數(shù)字式工頻有效值多用表設(shè)計(jì)

1、數(shù)字式工頻有效值多用表設(shè)計(jì),主講：向臘,2016年6月28日,目錄,1,,2,,3,,4,,題目設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能同時(shí)對(duì)一路工頻交流電（頻率波動(dòng)范圍為50 ±1Hz、有失真的正弦波）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)進(jìn)行測(cè)量的數(shù)字式多用表，原理框圖如下,,,總體方案設(shè)計(jì),系統(tǒng)采用對(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1-2所示。整個(gè)系統(tǒng)是采

2、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)還不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。,,方案一,方案二,方案采用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)各種控制算法和邏輯控制。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)采樣用可用程控放大器進(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)同步取點(diǎn)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，

3、縮小采樣時(shí)間。由于采用了單片機(jī)，使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。（采用此方案）,模塊電路設(shè)計(jì),方案一 采用集成運(yùn)放芯片OP07對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行放大處理。缺點(diǎn)：放大倍數(shù)不能達(dá)到準(zhǔn)確的倍數(shù) 不能同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)大小信號(hào)的處理（電壓比較電路：把電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，電壓大于1V時(shí)則不需要放大處理）,,一、數(shù)據(jù)采集部分----電壓、電流信號(hào)的放大電路,方案二 考慮到要滿(mǎn)足對(duì)大小信號(hào)

4、的處理，采用可編程放大器件PGA103對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)單片機(jī)對(duì)可編程器件PGA103的管腳１和管腳２進(jìn)行控制，使放大倍數(shù)可以為×１（A0=A1=0），×１０（A0=1，A1=0）兩種不同值。這樣能同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)大小信號(hào)的處理，硬件電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。（采用這種方案）,二、數(shù)據(jù)保持部分,方案一 因?yàn)橐獪y(cè)出功率值，所以一個(gè)周期內(nèi)要對(duì)交流電壓、電流信號(hào)同時(shí)取點(diǎn)采樣。用單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，程序運(yùn)行需要占用時(shí)間，

5、因而不能對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，只能分開(kāi)測(cè)量，先在一個(gè)周期測(cè)電壓值，再在下一個(gè)周期測(cè)電流值。方案電路簡(jiǎn)單，全部通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。但所測(cè)值與實(shí)際值有誤差。因?yàn)樗鶞y(cè)電壓、電流信號(hào)不為同步信號(hào)，功率值也有誤差。 方案二 由于測(cè)量功率時(shí)要對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，可采用保持器LF398（見(jiàn)圖1-4）對(duì)信號(hào)進(jìn)行雙路保持，用單片機(jī)P1.4口對(duì)保持器LF398控制。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，單片機(jī)先對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而此時(shí)電流信號(hào)被送到保持器進(jìn)行保持，等

6、待電壓信號(hào)處理完畢。這種方案可以滿(mǎn)足對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，并且減小了系統(tǒng)帶來(lái)的誤差。我們的設(shè)計(jì)采用了這種方案。,單片機(jī)系統(tǒng)處理部分,方案一 選用單片機(jī)外部芯片8253來(lái)實(shí)現(xiàn)倍頻特性，把信號(hào)一個(gè)周期分成相等的64份，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)周期的等相位64點(diǎn)取樣。假設(shè)信號(hào)頻率為f先用8253對(duì)信號(hào)進(jìn)行 測(cè)量，設(shè)測(cè)得的周期為T(mén)1 ，則采樣周期為T(mén)2=T1/64，每隔一個(gè)采樣周期，單片機(jī)給AD574發(fā)脈沖，啟動(dòng)AD574進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種方法可以實(shí)

7、現(xiàn)倍頻，但單片機(jī)的指令周期會(huì)使頻繁啟動(dòng)8253進(jìn)行測(cè)頻、倍頻、計(jì)數(shù)的過(guò)程中損失一些時(shí)間，經(jīng)計(jì)算大約有200μs，使得轉(zhuǎn)換所需時(shí)間加長(zhǎng)，系統(tǒng)工作繁忙，測(cè)量精度難以進(jìn)一步提高。 方案二 用硬件電路采用鎖相環(huán)直接實(shí)現(xiàn)。用鎖相環(huán)把信號(hào)的頻率通過(guò)計(jì)數(shù)器進(jìn)行64倍倍頻，從而在需采集信號(hào)的一個(gè)周期中產(chǎn)生６４個(gè)脈沖，利用此等分間隔脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)，快速啟動(dòng)ＡＤ574進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。這種方案實(shí)施簡(jiǎn)單，而且可靠性高，簡(jiǎn)化了軟