【正文】 結(jié)束語(yǔ) 本文提出的交流采樣方法解決了直流采樣硬件 復(fù)雜、實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。打印程序由定時(shí)中斷服務(wù)程序團(tuán)齡閏打印請(qǐng)求標(biāo)志，主程序查詢(xún)到該標(biāo)志時(shí)，執(zhí)行打 印準(zhǔn)備和啟動(dòng)程序，即將打印數(shù)據(jù)裝配成 ASCII字符標(biāo)準(zhǔn)格式存入到外部 RAM的打印緩沖器中。主程序主要完成系統(tǒng)初始化，裝置自檢等任務(wù)。對(duì)頻率的采樣是將交流電信號(hào)經(jīng) LM339 電壓比較器變成方波后送到 8031 的 腳（外中斷 0），由 8031計(jì)數(shù)器 0（工作在方式 1 計(jì)數(shù)初值為 0）在方波保持高電平的時(shí)間內(nèi)對(duì) 8031（采用 12MHz晶振）的內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。 系統(tǒng)的采樣時(shí)間間隔為 。 由于采集的對(duì)象為電壓、電流等模擬量，所以必須經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量以后，才能送入 8031進(jìn)行處理。 二、系統(tǒng)硬件組成 本系統(tǒng)的硬件部分由電源、主機(jī)、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤(pán)輸入電路、顯示器和打印機(jī)輸出電路共 6 第 33 頁(yè) 共 16 頁(yè) 部分組成。 例： 8 位 ADC，單極性輸入 0～ 5V，數(shù)字量為 0～ 255，它能分辨的最小輸入信號(hào)是Δ(5V/256)=20mV，分辨率 = =256 位。 設(shè)連續(xù)信號(hào) X(t)的最高頻率分量為 Fm，以等間隔 Ts（ Ts 稱(chēng)采樣間隔， fs=1/Ts 稱(chēng)為采樣頻率）對(duì) X(t)進(jìn)行采 樣，得到 Xs(t)。時(shí)間是離散的，而信號(hào)依然是離散的稱(chēng)為離散（對(duì)時(shí)間 )的模擬信號(hào)。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。j++)。 P1=0xff。 P1=0xff。 i=m1/10000。 P2=0x20。 P1=display[i]。 i=m1/100%10。 P2=0x08。 P1=display[i]。 for(j=0。 P1=0xff。 P1=0xff。 i=m0/10000。 P2=0x20。 P1=display[i]。 i=m0/100%10。 P2=0x08。 P1=display[i]。 //擴(kuò)大 100 倍 for(j=0。j++)。j++)。i5000。 //調(diào)用電壓顯示子程序 } else xianshi1(sum)。 //有效值計(jì)算 } sum=sqrt(sum/64)+。 //取 x2 最低位 b=b*2。n8。 if(x[j]amp。 } for(j=0。 TF0=0。 //啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 while(ad_busy==0)。i++) //處理 2 通道 { sum=0。 //付初值 TL0=0x0F。) { ad_adr=amp。 //電壓報(bào)警子程序 void main(void) //主函數(shù) { float s,sum。 //LED 顯示庫(kù) void qq(void)。 適當(dāng)選擇掃描速度，利用人眼的“視覺(jué)暫留”作用，使得看上去所有數(shù)碼管是被同時(shí)點(diǎn)亮的，并不察覺(jué)有閃爍現(xiàn)象。 查詢(xún)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)端 EOC，當(dāng)EOC為高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換完成。 它的數(shù)字信號(hào)輸出與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連接。所以，需要通過(guò)兩個(gè) D觸發(fā)器，對(duì) 80C51 的地址允許鎖存信號(hào) ALE輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行四分頻處理，從而得到 500KHz的時(shí)鐘信號(hào)， 為 ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器 提供時(shí)鐘信號(hào) 。當(dāng)電壓超過(guò)其變化范圍時(shí)， 電壓報(bào)警電路將進(jìn)行報(bào)警。 （ 2）關(guān)掉第一個(gè) LED塊，選通第二個(gè) LED 塊，同樣由 8 位 I/O 口輸入要顯示的段碼數(shù)據(jù)，點(diǎn)亮第二個(gè) LED 塊。 4． 7． 2 LED 動(dòng)態(tài)顯示方式 當(dāng)顯示 LED 位數(shù)較多時(shí)，常常 采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 4． 7． 1LED 靜態(tài)顯示方式 當(dāng)使用靜態(tài)顯示方式時(shí)，較小的電流就可以得到較高的亮度，所以很多器件都可以直接驅(qū)動(dòng) LED。 所謂共陰極，即 是把所有的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)，公共陰極接地，這樣當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極加有高電平時(shí)，那個(gè)發(fā)光二極管就被點(diǎn)亮，而加低電平時(shí)則不點(diǎn)亮。 該系統(tǒng)選用發(fā)光二極管 LED 顯示器作為顯示器件，用來(lái)顯示電壓電流的采樣值。 