基于MCS一51單片機(jī)的諧波檢測儀的研究【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目： 基于單片機(jī)的諧波檢測儀的研究 學(xué) 部： 工學(xué)部 專業(yè)班級(jí)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)0801 學(xué) 號(hào)： xxxxxxxxx 學(xué)生姓名： xxxx 指導(dǎo)教師姓名： xxxx 指導(dǎo)教師職稱： 講 師 二o一 二年 六 月三日摘 要本文首先介紹了諧波分析算法的理論依據(jù)。在廣泛使用的fft算法的基礎(chǔ)上，對(duì)諧波檢測的對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。本文完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和仿真。硬件電路以mcs一51單片機(jī)為核心，配以適當(dāng)?shù)耐鈬涌陔娐穪硗瓿筛黜?xiàng)功能。主要包括ad采樣電路、數(shù)據(jù)處理電路(單片機(jī))、d/a轉(zhuǎn)換器。軟件設(shè)計(jì)以快速傅立葉變換(f

2、ft)為主要部分，通過對(duì)所采集的數(shù)據(jù)來測量電參數(shù)。進(jìn)行了相關(guān)軟件算法的設(shè)計(jì)，完成每周期256點(diǎn)的離散采樣，由單片機(jī)進(jìn)行基2一fft運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果可用于63次以下的諧波分析。系統(tǒng)程序采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，在軟件設(shè)計(jì)中對(duì)每個(gè)模塊都完成了框圖設(shè)計(jì)和相關(guān)的編碼設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字：單片機(jī)；諧波檢測；fftabstractthis paper first introduced the harmonic analysis algorithm theory basis. in the extensive use of fft algorithm, on the basis of the object of harm

3、onic detection of data analysis, for the design of the system with reference data. we completed a hardware circuit and the design of system simulation. hardware circuit to 51 single-chip microcomputer is a mcs, match with appropriate interface circuit to the periphery of the complete all the functio

4、n. mainly includes a/d sampling circuit, data processing circuits (scm), d/a converter. the software design with fast fourier transform (fft) as the main part, from all the data to measure electric parameters. some software algorithm design, complete each cycle of discrete sampling 256 points, by mc

5、u and 2 a fft calculation, the operation result can be used for 63 times of the harmonic analysis. system programming the modularized design thought, in the software design of each module completed the block diagram design and relevant code design.key word: single chip microcomputer;the harmonic det

6、ection; fft目 錄1前言11.1目的意義11.2 諧波檢測的現(xiàn)狀11.3 本文研究內(nèi)容21.3.1 諧波檢測的仿真設(shè)計(jì)思路21.3.2課題的主要任務(wù)22系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)22.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1.1數(shù)據(jù)采集模塊32.1.2 d/a轉(zhuǎn)換器與51的接口模塊42.1.3顯示模塊62.1.4系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)72.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)72.2.1數(shù)據(jù)采集軟件模塊92.2.2算法實(shí)現(xiàn)92.2.3.開方在單片機(jī)中的原理103.系統(tǒng)仿真124結(jié)論14參考文獻(xiàn)15附錄：161前言諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒

7、毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂8。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。1.1目的意義由于諧波的危害，給生產(chǎn)生活帶來了嚴(yán)重的危害，就有必要去檢測它，主要有以下這些方面的意義：首先，它可以提高企業(yè)設(shè)備的供電質(zhì)量，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，減少因設(shè)備誤動(dòng)作而造成的經(jīng)濟(jì)損失；其次，可以減少諧波電流在輸配電線路上產(chǎn)生的損耗，同時(shí)降低用電設(shè)備發(fā)熱，減少絕緣老化，從而提高設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用；第三，諧波治理能夠減少電網(wǎng)11中補(bǔ)償電容器的諧振機(jī)率7，同時(shí)，減少諧波對(duì)系統(tǒng)

8、信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，增加系統(tǒng)的可靠性；第四，可以減少諧波對(duì)公共電網(wǎng)的污染。1.2 諧波檢測的現(xiàn)狀對(duì)于國內(nèi)外來說，主要是對(duì)諧波的治理方面的研究。因?yàn)闄z測到諧波的存在就得去治理它，畢竟諧波是有危害的，主要表現(xiàn)在以下這些方面，諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲12，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。目前對(duì)諧波的治理主要采用兩種方法無源濾波裝置和有源濾波器；無源濾

