电子信息工程毕业论文设计简易电能质量监测装置的设计

电子信息工程毕业论文设计简易电能质量监测装置的设计内容摘要：

出端 接低电位。 两个输入端电压差别大于 10mV 就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把 LM339 用在弱信号检测等场合是比较理想的。 LM339 的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选 315K）。 选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。 因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值 [9]。 另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 (2)SS16 二极管介绍 SS16是一种低功耗、快恢复的肖特基二极管 ,具有反向 恢复时间极短的特点 ,在电路中起保护作用 (3)信号频率捕捉电路原理图 R 1 7 10 0KR 2 5 10 0KR 2 81KR 3 23KR 3 610 0KC 1 610 4FC 2 110 4F C 2 20. 6 8R 2 93KV D 1S S 16V D 2S S 16V D 3S S 16V D 4S S 16R 3 0 10 KR 3 310 KUAUBUCO U T 2O U T 1V+IN 1IN 1+IN 2IN 2++ 5 VR 1 810 0K+ 5 VF R E QC 1 310 4F+ 5 VO U T 3O U T 4G N DIN 4+IN 4IN 3+IN 3U3L M 33 9 图 信号频率捕捉电路原理图 A/D 转换接口电路的设计 (1)ADC0809芯片简介 ADC0809是带有 8位 A/D转换器、 8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS组件。 它是逐次逼近式 A/D转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0809由一个 8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D转换器和一个三态输出锁简易电能质量监测装置的设计 9 存器组成。 多路开关可选通 8个模拟通道，允许 8路模拟量分时输入，共用 A/D转换器进行转换。 三态输出锁器用 于锁存 A/D转换完的数字量，当 OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据 [10]。 ADC0809各脚功能如下： D7D0： 8位数字量输出引脚。 IN0IN7： 8位模拟量输入引脚。 VCC： +5V工作电压。 GND：地。 REF（ +）：参考电压正端。 REF（ ）：参考电压负端。 START： A/D转换启动信号输入端。 ALE：地址锁存允许信号输入端。 . EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平， 转换结束时为高电平。 OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK：时钟信号输入端（一般为 500KHz）。 A、 B、 C：地址输入线。 地址输入和控制线： 4 条 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。 当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将 A， B， C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。 A， B 和 C为地址输入线，用于选通 IN0－ IN7 上的一路模拟量输入。 通道选择表如下表所示。 表 ADC0809 的 通道选择表 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 简易电能质量监测装置的设计 10 数字量输出及控制线： 11 条 ST 为转换启动信号。 当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间， ST 应保持低电平。 EOC 为转换结束信号。 当 EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。 OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输 出转换得到的数据。 OE＝ 1，输出转换得到的数据； OE＝ 0，输出数据线呈高阻状态。 D7－ D0 为数字量输出线。 CLK 为时钟输入信号线。 因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHz， VREF（＋）， VREF（－）为参考电压输入。 ADC0809 应用说明 :ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与 AT89S51 单片机直接相连。 初始化时，使 ST 和 OE 信号全为低电平。 送要转换的哪一通道的地址到 A， B， C端口上。 在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。 是否转换完毕，我们 根据 EOC 信号来判断。 