数字式工频有效值多用表设计.ppt

数字式工频有效值多用表设计,主讲：向腊,2016年6月28日,目录,1,2,3,4,题目设计要求,设计并制作一个能同时对一路工频交流电（频率波动范围为501Hz、有失真的正弦波）的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数进行测量的数字式多用表，原理框图如下,总体方案设计,系统采用对电压、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1-2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，系统还不能实现复杂的控制算法。,方案一,方案二,方案采用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控制算法和逻辑控制。单片机系统可用数码管显示测量值。对于电压、电流信号采样用可用程控放大器进行预处理。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、电流信号同步取点测量。另外测量功率时，采用双路保持器对信号采样保持，缩小采样时间。由于采用了单片机，使系统整体结构更为简单。（采用此方案）,模块电路设计,方案一采用集成运放芯片OP07对电压、电流信号进行放大处理。缺点：放大倍数不能达到准确的倍数不能同时满足对大小信号的处理（电压比较电路：把电压信号和基准电压进行比较，电压大于1V时则不需要放大处理）,一、数据采集部分-电压、电流信号的放大电路,方案二考虑到要满足对大小信号的处理，采用可编程放大器件PGA103对电压、电流信号进行放大，通过单片机对可编程器件PGA103的管脚和管脚进行控制，使放大倍数可以为（A0=A1=0），（A0=1，A1=0）两种不同值。这样能同时满足对大小信号的处理，硬件电路简单，容易实现。（采用这种方案）,二、数据保持部分,方案一因为要测出功率值，所以一个周期内要对交流电压、电流信号同时取点采样。用单片机对信号进行测量时，程序运行需要占用时间，因而不能对电压、电流信号进行同时测量，只能分开测量，先在一个周期测电压值，再在下一个周期测电流值。方案电路简单，全部通过软件实现。但所测值与实际值有误差。因为所测电压、电流信号不为同步信号，功率值也有误差。方案二由于测量功率时要对电压、电流信号进行同时测量，可采用保持器LF398（见图1-4）对信号进行双路保持，用单片机P1.4口对保持器LF398控制。进行测量时，单片机先对电压信号进行转换，而此时电流信号被送到保持器进行保持，等待电压信号处理完毕。这种方案可以满足对电压、电流信号进行同时测量，并且减小了系统带来的误差。我们的设计采用了这种方案。,单片机系统处理部分,方案一选用单片机外部芯片8253来实现倍频特性，把信号一个周期分成相等的64份，从而实现了一个周期的等相位64点取样。假设信号频率为f先用8253对信号进行测量，设测得的周期为T1，则采样周期为T2=T1/64，每隔一个采样周期，单片机给AD574发脉冲，启动AD574进行转换。这种方法可以实现倍频，但单片机的指令周期会使频繁启动8253进行测频、倍频、计数的过程中损失一些时间，经计算大约有200s，使得转换所需时间加长，系统工作繁忙，测量精度难以进一步提高。方案二用硬件电路采用锁相环直接实现。用锁相环把信号的频率通过计数器进行64倍倍频，从而在需采集信号的一个周期中产生个脉冲，利用此等分间隔脉冲信号作为单片机的外部中断信号，快速启动574进行转换，实现高速数据采集。这种方案实施简单，而且可靠性高，简化了软件的流程。本设计采用了这种方案。,一、信号频率倍频处理部分,二、数据处理转换部分,本设计采用AD574和片外RAM与单片机一起构成数据处理转换部分。,三、显示部分,键盘、数码显示,软件流程图,总结,有功功率的测量是本题的一个重点，只