9、波裝置主要采用lc回路，并聯(lián)于系統(tǒng)中，lc回路的設(shè)定，只能針對(duì)于某一次諧波，即針對(duì)于某一個(gè)頻率為低阻抗，使得該頻率流經(jīng)為其設(shè)定的lc回路，達(dá)到消除（濾除）某一頻率的諧波的目的。lc回路在濾除諧波的同時(shí)，在基波對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。這種濾波裝置簡單，成本低，但不能濾除干凈。其主要元件為投切開關(guān)、電容器、電抗器以及保護(hù)和控制回路。有源電力濾波器，這種濾波器是用電力電子元件產(chǎn)生一個(gè)大小相等，但方向相反的諧波電流，用以抵銷網(wǎng)絡(luò)中的諧波電流，這種裝置的主要元件是大功率電力電子器件，成本高，在其額定功率范圍內(nèi)，原則上能全部濾除干凈。綜合現(xiàn)有的文獻(xiàn)，國內(nèi)外對(duì)apf的研究主要集中在三個(gè)方面：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無功、諧波

10、和負(fù)序檢測算法，電流跟蹤控制算法。1.3 本文研究內(nèi)容1.3.1 諧波檢測的仿真設(shè)計(jì)思路諧波分析通常采用傅立葉變換理論。目前，基于傅立葉變換理論的fft技術(shù)已相當(dāng)成熟，且fft是目前諧波檢測中應(yīng)用最廣泛的一種諧波檢測方法。因此在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，我們采用fft算法作為諧波檢測方法。fft算法的核心單元是蝶型運(yùn)算。一個(gè)點(diǎn)fft，需要進(jìn)行m次蝶型運(yùn)算。在fft運(yùn)算中，涉及到算子(第l級(jí)第j個(gè)算子x(j)與蝶型因子的乘法運(yùn)算。根據(jù)復(fù)數(shù)乘法法則，可以看作是正弦值和余弦值的組合，由于余弦函數(shù)可以用正弦來替代，為了程序查表方便，程序預(yù)制正弦表并按照規(guī)律存放。正弦表在固化到程序存儲(chǔ)器前，要進(jìn)行歸一化處理。程序

11、采樣完畢后，先讀取正弦表，然后調(diào)用fft子程序10。1.3.2課題的主要任務(wù)本課題的主要任務(wù)是在基于at89c51的基礎(chǔ)上，來擴(kuò)展外圍電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的檢測，整個(gè)系統(tǒng)的搭建都是在protues環(huán)境下進(jìn)行。在此環(huán)境下，選擇了一款傅里葉分析表，對(duì)經(jīng)過處理后的波形，觀察其的幅頻特性曲線，從而直觀的去了解什么是基波，1次諧波，3次諧波等正弦波，總的來說，就是基于protues的諧波檢測的利用。proteus isis 是一款集電子仿真、單片機(jī)仿真于一體的 eda 軟件，是極具競爭力的仿真軟件。proteus isis 可以仿真各種復(fù)雜的輸入電壓、電流信號(hào)，因此，很容易用來仿真諧波信號(hào)的輸入。在prot

12、eus isis 中，可以仿真各種單片機(jī)，這些單片機(jī)可以根據(jù)各種輸入信號(hào)，如按鍵、標(biāo)準(zhǔn)與自定義波形、運(yùn)行程序，并與仿真各種接口芯片進(jìn)行通信、仿真 led 數(shù)碼管或 lcd 顯示。因此，將 proteus isis 應(yīng)用于諧波檢波器的設(shè)計(jì)，既經(jīng)濟(jì)又方便，使得選擇這款仿真軟件成為必然。2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)單 片 機(jī)數(shù)據(jù)采集a/dd/a0832顯 示信號(hào)預(yù)處理圖2-1系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)只是在protues下的仿真，對(duì)于信號(hào)的預(yù)處理這個(gè)模塊就簡化了，直接給出模擬信號(hào)，讓adc008對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理。2.1.1數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊主要用的是adc0808芯片圖2-2 adc0808adc