当 EOC 变为高电平时，这时给 OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 (2)A/D 转换电路原理图 E A /V P31X119X218R E S E T9IN T 012IN T 113T014T115P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728RD17WR16P S E N29A L E /P30T X D11R X D108 9C 51CC6 M H zCR+ 5VDCKA L ED7D6D5D4D3D2D1D0C L O C KS T A R TA L EOEE O CA D D AA D D BA D D CR E F (+ )IN 7R E F ()A D C 0 80 9D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U?7 4L S 3 7311IN 6IN 5IN 4IN 3IN 2IN 1IN 0U?N O RU?N O R 图 A/D 转换电路原理图 简易电能质量监测装置的设计 11 由于 ADC0809 片内无时钟，可利用 89C51 提供的地址锁存允许信号 ALE 经 D触发器 2分频后获得， ALE 引脚的频率是 89C51 单片机时钟频率的六分之一。 单片机时钟频率采用 6MHz，则 ALE 引脚的输出频率为 1MHz，再 2分频后为 500KHz，恰好符合 ADC0809 对时钟频率的要求。 由于 ADC0809 具有输出三态锁存器，其 8位数据输出引脚可直接与数据总线相 连。 地址译码引脚 C、 B、 A 分别与地址总线低 3 位 A A A0、相连，以选通 IN0IN7 中的一个通路。 将 （地址总线 A15）作为片选信号端，在启动 A/D 转换时由单片机的写信号和 引脚信号控制 ADC 的地址锁存和转换启动，由于 ALE 和 START 连在一起，因此 ADC0809在锁存地址的同时，启动并进行转换。 在读取转换结果时，用低电平的读信号和 引脚经 1 级或非门后，产生的正脉冲作为 OE 信号，用以打开三态输出锁存器。 单片机控制系统及外围电路的设计 单片机最小系统的设计 在智能化仪 器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器，单片机结合 简单的接口电路即可构成单片机最小系统，它是智能化仪器仪表的基础 ， 也是测控 、 监控的重要组成部分 [11]。 单片机最小系统是在以 MCS51 单片机为基础上扩展，使其能更方便地运用于测试系统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。 单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称 为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。 键盘、显示电路的设计 键盘显示电路中，键盘采用独立键盘。 按键直接与 89C51 的 I/O 口线相连，通过读 I/O 口判断各 I/O 口线的电平状态，即可识别出按下的键。 4 个数码管直接与 89C51 的 P0口相连，每个数码管用一条选通线。 简易电能质量监测装置的设计 12 E A /V P31X119X218R E S E T9IN T 012IN T 113T014T115P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728RD17WR16P S E N29A L E /P30T X D11R X D108 9C 51RRR+ 5VCC6 M H z+ 5VCRQ?P N PQ?P N PQ?P N PQ?P N PV C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD S ?V C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD S ?V C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD S ?V C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD S ?V C C 图 键盘显示电路原理图 简易电能质量监测装置的设计 13 电能质量监测装置软 件的主程序流程图如图 所示 开 始初 始 化同 步 采 样 程序A/D转 换 程 序键 盘 程 序 是否 启 动。 C51程 序显 示 程 序Y N 图 电能质量监测装置主程序流程 图 简易电能质量监测装置的设计 14 同步采样的设计 同步采样的分类 目前 ,大多都是通过同步采样方法建立理论和算法后来采样、分析周期电气信号。 由于实际工程中的采样很难达到理想的同步 ,存在同步误差 ,使数据分析的准确性和测量的精确度受到影响。 因此 ,选择合适的采样方法、减小同步误差是提高测量精度的关键 [12]。 电网交流电气信号参数的采样方法主要有直流采样方法和交流采样方法。 直流采样法是采 集经变送器的直流量 ,软件设计简单 ,计算方便。 但直流采样法测量精度直接受整流电路的精度和稳定性影响 ,同时直流采样一般只能反映被测量的单一信息 (如有效值 ) ,无法实现实时信号的采集 ,从而造成测量装置产生误差。 为了满足高精度、高稳定性测量的要求 ,现在普遍采用交流采样技术。 交流采样技术是按一定要求对被测信号的瞬时值进行采样 ,然后对采样值进行分析处理 ,并获取被测量的信息。 交流采样对 A /D转换速度和 CPU处理速度要求较高 ,算法复杂 ,但交流采样包含信息量大 ,实时性好 ,相位失真小 ,成为目前数据采集系统中主要的采样方式 [13]。 目前工程上使用的同步采样技术有硬件同步采样和软件同步采样。 (1)硬件同步采样 硬件同步采样通过专门设计的硬件电路来实现对被测信号采样脉冲的同步。 由于电网的频率并非固定在某一个值 ,而是存在一定的偏差 ,因此需使采样频率实时跟踪电网信号频率变化来减少采样误差。 (2)软件同步采样 软件同步采样是通过在定时中断服务程序中对定时器重置定时值来实现的。 首先 ,通过测量电网信号周期 T, 然后根据周期 T以及每周期内采样点数 N 来确定定时器时间τ (。