以大幅度提高被測試的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，稱 為在實(shí)時檢測和自動控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)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(shè)計 鍵盤顯示電路中，鍵盤采用獨(dú)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(shè)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(shè)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(zhuǎn) 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(shè)計 14 同步采樣的設(shè)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(shí)際工程中的采樣很難達(dá)到理想的同步 ,存在同步誤差 ,使數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)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(guān)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(shè)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(shí)現(xiàn)實(shí)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(shù)。 交流采樣技術(shù)是按一定要求對被測信號的瞬時值進(jìn)行采樣 ,然后對采樣值進(jìn)行分析處理 ,并獲取被測量的信息。交流采樣對 A /D轉(zhuǎn)換速度和 CPU處理速度要求較高 ,算法復(fù)雜 ,但交流采樣包含信息量大 ,實(shí)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(shù)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(shè)計的硬件電路來實(shí)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(shí)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(wù)程序中對定時器重置定時值來實(shí)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(diǎn)數(shù) N 來確定定時器時間τ (