13、0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。adc0808是adc0809的簡化本，功能基本相同。一般在硬件仿真時(shí)采用adc0808進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用adc0809進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。adc0808是cmos單片型逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型a/d轉(zhuǎn)換器。2.1.2 d/a轉(zhuǎn)換器與51的接口模塊圖2-3 dac0832dac0832是8分辨率的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片34。與微處理器完全兼容。這個(gè)da芯片以其價(jià)格低廉

14、、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。d/a轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位dac寄存器、8位d/a轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。d/a轉(zhuǎn)換器用來將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。它的基本要求是輸出電壓vo應(yīng)該和輸入數(shù)字量成正比，即：vo=d*vr 其中， vr為參考電壓。每一個(gè)數(shù)字量都是數(shù)字代碼的按位組合，每一位數(shù)字代碼都有一定的“權(quán)”，對(duì)應(yīng)一定大小的模擬量。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，應(yīng)該將其每一位都轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后求和既可得到與數(shù)字量成正比的模擬量。 da轉(zhuǎn)換器可分成兩大類：1.直接da轉(zhuǎn)換器是指直接將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出的模擬信號(hào)。2.間接da轉(zhuǎn)換器是先將輸入的數(shù)字

15、信號(hào)轉(zhuǎn)換為某種中間量，然后再把這種中間量轉(zhuǎn)換成為輸出的模擬信號(hào)。其中，間接da轉(zhuǎn)換方式在集成da轉(zhuǎn)換器中很少使用。d0d7：8位數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))；ile：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；cs：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；wr1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ile、cs、wr1的邏輯組合產(chǎn)生le1，當(dāng)le1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，le1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；xfer：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；wr2：dac寄存器

16、選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由wr2、xfer的邏輯組合產(chǎn)生le2，當(dāng)le2為高電平時(shí)，dac寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，le2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入dac寄存器并開始d/a轉(zhuǎn)換iout1：電流輸出端1，其值隨dac寄存器的內(nèi)容線性變化；iout2：電流輸出端2，其值與iout1值之和為一常數(shù)；rfb：反饋信號(hào)輸入線，改變r(jià)fb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；vcc：電源輸入端，vcc的范圍為+5v+15v；vref：基準(zhǔn)電壓輸入線，vref的范圍為-10v+10v；agnd：模擬信號(hào)地dgnd：數(shù)字信號(hào)地 dac0832的工作方式：根據(jù)對(duì)dac0832的

17、數(shù)據(jù)鎖存器和dac寄存器的不同的控制方式，dac0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。dac0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖dac0832是采樣頻率為八位的d/a轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使dac0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路d/a異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。在進(jìn)行仿真的時(shí)候，可以觀察到，如果不外提供電源的話，dac0832的數(shù)據(jù)輸入口呈現(xiàn)出灰色。這種情況表明憑借8051端口的輸出電壓，不能夠驅(qū)動(dòng)dac0832，故的需要外加一個(gè)上拉電阻，如圖2-4所示。如圖2-4 dac0832另外在使用dac0832時(shí)因考慮的一

18、些因素，如分辨率、線性度、轉(zhuǎn)化精度以及建立時(shí)間。分辨率這里指最小輸出電壓（對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量只有最低有效位為“1”）與最大輸出電壓（對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出信號(hào)所有有效位全為“1”）之比。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)最低位的模擬信號(hào)電壓數(shù)值越小，也就越靈敏。線性度通常用非線性誤差的大小表示da轉(zhuǎn)換器的線性度。并且，把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)，定義為非線性誤差。轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出。這個(gè)轉(zhuǎn)換誤差應(yīng)該是非線性誤差、比例系數(shù)誤差以及漂移誤差等綜合誤差。所謂建立時(shí)間，系指數(shù)模擬轉(zhuǎn)換器中的輸入代碼有滿度值的變化時(shí)，其輸出模擬信號(hào)電壓（或模擬信號(hào)電流）達(dá)到滿刻

