簡(jiǎn)單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計(jì)及仿真.doc

簡(jiǎn)單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計(jì)及仿真I簡(jiǎn)單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計(jì)及仿真簡(jiǎn)單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計(jì)及仿真II摘要數(shù)字式工頻有效值多用表是用來(lái)測(cè)量工頻交流電的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無(wú)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(duì)電力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行交流采樣的思想，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)一路工頻交流電的頻率、電壓有效值、電流有效值的測(cè)量，用軟件計(jì)算分析出有功功率、無(wú)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(jì)分四個(gè)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(duì)大、小信號(hào)分別進(jìn)行相應(yīng)放大處理，對(duì)信號(hào)進(jìn)行等間隔采樣已確保采樣的精確度，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A將被測(cè)信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)處理以單片機(jī)89C52為核心，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行精確控制和嚴(yán)格計(jì)算；鍵盤電路可以通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信，當(dāng)有編碼鍵閉合時(shí)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(duì)單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)在鍵盤電路指令下進(jìn)行動(dòng)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(jiǎn)單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計(jì)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(jiǎn)單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計(jì)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(jì).73.1數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì).73.1.1電流、電壓信號(hào)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(jiǎn)單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計(jì)及仿真V緒論在日常的生產(chǎn)、生活和科研中，工頻電無(wú)處不在，所謂工頻就是電力供電系統(tǒng)交流電的頻率，我國(guó)國(guó)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(guó)規(guī)定的工頻為60赫茲。因此，對(duì)工頻電的測(cè)量也是一個(gè)應(yīng)用廣泛的實(shí)際問(wèn)題。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器在使用時(shí)需預(yù)先估計(jì)待測(cè)值的測(cè)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(jì)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(cè)量工頻交流電的電壓、電流有效值，以及有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)等功能，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量中的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、測(cè)試結(jié)果的顯示及測(cè)量總諧波的有效值功能。本課題的設(shè)計(jì)思路：首先，對(duì)電流和電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，其次，對(duì)測(cè)量的到的電壓和電流進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算從而得到所要測(cè)量的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對(duì)電壓、電流信號(hào)分別測(cè)量、測(cè)量功率時(shí)則將電壓、電流信號(hào)取出，送到功率測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量，模塊采用89C52單片機(jī)來(lái)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(lái)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(cè)量值。對(duì)于電壓、電流信號(hào)采樣用可編程放大器進(jìn)行處理。在測(cè)量工頻交流電電壓、電流信號(hào)，利用鎖相環(huán)對(duì)信號(hào)倍頻，所得脈沖控制89C52對(duì)電壓、電流信號(hào)的相位測(cè)量。另外，測(cè)量功率時(shí)，采用雙路保持器對(duì)信號(hào)采樣保持，做到電壓、電流信號(hào)的同時(shí)采集，因此，采用單片機(jī)系統(tǒng)使整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)結(jié)果的精確度很高。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)：信號(hào)的放大，通過(guò)PGA103可編程控制器件來(lái)實(shí)現(xiàn)；信號(hào)的采集，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ACD574A來(lái)實(shí)現(xiàn)；信號(hào)的處理，通過(guò)單片機(jī)89C52來(lái)實(shí)現(xiàn)；鍵盤電路，通過(guò)89C52芯片串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)；數(shù)碼顯示電路，通過(guò)74LS164移位寄存器和數(shù)碼管。簡(jiǎn)單數(shù)字式工頻有效值的設(shè)計(jì)及仿真1第一章系統(tǒng)方案論證總體方案設(shè)計(jì)與比較:方案一：系統(tǒng)對(duì)電壓，電流信號(hào)分別測(cè)量，測(cè)量功率時(shí)則將電壓，電流信號(hào)取出，送到功率測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量，原理框圖如圖1所示。整個(gè)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(cè)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(lái)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(cè)量值。對(duì)于電壓，電流信號(hào)采樣可用編程放大器進(jìn)行預(yù)處理。在測(cè)量工頻交流電壓，電流信號(hào)時(shí)，利用鎖相環(huán)對(duì)信號(hào)倍頻，所得脈沖控制89C52對(duì)電壓，電流信號(hào)的相位測(cè)量。另外測(cè)量功率時(shí)，采用雙路保持器對(duì)信號(hào)采樣保持，做到電壓，電流信號(hào)的同