80C51 有 111 條指令，這些指令執(zhí)行的周期并不相等。振蕩器的頻率主要取決于晶體，其范圍為~12MHz，并聯(lián)的電容有微 調(diào)作用，一般取 30pF 左右。上電復(fù)位電路如圖所示： 上電復(fù)位電路 其中電容 C1 和電阻 R1取值要求保證復(fù)位條件，一般 對(duì) 12MH中的晶振， C1 取 4μ F， R1取 10K 歐，可以可靠復(fù)位。 （ 4） RST（第 9 腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端。片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。 4 控制引腳 （ 1） ALE/PROG（第 30 腳）：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。 （第 14 腳）： T0（定時(shí)器 0 外部輸入口）。 （第 10 腳）： RXD（串行輸入口，串行通信時(shí)，信號(hào)由此輸入單片機(jī)）。 P1 口是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，每一位可以直接驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 3 輸入輸出引腳 ~（第 32~39 腳）： P0 口的 8 個(gè)引腳。 GND（第 20 腳）：接電源負(fù)極，即接地。 CPU 的時(shí)鐘頻率可達(dá) 12MHz甚至更高，指令系統(tǒng)中近 50%的指令為單字節(jié)指令，指令執(zhí)行速度快。 （ 4）抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高。 （ 2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比大大超過(guò) Z80 的微型計(jì)算機(jī)。 ADC0808 的時(shí)序如圖所示： 4． 6 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)選擇 Intel 公司生產(chǎn)的 80C51 單片機(jī)， 80C51 單片機(jī)是具有 16 為地址線的 8 位機(jī)，它帶有 4KB 片內(nèi) ROM， 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM，最大工作頻率為 12MHz，同時(shí)，具有 32 條輸入輸出線， 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /控制器， 5 個(gè)中斷源， 1 個(gè)串行口。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 8 路模擬開(kāi)關(guān)的 3 位地址選通輸入端， A為低位地址， C 為高位地址，用來(lái)選擇相應(yīng)的輸入通道。 OE 信號(hào)由 CPU 讀信號(hào)和片選信號(hào)組合產(chǎn)生。轉(zhuǎn) 換結(jié)束到下次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換期間， EOC 保持高電平不變。脈沖式啟動(dòng)，脈沖下降沿有效。 ADC0808 對(duì)輸入模擬量的要求主要有：輸入模擬電壓范圍177。 地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、 B、 C3 個(gè)地址進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。其模擬量輸入范圍為177。 （ 3）雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 U/f 轉(zhuǎn)換具有良好的精度和線性度，頻率輸出動(dòng)態(tài)范圍寬，最高可達(dá) 100kHz. 4． 5． 2 ADC0808 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換原理，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路可以分為以下幾種類(lèi)型： （ 1） 并 行 A/D 轉(zhuǎn)換器。 U/f 轉(zhuǎn)換與上述三種 A/D 轉(zhuǎn)換的不同之處在于：上述三種 A/D 轉(zhuǎn)換輸出的是并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)（也有串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)），而 U/f 轉(zhuǎn)換輸出的則是串 行頻率信號(hào)。 在一個(gè)周期 T 中，輸入電壓 Ui和 R 一直處于充電工作狀態(tài)，恒流源 IR只持續(xù)時(shí)間 t0的反充電過(guò)程。恒流源 IR與模擬開(kāi)關(guān) S 則構(gòu)成對(duì)積分器的反充電回路。由于相減所得到差值電壓小于 1VLSB 為保證第二級(jí) A/D 轉(zhuǎn)換器器的轉(zhuǎn)換精度，將差值放大 25=32 倍，送第二級(jí) 5 位并行比較 A/D 轉(zhuǎn)換器，得到低 5 位輸出。一個(gè) n 位轉(zhuǎn)換器，所用比較器的個(gè)數(shù)為 2n 1，如 8位的并行 A/D 轉(zhuǎn)換器就需要 28 1=255 個(gè)比較器。 從理論上講，并行比較式 A/D 轉(zhuǎn)換只需要一個(gè)時(shí)鐘周期，但實(shí)際上卻占用兩個(gè)周期。這些比較器的輸出結(jié)果送入各段鑒別與門(mén)，各段鑒別與門(mén)輸出結(jié)果為 Cj=1，其余的為 0。 1/2LSB。 3 并行比較式 A/D 轉(zhuǎn)換 并行比較式 A/D 轉(zhuǎn)換又稱(chēng)瞬時(shí)比較 — 編碼式 A/D 轉(zhuǎn)換，是一種轉(zhuǎn)換速度最快、轉(zhuǎn)換原理最直觀的轉(zhuǎn)換技術(shù)。 