19、度值的1/2lsb（或滿刻度值差百分之多少）時(shí)所需的時(shí)間。 2.1.3顯示模塊在顯示模塊選用了tl082雙運(yùn)算放大器，把da轉(zhuǎn)換后的微小電壓放大；tl082是一通用的j-fet雙運(yùn)算放大器。其特點(diǎn)有：較低的偏置電壓和偏置電流；輸出設(shè)有短路保護(hù)；輸入級(jí)具有較高的輸入阻抗；內(nèi)建頻率補(bǔ)償電路；較高的壓擺率。最大工作電壓：vccmax=18v;圖2-5顯示電路2.1.4系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖2-6系統(tǒng)整體構(gòu)成2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)，選擇c語言作為軟件編寫語言。其編譯環(huán)境選擇了keil。keil c519 是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語

20、言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。keil提供了包括c編譯器、宏編譯器、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在儀器。運(yùn)行keil軟件需要win98、nt、win2000、winxp等操作系統(tǒng)。如果你使用c語言編程，那么keil幾乎是你的不二之選，即使不使用c語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。以下是本系統(tǒng)的整體流程圖：開始啟動(dòng)adc0808是否轉(zhuǎn)換結(jié)束yn打開oe單片機(jī)從中讀取數(shù)據(jù)繼續(xù)等待判斷eocyn在單片機(jī)中進(jìn)行fft變換輸出到dac0832顯示結(jié)束

21、圖2-7軟件流程圖2.2.1數(shù)據(jù)采集軟件模塊adc0808的啟動(dòng)，在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，只選擇了一路外部模擬信號(hào)作為輸入，所以在選路端，abc同時(shí)接地，已達(dá)到選擇第一路信號(hào)。所以從單片機(jī)引出來的控制線，主要是控制start、eoc以及oe。在程序運(yùn)行前，對(duì)其進(jìn)行定義。sbit oe= p37;sbit eoc=p36;sbit start=p35;oe=0;/初始化start=0;/初始化start =1;/啟動(dòng)_nop_();_nop_();start =0;_nop_();_nop_();while（!eoc）;等待判斷是否轉(zhuǎn)換結(jié)束；oe=1；從中讀取數(shù)據(jù)；把從adc0808中讀取的數(shù)據(jù)，存放在

22、一個(gè)數(shù)組里面，為進(jìn)行傅里葉變換做準(zhǔn)備；2.2.2算法實(shí)現(xiàn)在單片機(jī)中進(jìn)行如下編程控制10；void fft( int xr , int xi ) / /初始化及倒序/ /fft算法for(l = 1; l 0) b = b3 2; i - - ; for( j = 0; j 0)p = p3 2; i - - ; p = p3 j;for( k = j; k = 128; k = k + 23 b) / /第三層循環(huán)fft(xr, xi) ; 在fft算法中，蝶形運(yùn)算是怎么樣的。2點(diǎn)dft運(yùn)算稱為蝶形運(yùn)算,而整個(gè)fft就是由若干級(jí)迭代的蝶形運(yùn)算組成,而且這種算法采用原位運(yùn)算,故只需n個(gè)存儲(chǔ)單元。

23、圖2-8 蝶形運(yùn)算2.2.3.開方在單片機(jī)中的原理 因?yàn)榕虐娴脑?，用pow(x,y)表示x的y次冪，用b0，b1，.，bm-1表示一個(gè)序列， 其中x為下標(biāo)。 假設(shè)： bx,bx都是二進(jìn)制序列,取值0或1。 m = bm-1*pow(2,m-1) + bm-2*pow(2,m-2) + . + b1*pow(2,1) + b0*pow (2,0) n = bn-1*pow(2,n-1) + bn-2*pow(2,n-2) + . + b1*pow(2,1) + n0*pow (2,0) pow(n,2) = m (1) n的最高位bn-1可以根據(jù)m的最高位bm-1直接求得。 設(shè) m 已知,因?yàn)?/p>

24、 pow(2, m-1) = m = pow(2, m)，所以 pow(2, (m-1)/2) = n = pow(2, m/2) 如果 m 是奇數(shù)，設(shè)m=2*k+1, 那么 pow(2,k) = n pow(2, 1/2+k) n = pow(2, k-1/2) pow(2, k-1), n-1=k-1,n=k=m/2 所以bn-1完全由bm-1決定。 余數(shù) m1 = m - bn-1*pow(2, 2*n-2) (2) n的次高位bn-2可以采用試探法來確定。 因?yàn)閎n-1=1，假設(shè)bn-2=1，則 pow(bn-1*pow(2,n-1) + bn-1*pow(2,n-2), 2) = b

