【正文】 用戶可調(diào)節(jié)電阻 R 得到要求的輸出電壓。輸入電壓經(jīng)限流電阻 R，使流過 SPT204A 電壓互感器原邊產(chǎn)生一個(gè) 2mA 的額定電流，此時(shí)副邊會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相同的電流。 SPT204A 是一款毫安級(jí)精密電壓互感器，輸入額定電壓、電流為 100V、 2mA。 圖 42 電源系統(tǒng)末級(jí)電路 某某大學(xué)畢業(yè)論文 30 電壓電流測(cè)量電路的設(shè)計(jì) 電壓互感器與電流互感器主要有兩個(gè)作用：在儀表不能對(duì)被測(cè)電壓和電流進(jìn)行直接測(cè)量時(shí)，對(duì)電壓和電流進(jìn)行變化以擴(kuò)大儀表的使用范圍及使儀表與主回路隔離，保證工作人員和儀表的安全。此外，開關(guān)電源是一個(gè)干擾源，對(duì)別的電路有一定的影響。 根據(jù)系統(tǒng)在 5V電源上消耗的電流以及體積、成本等方面的考慮，前級(jí)電路可以使用開關(guān)電源，也可 以使用模擬電 源。因此，就需要前級(jí)電路來解決這個(gè)問題。 前級(jí)電源電路設(shè)計(jì) 雖然 SPX1l17 允許的輸入電壓可達(dá) 20V，但太高的電壓會(huì)使芯片的發(fā)熱量上升，影響芯片的性能。同時(shí)， SPXl1l7 具有過流及過壓保護(hù)和 3 端固定或可調(diào)節(jié)電 壓輸出等特點(diǎn)。 SPXl1l7 為一個(gè)低功耗正向電壓調(diào)節(jié)器，在滿負(fù)載時(shí)其低壓差僅為 。 末級(jí)電源電路設(shè)計(jì) 從 LPC2292 的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，其 消耗電流的極限是 70mA，為了保證可靠性并為以后升級(jí)留下余量，電源系統(tǒng) 能夠提供的電流應(yīng)當(dāng)大于 300mA，電源系統(tǒng) 某某大學(xué)畢業(yè)論文 29 能提供 600mA 電流即可。如果不使用 LPC2292 的 A/D 功能，模擬電源和數(shù)字電源可以不分開供電。 LPC2292 具有 4 組電源輸入 ： 數(shù)字 ，數(shù)字 、模擬 。 在互感元器件中，忽略互感器本身的功率損耗，可以近似視為： P1 2P? （ ） 即可認(rèn)為： 2211 UIUI ? （ ） 即： 1221 IIUU? （ ） 又由于在互感元件中，電壓可由下式表示： ??? ?? ??2211 fNU fNU （ ） 其中： U1 、 U2 分別表示原、副線圈的電壓 f 代表電流、電壓的頻率 電源 電路的設(shè)計(jì) 電源系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，具有極其重要的作用。故此，電流先經(jīng)過電流互感器（ CT）進(jìn)行電流變換和電壓經(jīng)過電壓互感器（ PT）進(jìn)行電壓變換，將 05A 電流、 0220V電壓轉(zhuǎn)換為 電流、 05V電壓，從而可以安全進(jìn)行測(cè)量。 某某大學(xué)畢業(yè)論文 27 第 4 章 硬件電路設(shè)計(jì)與軟件編程實(shí)現(xiàn) 總體硬件方案 所研制的電力參數(shù)采集系統(tǒng)由以下主要硬件組成： 從圖中可以看出系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分 ： .微處理器 ： LPC2292； .外圍存儲(chǔ)器 ： 用來存放數(shù)據(jù)和程序 ； .RS232 接口 ： 用于與上位機(jī)或其他外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ； .CAN 接口模塊 ： 提供串行數(shù) 據(jù)傳輸，方便工業(yè)設(shè)備測(cè)控單元互連 ； .LCM 液晶顯示模塊 ： 提供液晶顯示功能，滿足人機(jī)交換 ； .鍵盤 ： 可以輸入數(shù)據(jù)，控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài) ； .電源模塊 ： 為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，是整個(gè)系統(tǒng)的工作的基礎(chǔ) ； 液晶顯示 模塊 鍵盤 電平轉(zhuǎn)換芯片 CAN 控制模塊 LPC2292 電源模塊 復(fù)位模塊 同步采樣 RS232接口 外部存儲(chǔ)器 圖 41 基本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 某某大學(xué)畢業(yè)論文 28 .復(fù)位模塊 ： 負(fù)責(zé)將微處理器初始化為某個(gè)確定的狀態(tài)。 本章 小結(jié) 本章主要講述了本設(shè)計(jì)所使用的關(guān)鍵元器件。 在選擇 A/D變換器時(shí)還要考慮同步采樣的問題。因此一般 A/D的量化誤差應(yīng)取在 %以內(nèi)。本系統(tǒng)屬于測(cè)量儀器，整機(jī)精度應(yīng)該在 %以內(nèi)。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 本系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)不僅用于電壓、電流的有效值、功率等運(yùn)算，還要進(jìn)行頻譜分析。