時(shí)鐘脈沖控制門(mén)，時(shí)鐘脈沖源標(biāo)準(zhǔn)周期 Tc，作為測(cè)量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。當(dāng) U0≥ 0 時(shí)，比較器輸出 Uc為低電平；當(dāng) U00 時(shí)，比較器輸出 Uc為高電平。 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理電路，它由積分器（由集成運(yùn)放 A 組成）、過(guò)零比較器、時(shí)鐘脈沖控制門(mén)和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等幾部分組成。因此在實(shí)際應(yīng)用中需要在逐位比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器前加一采樣 /保持器，以保證在 A/D 轉(zhuǎn)換進(jìn)行期間輸入電壓不發(fā)生變化。因此，轉(zhuǎn)換速度比較快，完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，稱(chēng)為轉(zhuǎn)換時(shí)間，其倒數(shù)稱(chēng)為轉(zhuǎn)換速率。該數(shù)據(jù)正是 A/D 轉(zhuǎn)換購(gòu)得到的數(shù)字量。若Ui≥ U0則作留碼處理，保留 d1=“ 1” ； 若 UiU0則作去碼處理， 使 d1=“ 1”， 1=“ 0” 。 D/A轉(zhuǎn)換的滿(mǎn)量程為 因此，對(duì)于一個(gè) 0～ Umax的直流電壓 Ui,都可以用一組 n 個(gè)二進(jìn)制碼（ d1～ dn）表示，其表示誤差不大于 1LSB(UR 2n)V。寄存器 SAR 中 n 位二進(jìn)制數(shù) d1～ dn的狀態(tài)受邏輯控制電路和電壓比較器的控制。 逐位比較式 A/D 轉(zhuǎn)換電路，一般由邏輯控制與定時(shí)電路、電 壓比較器、逐次逼近邏輯寄存器 SAR、 D/A轉(zhuǎn)換電路和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器等組成。從低通濾波器輸出的信號(hào)通過(guò)采樣保持器進(jìn)行采樣保持，之后再通過(guò)一個(gè)模擬多路開(kāi)關(guān)，用以選擇其中的一路參數(shù)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示。 （ 5） A/D 轉(zhuǎn)換 — 把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，送入計(jì)算機(jī)。 其 工作原理是單片機(jī)依次查詢(xún)各互感器的輸出信號(hào)（電壓、電流互感器輸出的模擬信號(hào)需要經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換）；然后對(duì)單片機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理后通過(guò)顯示塊輸出，同時(shí)還可輸出電壓告警信號(hào)。若信號(hào)中所含最高諧波次數(shù)為 M，根據(jù)乃奎斯特采樣頻率的定義，當(dāng) N≥ 2M+1 滿(mǎn)足時(shí)，上面的電壓電流的有效值表達(dá)式成立， 若不滿(mǎn)足，則存在誤差。 交流采樣算法的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是離散時(shí)間數(shù)據(jù)。 2 電壓電流的測(cè)量原理 電力系統(tǒng)中均為以正弦規(guī)律變化的大電壓大電流 設(shè)正弦電壓電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為： )sin()( tUtU m ?? )sin ()( ?? ?? tItI m 式中， Um、 Im分別為電壓電流的幅值，ω為角頻率，ω =2π f=2π /T(f為頻率， T 為周期 )，Φ為電壓電流的相角差。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y(cè)量的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，因而實(shí)時(shí)性好，相位失真小。它是把交流電壓、電流信號(hào)經(jīng)過(guò)各種變送器轉(zhuǎn)化為 0～ 5V 的直流電壓，再由各種裝置和儀表采集。而要完成對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、控制、報(bào)警，對(duì)電壓、電流參數(shù)的采集與處理是前提。 英文摘要 ............................................................................................................................... 2 第 2 頁(yè) 共 16 頁(yè) 摘要 以 80C51單片機(jī) 為核心，選用并行 8位 ADC0808芯片作為 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，用 LED 數(shù)碼管為顯示器 件，組成了電壓、電流檢測(cè)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)電壓電流監(jiān)測(cè) 目 錄 摘要 ...................................................................................................................................... 2 關(guān)鍵詞 ................................................................................................................................... 2 1緒論 .......