25、n-1*pow(2,2*n-2) + (bn-1*pow(2,2*n-2) + bn-2*pow(2,2*n-4), 然后比較余數(shù)m1是否大于等于 (pow(2,2)*bn-1 + bn-2) * pow(2,2*n-4)。這種比較只須根據(jù)bm-1、bm-2、.、b2*n-4便可做出判斷，其余低位不做比較。 若 m1 = (pow(2,2)*bn-1 + bn-2) * pow(2,2*n-4), 則假設(shè)有效，bn-2 = 1； 余數(shù) m2 = m1 - pow(pow(2,n-1)*bn-1 + pow(2,n-2)*bn-2, 2) = m1 - (pow(2,2)+1)*pow(2,2*

26、n-4)； 若 m1 (pow(2,2)*bn-1 + bn-2) * pow(2,2*n-4), 則假設(shè)無效，bn-2 =0； 余數(shù) m2 = m1。 (3) 同理，可以從高位到低位逐位求出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，尤其是開始時(shí)比較的位數(shù)很少，所以消耗的時(shí)間遠(yuǎn)低于牛頓迭代法。 在進(jìn)行了大量的資料的收集和比對(duì)，在顯示部分選擇了，用圖表仿真，這樣的效果是比較直觀的，選擇的分析儀是fourier（傅里葉分析）。在之前的學(xué)習(xí)中，對(duì)一這方面的運(yùn)用是空白的，有必要去了解它如何使用。傅里葉分析方法用于分析一個(gè)時(shí)域信號(hào)的

27、直流分量、基波分量和諧波分量，即把被測結(jié)點(diǎn)處的時(shí)域變換信號(hào)作為離散傅里葉變換，求出它的頻域變換規(guī)律，將被測結(jié)點(diǎn)的頻譜顯示在分析窗口中。在進(jìn)行傅里葉分析時(shí)，必須先選擇被分析的節(jié)點(diǎn)，一般將電路中的交流激勵(lì)源的頻率設(shè)為基頻，若在電路中有幾個(gè)交流電源時(shí)，可將基頻設(shè)在這些電源頻率的最小公因數(shù)上。proteues isis系統(tǒng)為模擬電路頻域分析提供了傅里葉分析圖表，使用該圖表可以顯示電路的頻域分析。以下簡單介紹一下如何使用fourier12。首先，單擊工具箱中的simulation graph按鈕。在對(duì)象選擇器中將出現(xiàn)各種仿真分析所用的圖表（如：模擬、數(shù)字、噪聲、混合和a/c變換等），選擇fourier仿

28、真圖形；光標(biāo)指向編輯窗口，按下左鍵拖出一個(gè)方框，松開左鍵確定方框的大小，則傅里葉分析圖表被添加到原理圖。其次，添加探針，在需要測試的節(jié)點(diǎn)上添加電流或者電壓探針并將探針添加到fourier表中，這里可以直接拖拽探針到fourier表中，也可以通過添加圖線來完成。最后，進(jìn)行仿真，選擇graph simulate菜單項(xiàng)，開始仿真。圖表也隨仿真的結(jié)果進(jìn)行更新。圖2-9 傅里葉分析圖表3.系統(tǒng)仿真諧波有效值計(jì)算按照上式編程計(jì)算，程序執(zhí)行過程中，對(duì)系統(tǒng)操作和發(fā)生的各項(xiàng)事件如各種故障信息和操作事件進(jìn)行記錄，為系統(tǒng)維護(hù)提供依據(jù)。仿真效果如下：圖3-1 fft變換圖為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的諧波分析算法的正確性，算法的驗(yàn)證采