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器的編程可通過幾種方法來實(shí)現(xiàn)：通過內(nèi)置的串行 JTAG接口，通過串口進(jìn)行在系統(tǒng)編程 （ ISP） 和 UART0，或通過在應(yīng)用編程 （ IAP）。 片內(nèi) FLASH程序存儲(chǔ)器 ： 某某大學(xué)畢業(yè)論文 25 LPC2292集成了 256K的 FLASH存儲(chǔ)器系統(tǒng)。 － “ 0”必須寫入 0，并且當(dāng)讀出時(shí)返回 0。 3. 標(biāo)注為“－”、“ 0”或“ 1” 的 SFR 位只能以如下方式讀或?qū)懀? “－”必須寫入 0，但當(dāng)讀出時(shí)不返回任何確定的值（即使向其寫入 0）。 程序存儲(chǔ)器的選擇 對(duì) LPC2292 特殊功能寄存器的訪問必須遵循以下方式： 1. 用戶不要試圖訪問任何未經(jīng)定義的 SFR地址。通過對(duì)一個(gè)單元執(zhí)行兩次相同的寫操作可保證復(fù)位后數(shù)據(jù)的寫入。如果發(fā)生芯片復(fù)位，實(shí)際的 SRAM內(nèi)容將不會(huì)反映最近一次的寫請(qǐng)求（即：在一次“ 熱”芯片復(fù)位后， SRAM不會(huì)反映最后一次寫入的內(nèi)容）。回寫緩沖區(qū)總是保存著軟件發(fā)送到 SRAM的最后一個(gè)字節(jié)。SRAM支持 8位、 16位和 32位訪問。使用在應(yīng)用編程的應(yīng)用程序也可以在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)對(duì) FLAH進(jìn)行擦除和 /或編程，這樣就為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和現(xiàn)場(chǎng)固件的升級(jí)都帶 來了極大的靈活性。該存儲(chǔ)器可用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。該模塊必須由軟件進(jìn)行控制以符合外設(shè)功能管腳在特定應(yīng)用中的需求。每個(gè) VPB外設(shè)在 VPB地址空間內(nèi)都分配了 16k字節(jié)地址空某某大學(xué)畢業(yè)論文 24 間。 AHB到 VPB的橋?qū)?VPB總線與 AHB總線相連。每個(gè)AHB外設(shè)都分配了 16k字節(jié)的地址空間。 LPC2292將 ARM7TDMIS配置為小端 字節(jié)順序。 %) － I/O 操作電壓范圍： ～ V( V177。 (18)可通過個(gè)別使能 /禁止外部功能來優(yōu)化功耗。 (16) 2個(gè)低功耗模式：空閑和掉電。 (14)多達(dá) 46個(gè)（ 64腳封裝）或 112個(gè)（ 144腳封裝）通用 I/O口（可承受 5V電壓）， 12個(gè)獨(dú)立外部中斷引腳（ EIN和 CAP功能）。 (13)向量中斷控制器。 (11)多個(gè)串行接口，包括 2個(gè) 16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) UART、高速 I2C接口 （ 400 kHz） 和 2個(gè)SPI接口。 (9)4路 10位 A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間低至 。 (7)嵌入式跟蹤宏單元 （ ETM） 支持對(duì)執(zhí)行代碼進(jìn)行無干擾的高速實(shí)時(shí)跟蹤。 (6)EmbeddedICERT接口使能斷點(diǎn)和觀察點(diǎn)。 (5)片內(nèi) Boot裝載程序?qū)崿F(xiàn) ISP和 IAP。 128位寬度接口 /加速器實(shí)現(xiàn)高達(dá) 60MHz的操作頻率。 (2)16K字節(jié)靜態(tài) RAM。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟 modem以及其它各種類型的應(yīng)用。 在 64 腳的封裝中，最多可使用 46個(gè) GPIO。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用 16位 Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。 LPC2292 介紹 LPC2292是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的 16/32位 ARM7TDMIS CPU的微控制器，并帶有 128/256k字節(jié) (kB)嵌入的高速 Flash存儲(chǔ)器。 THUMB指令集的 16位指令長度使其可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) ARM代碼兩倍的密度，卻仍然保持ARM的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)是使用 16位寄存器的 16位處理器所不具備的。指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡(jiǎn)單得多。 ARM7TDMIS是通用的 32位微處理器，它具有高性能和低功耗的特性。對(duì)于離散化的周期信號(hào)而言，利用 FFT 可以直接得到波形所含的各頻譜分量，快速傅里葉變換（ FFT）無疑是分析諧波的最好算法之一。 