【導(dǎo)讀】在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部。本論文詳細(xì)的闡述了功率測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和具體設(shè)計(jì)步驟。路的芯片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能和管腳知識(shí)。集測(cè)量、顯示等功能于一體，設(shè)計(jì)完整、結(jié)構(gòu)清晰、操作簡(jiǎn)單。在本設(shè)計(jì)中，是采用對(duì)電路中電壓和電流分別進(jìn)行采樣，本文詳細(xì)論述了硬件電路的組成。利用單片機(jī)完成整個(gè)測(cè)量電路的測(cè)試?？刂?、數(shù)據(jù)處理和顯示輸出。

　　

【正文】 片機(jī)在這個(gè)系統(tǒng)中要與上位機(jī)進(jìn)行通信，所以波特率的設(shè)置是非常必要的，在這個(gè)系統(tǒng)中，我們選用 T1 工作于方式 2 作為波特率發(fā)生器，設(shè) T1 的計(jì)數(shù)器初值為 X，依據(jù)公式 通信處理 調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序 N 初始化程序 調(diào)用顯示子程序 有鍵按下？ 鍵值判別程序 調(diào)用測(cè)量程序 Y 開(kāi)始 功率因數(shù)顯示 電流顯示 電壓顯示 功率顯示 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 波特率 =)256(12322 Xf os cSM O D ???（其中 oscf 為 系統(tǒng)的振蕩頻率在本系統(tǒng)中為）。 由于在本系統(tǒng)中下我們選擇的波特率為 9600，所以我們便可以由上式計(jì)算得 X=0FDH。根據(jù)上面所述我們?cè)O(shè)定 T1 工作于定時(shí)方式 2,T0 計(jì)數(shù)方式 1，串口工作于方式 1。 （ 3） 初始化液晶顯示器，液晶顯示器在重新上電后必須重新初始化才能顯示字符，所以在初始化子程序中此步驟必不 可少。整個(gè)系統(tǒng)的初始化子程序軟件流程圖如圖 42 所示。 圖 42 初始化子程序 初始化程序如下： ORG 0000H START: MOV SP,60H MOV TMOD,21H 。T1 定時(shí)方式 2,T0 計(jì)數(shù)方式 1 MOV TH1,0FDH 。波特率 9600 初始化液晶顯示器 顯示初始畫(huà)面 設(shè)置波特率，串口工作方式 初始化結(jié)束 確定堆棧，清寫(xiě)保護(hù) 設(shè)定定時(shí)器的工作方式 開(kāi)始 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） MOV TL1,0FDH MOV SCON,50H 。串行口方式 1 MOV PCON,00H SETB TR1 CLR RS CLR R_W CLR E CALL CSHEDA 。初始化液晶 CALL DISPLAY （ 4） 測(cè)量子程序 這部分是整個(gè)系統(tǒng)的主要測(cè)量程序，是整個(gè)循環(huán)程序的主體內(nèi)容。這部分我們要完成的主要任務(wù)有電壓和電流之間相位差的測(cè)量、功率因數(shù)的計(jì)算，電壓有效值的測(cè)量、電流有效值的測(cè)量以及功率的 計(jì)算，整個(gè)測(cè)量子程序的流程圖如圖 43 所示 ： 圖 43 測(cè)量子程序流程圖 其中測(cè)量子程序中又包含如下子程序： （ a） 功率因數(shù)的測(cè)量子程序 測(cè)量相位差 查表求功率因數(shù) 測(cè)量電壓有效值 測(cè)量電流有效值 計(jì)算功率 調(diào)用顯示子程序 顯示處理 置顯示標(biāo)志位 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 對(duì)電壓與電流之間相位差的測(cè)量，我們?cè)O(shè)置單片機(jī)的定時(shí)器 TO 采用定時(shí)器計(jì)數(shù)的方式，當(dāng)單片機(jī)的 INT0 由 1 變成 0 產(chǎn)生跳變的時(shí)候，即電壓波形產(chǎn)生負(fù)跳變的時(shí)候，開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng) INT1 由 1 變成 0 產(chǎn)生跳變的時(shí)候，即電流波形產(chǎn)生正跳變的時(shí)候 ，關(guān)閉定時(shí)器 T0。