简单数字式工频有效值的设计及仿真.doc

简单数字式工频有效值的设计及仿真I简单数字式工频有效值的设计及仿真简单数字式工频有效值的设计及仿真II摘要数字式工频有效值多用表是用来测量工频交流电的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数的仪器。它采用单片机的控制运算功能，根据离散积分公式即离散傅立叶变换，基于对电力系统参数进行交流采样的思想，实现同时对一路工频交流电的频率、电压有效值、电流有效值的测量，用软件计算分析出有功功率、无功功率、功率因素、电压基波有效值、电压谐波有效值等参数。该设计分四个模块：数据采集、数据处理、键盘电路和显示模块。数据采集采用可编程运算放大器PGA103，对大、小信号分别进行相应放大处理，对信号进行等间隔采样已确保采样的精确度，然后通过模数转换器AD574A将被测信号由模拟信号转换成数字信号；数据处理以单片机89C52为核心，对采集信号进行精确控制和严格计算；键盘电路可以通过按键来实现人机通信，当有编码键闭合时就可以实实现相应的功能；显示部分由74LS164移位寄存器和数码管构成，主要对单片机处理的数据在键盘电路指令下进行动态显示。关键词：工频有效值；89C52单片机；数据采集；数据处理；数据显示简单数字式工频有效值的设计及仿真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简单数字式工频有效值的设计及仿真IV目录摘要.IAbstract.目录.绪论.第一章系统方案论证.1第二章核心器件.32.1可编程运算放大器PGA103.32.2采样保持器LF398.32.3并行A/D转换器AD574A.42.4锁相环电路.42.5单片机89C52.52.63-8译码器74LS138.6第三章硬件设计.73.1数据采集模块设计.73.1.1电流、电压信号的放大电路.73.1.2数据保持部分.83.2单片机系统数据处理模块.83.3显示部分.14第四章硬件调试.16第五章仿真.17结论.18致谢.19主要参考文献.20附录.21简单数字式工频有效值的设计及仿真V绪论在日常的生产、生活和科研中，工频电无处不在，所谓工频就是电力供电系统交流电的频率，我国国家标准规定工频为50赫兹，即周期为0.02秒，英、美等国规定的工频为60赫兹。因此，对工频电的测量也是一个应用广泛的实际问题。传统的测量仪器在使用时需预先估计待测值的测量范围，多数情况下都要从较大量程档位足次向小量程档位切换，增加了操作的复杂性，且易发生误操作损坏仪器。本论文设计的数字式工频有效值多用表克服了传统仪器的缺点，可以测量工频交流电的电压、电流有效值，以及有功功率、无功功率和功率因数等功能，可以实现测量中的量程自动转换、测试结果的显示及测量总谐波的有效值功能。本课题的设计思路：首先，对电流和电压信号进行放大处理，并通过模数转换器进行模数转换，通过数码管显示出来，其次，对测量的到的电压和电流进行相应的计算从而得到所要测量的数据。系统对电压、电流信号分别测量、测量功率时则将电压、电流信号取出，送到功率测量模块进行测量，模块采用89C52单片机来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程来实现各种算法和逻辑控制。单片机系统可用数码管显示测量值。对于电压、电流信号采样用可编程放大器进行处理。在测量工频交流电电压、电流信号，利用锁相环对信号倍频，所得脉冲控制89C52对电压、电流信号的相位测量。另外，测量功率时，采用双路保持器对信号采样保持，做到电压、电流信号的同时采集，因此，采用单片机系统使整体结构简单。采用以89C52为核心的单片机系统，可以实现显示、打印、与微机通信等功能，大大提高了系统的智能化程度，并且系统所测结果的精确度很高。本设计主要实现：信号的放大，通过PGA103可编程控制器件来实现；信号的采集，通过模数转换器ACD574A来实现；信号的处理，通过单片机89C52来实现；键盘电路，通过89C52芯片串行口来实现；数码显示电路，通过74LS164移位寄存器和数码管。简单数字式工频有效值的设计及仿真1第一章系统方案论证总体方案设计与比较:方案一：系统对电压，电流信号分别测量，测量功率时则将电压，电流信号取出，送到功率测量模块进行测量，原理框图如图1所示。整个系统是采用模拟控制方式，硬件电路实现复杂，功率因数测量难以实现，系统不能实现复杂的控制和运算。图1原理框图方案二：采用89C52单片机来实现。单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。单片机系统可用数码管显示测量值。对于电压，电流信号采样可用编程放大器进行预处理。在测量工频交流电压，电流信号时，利用锁相环对信号倍频，所得脉冲控制89C52对电压，电流信号的相位测量。另外测量功率时，采用双路保持器对信号采样保持，做到电压，电流信号的同