對(duì)于一些特殊的測(cè)溫場(chǎng)合，還可以選用一些專業(yè)型熱電阻，如，測(cè)量固體表面溫度可以選用端面熱電阻，在易燃易爆場(chǎng)合可以選用防爆型熱電阻，測(cè)量震動(dòng)設(shè)備上的溫度可以選用帶有防震結(jié)構(gòu)的熱電阻等。鎧裝熱電阻外保護(hù)套管采用不銹鋼，內(nèi)充高密度氧化物絕緣體，具有很強(qiáng)的抗污染性能和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。 熱電阻的結(jié)構(gòu)形式 和熱電偶溫度傳感器相類似，工業(yè)上常用的熱電阻主要有普通裝配式熱電阻和鎧裝熱電阻兩種型式。 3 四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流 I，把 R 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào) U，再通過另兩根引線把 U 引至二次儀表。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。其中 Pt100 和 Cu50的應(yīng)用最為廣泛。 目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用 于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越??；銅電阻在測(cè)溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過 150 易被氧化。金屬熱電阻一般適用于 200~500℃ 范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為 ： Rt=AeB/t 式中 Rt 為溫度為 t 時(shí)的阻值； A、 B 取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。 熱電阻測(cè)溫 原理： 與熱電偶的測(cè)溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。 （ 3） 具有多點(diǎn)定時(shí)設(shè)備控制電路，便于功能擴(kuò)展 ； （ 4）配 有通信接口，可方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信 ； （ 5） 溫度控制的測(cè)量范圍及精度分別為 ： 溫度 (050℃ )177。本文研制的溫度實(shí)時(shí)控制裝置可在 0~50℃ 的范圍內(nèi)任意設(shè)定溫度值，其附加的通信接口可方便地實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通信，而且便于功能的擴(kuò)展，并可保證溫度度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。 電力儀表內(nèi)溫度檢測(cè)電路原理 環(huán)境條件中的溫度指標(biāo)是許多工作場(chǎng)合的重要參數(shù)， 因此在設(shè)計(jì)時(shí) 需要符合操作規(guī)定的溫度環(huán)境條件。以此類推由于每分解一次降低一階冪次，故可以通過 r 次分解，最后變換成一系列 2 點(diǎn) DFT 的組合，使復(fù)乘次數(shù)大大減少，運(yùn)算速度隨之提高。顯然，這比不通過分解而直接計(jì)算 N 點(diǎn) DFT 的復(fù)乘次數(shù)減少一半。 DFT 和 FFT 運(yùn)算量的比較 在實(shí)際運(yùn)算中復(fù)數(shù)乘法花時(shí)較多，故常以復(fù)乘次數(shù)的多少來估算速度的快慢。尤其 是當(dāng) N 較高時(shí)， FFT 算法得到的改善相當(dāng)可觀，例 如 N= 112 =2048 時(shí) ，直接按 DFT 定義計(jì)算所需的時(shí)間是用 FFT 算法的三百多倍。使用這種方法，在組合輸入和拆散輸出的操作中， FFT 的運(yùn)算量減半。因子 (N/2)2 表示直接計(jì)算 （ N/2） 點(diǎn) DFT 所需要的乘法次數(shù)，而乘數(shù) 2代表必須完成兩個(gè) DFT。 圖 25 8 點(diǎn)基 2 蝶形運(yùn)算圖 某某大學(xué)畢業(yè)論文 18 對(duì)于 N = M2 時(shí)，全部 DFT 運(yùn)算可分解為 M級(jí)蝶形流程圖，進(jìn)行 M次奇偶分解，其中，每級(jí)都包含 N/2 次乘、 N次加減，快速算法的全部運(yùn)算量為： 復(fù)數(shù)乘法： NNMN2log22 ?? 復(fù)數(shù)加法： NNMN 2log?? FFT 的基本思想在于：將原來的 N 點(diǎn)序列分成兩個(gè)較短的序列，這些序列的 DFT 可以很簡(jiǎn)單地組合起來得到原序列的 DFT。 圖 24 基 2 蝶形運(yùn)算圖 由此可得出 8點(diǎn)基 2 的 FFT 流程圖，如圖 25 所示。 如圖 23 所示。輸入序列前先進(jìn)行位倒序成偶數(shù)項(xiàng)和奇數(shù)項(xiàng)，得到 x1(n)和 x2(n)， 分別對(duì)他們作變換得到 X1(K)和 X2(K)。 下面用流程圖來說明兩個(gè) 4 點(diǎn) DFT 變換計(jì)算 8 點(diǎn) DFT 的處理方法。一個(gè)優(yōu)化的 實(shí)數(shù) FFT 算法是一個(gè)組合以后的算法。由 DFT 的定義可以看出，在