當(dāng) INT0 由 0 變成 1，即電壓波形產(chǎn)生正跳變的時(shí)候再次打開(kāi)定時(shí)器 T0，但當(dāng) INT1 的波形由 0變成 1 的時(shí)候，即電流波形產(chǎn)生負(fù)跳變的時(shí)候，關(guān)閉定時(shí)器 T0。這樣，根據(jù)在定時(shí)器 T0 中所保存的數(shù)值 xT ，通過(guò)公式xxTT ?23600 ? （其中 T 為交流電路頻率， x? 為電壓和電流之間的相位差）得， TTxx 2360?? ，即 236 0/ ?? ?T Txx? ，為了程序 計(jì)算方便我把測(cè)量數(shù)值放大了1000 倍，其中 T 為電路的周期，根據(jù)所測(cè)電路的頻率為 50HZ 可以得到其中 ??T ，又 xT 為 T0 的計(jì)數(shù)值帶入上式，所以便可以計(jì)算出相位角 x? 。然后再通過(guò)查表便可以求出功率因數(shù)。對(duì)功率因數(shù)的測(cè)量子程序流程圖如 44 所示： Y 關(guān)閉 T0 停止計(jì)數(shù) INT0=0? 等待 設(shè) T0 初值 INT0=1? 等待 啟動(dòng) T0 開(kāi)始計(jì)數(shù) INT1=1? 等待 N Y N Y N B 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 44 功率因數(shù)的測(cè)量子程序流程圖 功率因數(shù)測(cè)量子程序如下： LOOP10: MOV TL0,0 。測(cè)相位差 MOV TH0,0 JNB ,$ JB ,$ SETB TR0 …………………… …………………… CCC: MOV DPTR,TABCOS 。功率因數(shù) MOVC A,@A+DPTR MOV R0,GLYSSZ MOV @R0,A （ b） 電壓、電流的有效值的測(cè)量 在編制采樣子程序的時(shí)候，為了克服由于系統(tǒng)的隨機(jī)干擾信號(hào)而引起的隨機(jī)誤差，我們對(duì)同一通道連續(xù)采樣十次，然后將這十次采樣得到的值由大到小進(jìn)行排序，排完后去掉其中的最大值與最小值，對(duì)剩下八個(gè)數(shù)據(jù)取平均值，最后得到的平均值就是本次采樣的最終采樣值。 采樣子程序流程圖如圖 45 所示 。 關(guān)閉 T0 停止計(jì)數(shù) 重新啟動(dòng) T0 開(kāi)始計(jì)數(shù) INT1=0? 等待 Y N B 計(jì)算相位差 計(jì)算功率因數(shù) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 45 采樣子程序流程圖 采樣子程序 ： CY1:PUSH PSW SETB MOV R7,10 。采樣 10 次 MOV R1,SHJJCQ CY2:MOV A,TDJCQ CALL CY2543 MOV @R1,B INC R1 MOV @R1,A INC R1 DJNZ R7,CY2 CALL PXU 。將采樣的數(shù)從大到小排序 CALL QPJZ 。取平均值 MOV A,R4 MOV B,R5 POP PSW RET （ c） 功率的測(cè)量 準(zhǔn)確來(lái)講，功率并不是直接測(cè)出來(lái)的，而是通過(guò)軟件間接的算出來(lái)的。我 們先 通過(guò)測(cè) 量得到 電流 有效值 I ，電 壓有效 值 U 然后根 據(jù)公 式 取平均值 將 PSW 彈出堆棧 返回 采樣 10 次 采樣值按從大到小排序 選定通道與寄存器組 將 PSW 壓棧 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ?cos??? IUP 便可以計(jì)算出功率的數(shù)值，然后再送入 GLSZ 單元。 