【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)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(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A，B，C 三條地址線的地址信號(hào)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 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN5簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)91 1 0 IN61 1 1 IN7數(shù)字量輸出及控制線：11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)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(hào)。當(dāng)EOC 為高電平時(shí)，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(hào)，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(shí)鐘輸入信號(hào)線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)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(shuō)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(shí)，使 ST 和 OE 信號(hào)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(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào)。是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號(hào)來(lái)判斷。當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)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EA/VP31 X119X218RESET9INT012 INT113 T014T115 37 34 32 23 26 28RD 17WR 16PSEN 29ALE/P 30TXD 11RXD 1089C51CC 6MHzCR+5VDCK ALED7D6D5D4D3D2D1D0CLOCKSTARTALEOEEOCADAADBADCREF(+)IN7REF()ADC0809D03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D413 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1 LE11U?74LS37311IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0U?NORU?NOR簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)10圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路原理圖由于 ADC0809 片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，可利用 89C51 提供的地址鎖存允許信號(hào) 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(shí)鐘頻率的六分之一。單片機(jī)時(shí)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(duì)時(shí)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 AAA0、相連，以選通 IN0IN7 中的一個(gè)通路。將（地址總線 A15）作為片選信號(hào)端，在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)由單片機(jī)的寫(xiě)信號(hào)和 引腳信號(hào)控制 ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存地址的同時(shí)，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào)和 引腳經(jīng) 1 級(jí)或非門(mén)后，產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號(hào)，用以打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器，單片機(jī)結(jié)合簡(jiǎn)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被測(cè)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(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，稱為在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)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(lái)越大。 鍵盤(pán)、顯示電路的設(shè)計(jì)鍵盤(pán)顯示電路中，鍵盤(pán)采用獨(dú)立鍵盤(pán)。按鍵直接與 89C51 的 I/O 口線相連，簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)11通過(guò)讀 I/O 口判斷各 I/O 口線的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的鍵。4 個(gè)數(shù)碼管直接與 89C51 的 P0 口相連，每個(gè)數(shù)碼管用一條選通線。EA/VP31 X119X218RESET9INT012 INT113 T014T115 37 34 32 23 26 28RD 17WR 16PSEN 29ALE/P 30TXD 11RXD 1089C51RRR +5VCC 6MHz+5VCR Q?PNP Q?PNPQ?PNPQ?PNPVCa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS?VCa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS?VCa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS?VCa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpDS?VC圖 鍵盤(pán)顯示電路原理圖簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)12 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置軟件主程序設(shè)計(jì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置軟件的主程序流程圖如圖 所示開(kāi)始初始化同步采樣程序A / D 轉(zhuǎn)換程序鍵盤(pán)程序是否啟動(dòng) ？C 5 1 程序顯示程序Y N 圖 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置主程序流程圖簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)13 同步采樣的分類(lèi)目前,大多都是通過(guò)同步采樣方法建立理論和算法后來(lái)采樣、分析周期電氣信號(hào)。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(cè)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(cè)量精度的關(guān)鍵 [12]。電網(wǎng)交流電氣信號(hào)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(jì)簡(jiǎn)單,計(jì)算方便。但直流采樣法測(cè)量精度直接受整流電路的精度和穩(wěn)定性影響,同時(shí)直流采樣一般只能反映被測(cè)量的單一信息(如有效值) ,無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)的采集,從而造成測(cè)量裝置產(chǎn)生誤差。