29、用方波作為輸入的128點(diǎn)fft，其諧波分析的結(jié)果與用matlab中的運(yùn)算進(jìn)行比較。方波經(jīng)過fft運(yùn)算之后應(yīng)該是一個(gè)sinc函數(shù)。圖3-2給出方波原始數(shù)據(jù)實(shí)部為方波幅值5，虛部為零的諧波分析計(jì)算波形?？梢钥吹剑?jīng)過fft運(yùn)算之后的實(shí)部、虛部及求模后的波形是一個(gè)sinc函數(shù)。圖3-2 方波傅里葉變換4結(jié)論課題是經(jīng)過廣泛的查閱資料、反復(fù)推敲實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出來的。在這個(gè)過程中，不斷有新的方法思路出現(xiàn)，改變甚至取消原定的方法。整個(gè)系統(tǒng)的目的、基本理論依據(jù)、完成的功能始終是明確的，但具體實(shí)現(xiàn)上還是出現(xiàn)很多問題。由于時(shí)間上的限制，課題中還有未完成的工作和需進(jìn)一步研究。由于單片機(jī)的性價(jià)比高，因此在數(shù)據(jù)采集及頻譜分析

30、系統(tǒng)中往往取代dsp芯片而被廣泛使用。在數(shù)字信號(hào)處理中，離散傅里葉變換(discrete fourier transform，dft)是常用的變換方法，它在各種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中扮演著重要的角色。快速傅里葉變換(fast fourier transfonn，fft)并不是與離散傅里葉變換不同的另一種變換，而是為了減少dft計(jì)算次數(shù)的一種快速有效的算法，且它們都是為了將信號(hào)變換到頻域并進(jìn)行相應(yīng)的頻譜分析。雖然fft是一種快速的運(yùn)算方法，但是為了計(jì)算n點(diǎn)的fft依然需要nlog2n次加法和05nlog2n次乘法。當(dāng)n比較大時(shí)，其運(yùn)算復(fù)雜度對(duì)ram的需求也是很大的。在本文中，我們探討了如何優(yōu)化fft

31、算法，并將其在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)重要的問題是開方在單片機(jī)中的運(yùn)行問題。我在keil下進(jìn)行過嘗試，直接寫的開方，單片機(jī)是不能運(yùn)行的，算法需要改進(jìn)，或者自己編寫開發(fā)函數(shù)。要在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)開根號(hào)的操作。目前開平方的方法大部分是用牛頓迭代法。我在查了一些資料以后找到了一個(gè)比牛頓迭代法更加快速的方法。參考文獻(xiàn)1周潤景基于protues的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真北京航空航天大學(xué)出版社，20062朱清慧protues教程-電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真清華大學(xué)出版，2008.93潘新明微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)用教程電子工業(yè)出版社，2006.14張友德單盤微機(jī)原理、運(yùn)用與實(shí)驗(yàn)第五版，復(fù)旦大學(xué)出版社，20035丁玉美

32、,數(shù)字信號(hào)處理第二版，西安電子科技大學(xué)出版社，2000.126廖志凌,三相三線制系統(tǒng)中零序諧波對(duì)諧波檢測的影響,江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2005年03期7李強(qiáng)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的幾中基礎(chǔ)編程技術(shù)電子世界，2002（10）：31-33.8 趙玲 吳文軍，電力諧波實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的研究，華東電力，2001年第6期9耿國強(qiáng) 李振軍基于keil c51的單片機(jī)仿真器的研究與實(shí)現(xiàn)甘肅科技，200723（6）：45-4610伍文平 李永紅 張明，基于單片機(jī)的fft算法分析與實(shí)現(xiàn)，科學(xué)技術(shù)與工程，2009年8月第16期11 羅安電網(wǎng)諧波治理和無功補(bǔ)償技術(shù)及裝備m北京：中國電力出版社，200612 wager v

33、 eeffects of harmonics on equipmentjieee tram on pd，1993，8(2)：672680附錄：#include#include#include#include#define pi 3.1415926#define n 8/void sine_out();voidchushihua();voiddac0832();void mefft(float pr,float pi,int n,float fr,float fi);void meifft(float fr,float fi,int n,float pr,float pi);void delay_us(unsignedinttime);void delay_ms(unsignedinttime);sbit oe=p37;sbit eoc=p36;sbit star=p35;sbitkey=p32;sbit d1=p20;sbitcs=p27;sb