功率測(cè)試流程圖如圖 46 所示。 圖 46 功率測(cè)試流程圖 測(cè)量功率的子程序如下： MOV DLSZ,A MOV A,R7MOV MOV R2,00H MOV A,GLYSSZ MOV R3,A …………………… …………………… CALL NDIV1 。(R2R3R4R5)/R6R7=R4R5 MOV A,R4 MOV GLSZ,A MOV A,R5 MOV GLSZ+1,A （ 5）顯示處理子程序 該程序主要目的是將我們要顯示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶能顯示的 ASCAL碼送往顯示緩沖區(qū)。在本系統(tǒng)中由于采樣回來(lái)得到的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)液晶并不能直接將其顯示，所以我們要將其轉(zhuǎn)換成液晶可以顯示的 ASCAL 碼。顯示處理流程圖如圖 47 所示。 （ 6）液晶顯示子程序 液晶顯示子程序包括兩個(gè)部分，即液晶初始化子程序和液晶顯示字符取電流值 取功率因數(shù)值 相乘結(jié)果存入 GLSZ 單元 取電壓值 乘以 GLSZ 結(jié)果送入 GLSZ 單元 圖 4.8 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 子程序，液晶如果不經(jīng)過(guò)初始化即使將顯示數(shù)據(jù)送到液晶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器上液晶也不能顯示數(shù)據(jù)，所以我們編制程序的時(shí)候系統(tǒng)初始化的時(shí)候最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就包括了液晶的初始化。液晶的初始化包括了液晶工作方式的設(shè)定、輸入方式設(shè)定、清屏等等。其軟件流程圖如圖 48 所示。 液晶顯示子程序的另一個(gè)部分就是液晶顯示字符的子程序，這個(gè)子程序的功能就是將要顯示的數(shù)據(jù)送到液晶顯示器的顯示 RAM 中，在這個(gè)過(guò)程中最關(guān)鍵的事就是要確定顯示 RAM 的地址，在本次設(shè)計(jì)中，液晶顯示器的第一 行 RAM 對(duì)應(yīng)的地址是從 00H 到 0FH，第二行對(duì)應(yīng)的地址是從 40H到 4FH。顯示子程序具體流程圖如圖 49 所示： 模式符號(hào) U 送顯緩沖區(qū) 電壓值取出 送往緩沖區(qū) 模式符號(hào) I 送緩沖區(qū) 電流值取出 送往緩沖區(qū) 模式符號(hào) P 送顯緩沖區(qū) 功率值取出 D 模式符號(hào) COS 送顯緩沖區(qū) 送往緩沖區(qū) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 顯示處理子程序 流程圖 圖 48 液晶顯示子程序流程圖 圖 49 液晶顯示字符的流程圖 顯示處理程序如下： XSHCL: MOV R0,XSHSZ 。顯示電壓 U: MOV A,55H MOV @R0,A INC R0 …… …… RET 液晶初始化子程序如下： CSHEDA:CLR RS 。寫(xiě)指令 CLR R_W MOV A,30H 。工作方式設(shè)置指令代碼 設(shè)置輸入方式 設(shè)置顯示方式 循環(huán)設(shè)置三次 工作方式設(shè)置指令碼 設(shè)置工作方式 清 屏 返回 設(shè)置 DDRAM 地址 1 送第一行要顯示的數(shù)據(jù) 設(shè)置 DDRAM 地址 2 送第二行要顯示的數(shù)據(jù) 返回 功率因數(shù)值取出 送往緩沖區(qū) D 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） MOV C, MOV DD7,C MOV C, MOV DD6,C MOV C, MOV DD5,C MOV C, MOV DD4,C MOV R5,3 。循環(huán) 3 次 INT11: SETB E CLR