為了滿足高精度、高穩(wěn)定性測(cè)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(duì)被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣,然后對(duì)采樣值進(jìn)行分析處理,并獲取被測(cè)量的信息。交流采樣對(duì)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(shí)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(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)采樣脈沖的同步。由于電網(wǎng)的頻率并非固定在某一個(gè)值,而是存在一定的偏差,因此需使采樣頻率實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)信號(hào)頻率變化來(lái)減少采樣誤差。(2)軟件同步采樣軟件同步采樣是通過(guò)在定時(shí)中斷服務(wù)程序中對(duì)定時(shí)器重置定時(shí)值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。首先,通過(guò)測(cè)量電網(wǎng)信號(hào)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(lái)確定定時(shí)器時(shí)間τ (τ= T /N ) 。當(dāng)定時(shí)時(shí)間τ到時(shí) , 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)同步采樣。軟件同步采樣不需要專(zhuān)門(mén)的硬件電路 ,成本低 ,只需在程序中設(shè)置中斷程序即可實(shí)現(xiàn) [14]。簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)14 軟件同步采樣的流程圖在軟件設(shè)計(jì)中，主要是兩個(gè)中斷時(shí)間的實(shí)現(xiàn)。AD的采樣觸發(fā)信號(hào)源為F2812 的通用定時(shí)器1的溢出信號(hào)，在定時(shí)器中斷中啟動(dòng)AD采樣，通過(guò)修改F2812的計(jì)數(shù)寄存器可以設(shè)置相應(yīng)的采樣頻率，從而可以設(shè)置AD 的采樣率。利用AD 轉(zhuǎn)換完成信號(hào)觸發(fā)DSP芯片的外部中斷INT1信號(hào)，在外部中斷程序中依次讀取6 通道的采集數(shù)據(jù)。：定時(shí) T 0 入口開(kāi)啟 A D 采樣使能定時(shí)器比較中斷中斷標(biāo)志位復(fù)位清除相應(yīng)的應(yīng)答標(biāo)志位返回圖 定時(shí)器中斷流程圖簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)15開(kāi)始關(guān)閉外部中斷 1依次讀取 6 同道數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)放入 S R A M 中開(kāi)啟外部中斷 1清除相應(yīng)的應(yīng)答標(biāo)志位返回圖 外部中斷INT1程序流程圖 電壓、電流有效值的計(jì)算在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)開(kāi)根號(hào)原理： 假如 和 都是二進(jìn)制序列，取值0或1。?Bb 01222???????? BMmm? 0121 bNnn?2簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)16N的最高位 可以根據(jù)M 的最高位 直接求得。1?nb1?mB設(shè)m已知，因?yàn)?，所以m21??2如果m是奇數(shù)，設(shè) ，那么1k???，112kkN???， ，n??2m如果m是偶數(shù)，設(shè) ，那么k?，12kk??， ，?nn所以 完全有 決定。1?b1?mB余數(shù) 2nM?N的次高位 可以采用試探法來(lái)確定。2?n因?yàn)?，假設(shè) ，則1?b12??nb??22241n nnnb? ????????然后比較余數(shù) 是否大于等于 。這種比較只須根據(jù)1M??2n、 、 ...、 便可作出判斷，其余低位不做比較。1?mB242?nB若 ，則假設(shè)有效， ；余數(shù)??241nb????12??nb；??2421 21nn??????若 ，則假設(shè)無(wú)效， ，余數(shù) 。241*M? 02?n12M同理，可以從高位到低位逐次求出M的平方根N的各位使用這種算法計(jì)算32位數(shù)的平方根時(shí)最多只須比較16次，而且每次比較時(shí)不必把M的各位逐一比較，尤其是開(kāi)始時(shí)比較的位數(shù)很少，所以消耗的時(shí)間遠(yuǎn)簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)17低于牛頓迭代法。根據(jù)相電壓的有效值定義，若 為相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔， 為第kT???kUk個(gè)時(shí)間間隔的電壓采樣的瞬時(shí)值，有 （4??????102NkkTU1）若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等及 為時(shí)間常數(shù) ， ，則有k TN?? （4????102NkU2）同理可得電流的有效值公式： （4?????102NkII3） 電源頻率的計(jì)算結(jié)合實(shí)際情況,采用硬件測(cè)頻的方法。輸入電壓經(jīng)變換、隔離后通過(guò)50 Hz帶通濾波器獲得平滑的正弦波信號(hào),消除經(jīng)方波形成器后整形為上升沿陡峭的方波,然后接入到測(cè)量CPU的可編程計(jì)數(shù)陣列(PCA)模塊,利用其上升沿捕獲功能得到PCA計(jì)數(shù)器在每個(gè)方波周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值 N ,于是輸入電壓的頻率 f為 （4cpf1?4）其中 為PCA 的計(jì)數(shù)頻率。cpf簡(jiǎn)易電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)18 有功功率、無(wú)功功率的計(jì)算(1)有功功率的計(jì)算用 單 片 機(jī) 實(shí) 現(xiàn) cos計(jì) 算 ： 利用高級(jí)語(yǔ)言自動(dòng)生成查表程序。利用高級(jí)語(yǔ)言自動(dòng)生成查表程序的實(shí)質(zhì)就是利用高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算功能，把原本復(fù)雜的計(jì)算轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的查表結(jié)果，以文本文件的形式輸出查表程序，在單片機(jī)編程中將該段程序插入相應(yīng)的程序中去。在應(yīng)用中需要注意的是：查表結(jié)果沒(méi)有小數(shù)，故在計(jì)算輸出時(shí)要四舍五入；查表結(jié)果只能在0～255之間，超出此范圍要加以處理。有一點(diǎn)要注意的是，在插入查表程序時(shí)特別要注意查表程序不能跨過(guò)0～255的頁(yè)面。有 功 功 率 電 能 用 于 做 功 被 消 耗 ， 它 們 轉(zhuǎn) 化 為 熱 能 、 光 能 、 機(jī) 械 能 或 化 學(xué)能 等 ， 稱 為 有 功 功 率 ； 又 叫 平 均 功 率 [15]。 交 流 電 的 瞬 時(shí) 功 率 不 是 一 個(gè) 恒 定值 ， 功 率 在 一 個(gè) 周 期 內(nèi) 的 平 均 值 叫 做 有 功 功 率 ， 它 是 指 在 電 路 中 電 阻 部 分 所消 耗 的 功 率 ， 以 字 母 P表 示 ， 單 位 瓦 特 。 （4??????1Nkkiu5）其中N為一個(gè)電網(wǎng)周期的采樣點(diǎn)數(shù)， 和 分別為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電壓瞬時(shí)值和ki電流瞬時(shí)值。(2)無(wú)功功率的計(jì)算無(wú)功功率本身并不做功，但會(huì)降低傳輸線路的效率并增加其線損，同時(shí)對(duì)一些設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生影響。所以無(wú)功功率是一般電網(wǎng)中非常關(guān)注的一個(gè)參數(shù)。采用公式： （4??????????NkkuiQ146）進(jìn)行計(jì)算，其中N為一個(gè)電網(wǎng)周期的采樣點(diǎn)數(shù)， 和 分別為電流和電壓kiu的瞬時(shí)值。由此求得的無(wú)功功率帶