簡單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計及仿真.doc

簡單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計及仿真I簡單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計及仿真簡單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計及仿真II摘要數(shù)字式工頻有效值多用表是用來測量工頻交流電的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)的儀器。它采用單片機(jī)的控制運(yùn)算功能，根據(jù)離散積分公式即離散傅立葉變換，基于對電力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行交流采樣的思想，實(shí)現(xiàn)同時對一路工頻交流電的頻率、電壓有效值、電流有效值的測量，用軟件計算分析出有功功率、無功功率、功率因素、電壓基波有效值、電壓諧波有效值等參數(shù)。該設(shè)計分四個模塊：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、鍵盤電路和顯示模塊。數(shù)據(jù)采集采用可編程運(yùn)算放大器PGA103，對大、小信號分別進(jìn)行相應(yīng)放大處理，對信號進(jìn)行等間隔采樣已確保采樣的精確度，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A將被測信號由模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)據(jù)處理以單片機(jī)89C52為核心，對采集信號進(jìn)行精確控制和嚴(yán)格計算；鍵盤電路可以通過按鍵來實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信，當(dāng)有編碼鍵閉合時就可以實(shí)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；顯示部分由74LS164移位寄存器和數(shù)碼管構(gòu)成，主要對單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)在鍵盤電路指令下進(jìn)行動態(tài)顯示。關(guān)鍵詞：工頻有效值；89C52單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)顯示簡單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計及仿真IIIAbstractDigitalfrequeneyRMSmultimeterisanapparatustobeusedforsurveyingtheworkmansfrequencyalternatingcurrenttensionvirtualvalue,theelectriccurrentvirtualvalue,realpowerandreactivepowerandmeritoriousserviceratefactor.Itadoptsthesinglechipcomputercontrolcalculationmeritoriousservicecapacity,andparameterssuchasrealpower,reactivepower,meritoriousservicerateelement,tensionfundamentalharmonicvirtualvalueandtensionharmoniouswavevirtualvalueandsoontheseareseparationtothecalculationbranchtothemeasurementthatonthebasisofthescatteredintegrationformulainimmediatefuturescatteredFouriertransformation,theexchangebassetedontopowersystemparametersamplingideawasachievedtoadjustallthejourneymoreovertheworkmansfrequencyalternatingcurrentfrequencyandthetensionvirtualvalueaswellastheelectriccurrentvirtualvalueinthewayofsoftware.Thedesignisdividedintofourmodules:dataacquisition,datahandling,keyboardelectriccircuitandthedisplaymodule.DataacquisitionadoptingprogramisoperatedtocalculateamplifierPGA103andcanenlargethehandletothegreatandlittlesignalrespectively.Italsocangranteethesamplingawarenessbypickingoutthesignalatintermissionandthenitcanbefathomedthesignaltransformsintothedigitsignalthroughtheanalogsignalbymeansofanalog-digitalconversionutensilAD574A,Thedatahandlingtakesthesinglechipcomputer89C52asthecore,dominatesaccuratelyandenforcerigorouslythecalculationtothecollectingsignal.Thekeyboardelectriccircuitmayachieveman-machinecommunicationbyusingthekey,anditcanworkouttherelevantmeritoriousservicecapacitywhenthecodedthecodedkeyislocked.Thedisplaysectionconsistsof74LS164sdislocationregisterandthenixielightwhereasthemaincorrectonboardcomputerhandledataisliving,thekeyboardcarriesonthedynamicdisplaybelowtheelectriccircuitorder.Keywords:Workmansfrequencyvirtualvalue；89C52singlechipcomputer；dataacquisition；datahandling；datadisplay簡單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計及仿真IV目錄摘要.IAbstract.目錄.緒論.第一章系統(tǒng)方案論證.1第二章核心器件.32.1可編程運(yùn)算放大器PGA103.32.2采樣保持器LF398.32.3并行A/D轉(zhuǎn)換器AD574A.42.4鎖相環(huán)電路.42.5單片機(jī)89C52.52.63-8譯碼器74LS138.6第三章硬件設(shè)計.73.1數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計.73.1.1電流、電壓信號的放大電路.73.1.2數(shù)據(jù)保持部分.83.2單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊.83.3顯示部分.14第四章硬件調(diào)試.16第五章仿真.17結(jié)論.18致謝.19主要參考文獻(xiàn).20附錄.21簡單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計及仿真V緒論在日常的生產(chǎn)、生活和科研中，工頻電無處不在，所謂工頻就是電力供電系統(tǒng)交流電的頻率，我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工頻為50赫茲，即周期為0.02秒，英、美等國規(guī)定的工頻為60赫茲。因此，對工頻電的測量也是一個應(yīng)用廣泛的實(shí)際問題。傳統(tǒng)的測量儀器在使用時需預(yù)先估計待測值的測量范圍，多數(shù)情況下都要從較大量程檔位足次向小量程檔位切換，增加了操作的復(fù)雜性，且易發(fā)生誤操作損壞儀器。本論文設(shè)計的數(shù)字式工頻有效值多用表克服了傳統(tǒng)儀器的缺點(diǎn)，可以測量工頻交流電的電壓、電流有效值，以及有功功率、無功功率和功率因數(shù)等功能，可以實(shí)現(xiàn)測量中的量程自動轉(zhuǎn)換、測試結(jié)果的顯示及測量總諧波的有效值功能。本課題的設(shè)計思路：首先，對電流和電壓信號進(jìn)行放大處理，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過數(shù)碼管顯示出來，其次，對測量的到的電壓和電流進(jìn)行相應(yīng)的計算從而得到所要測量的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對電壓、電流信號分別測量、測量功率時則將電壓、電流信號取出，送到功率測量模塊進(jìn)行測量，模塊采用89C52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程來實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。單片機(jī)系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示測量值。對于電壓、電流信號采樣用可編程放大器進(jìn)行處理。在測量工頻交流電電壓、電流信號，利用鎖相環(huán)對信號倍頻，所得脈沖控制89C52對電壓、電流信號的相位測量。另外，測量功率時，采用雙路保持器對信號采樣保持，做到電壓、電流信號的同時采集，因此，采用單片機(jī)系統(tǒng)使整體結(jié)構(gòu)簡單。采用以89C52為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)顯示、打印、與微機(jī)通信等功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化程度，并且系統(tǒng)所測結(jié)果的精確度很高。本設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)：信號的放大，通過PGA103可編程控制器件來實(shí)現(xiàn)；信號的采集，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ACD574A來實(shí)現(xiàn)；信號的處理，通過單片機(jī)89C52來實(shí)現(xiàn)；鍵盤電路，通過89C52芯片串行口來實(shí)現(xiàn)；數(shù)碼顯示電路，通過74LS164移位寄存器和數(shù)碼管。簡單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計及仿真1第一章系統(tǒng)方案論證總體方案設(shè)計與比較:方案一：系統(tǒng)對電壓，電流信號分別測量，測量功率時則將電壓，電流信號取出，送到功率測量模塊進(jìn)行測量，原理框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)是采用模擬控制方式，硬件電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，功率因數(shù)測量難以實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和運(yùn)算。圖1原理框圖方案二：采用89C52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。單片機(jī)系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示測量值。對于電壓，電流信號采樣可用編程放大器進(jìn)行預(yù)處理。在測量工頻交流電壓，電流信號時，利用鎖相環(huán)對信號倍頻，所得脈沖控制89C52對電壓，電流信號的相位測量。另外測量功率時，采用雙路保持器對信號采樣保持，做到電壓，電流信號的同