數(shù)字式工頻有效值多用表設(shè)計

1、數(shù)字式工頻有效值多用表設(shè)計,主講：向臘,2016年6月28日,目錄,1,,2,,3,,4,,題目設(shè)計要求,設(shè)計并制作一個能同時對一路工頻交流電（頻率波動范圍為50 ±1Hz、有失真的正弦波）的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)進行測量的數(shù)字式多用表，原理框圖如下,,,總體方案設(shè)計,系統(tǒng)采用對電壓、電流信號分別測量，測量功率時則將電壓、電流信號取出，送到功率測量模塊進行測量，原理框圖如圖1-2所示。整個系統(tǒng)是采

2、用模擬控制方式，硬件電路實現(xiàn)復(fù)雜，功率因數(shù)測量難以實現(xiàn)，系統(tǒng)還不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。,,方案一,方案二,方案采用89C52單片機來實現(xiàn)。單片機軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。單片機系統(tǒng)可用數(shù)碼管顯示測量值。對于電壓、電流信號采樣用可用程控放大器進行預(yù)處理。在測量工頻交流電壓、電流信號時，利用鎖相環(huán)對信號倍頻所得脈沖控制89C52對電壓、電流信號同步取點測量。另外測量功率時，采用雙路保持器對信號采樣保持，

3、縮小采樣時間。由于采用了單片機，使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單。（采用此方案）,模塊電路設(shè)計,方案一 采用集成運放芯片OP07對電壓、電流信號進行放大處理。缺點：放大倍數(shù)不能達到準確的倍數(shù) 不能同時滿足對大小信號的處理（電壓比較電路：把電壓信號和基準電壓進行比較，電壓大于1V時則不需要放大處理）,,一、數(shù)據(jù)采集部分----電壓、電流信號的放大電路,方案二 考慮到要滿足對大小信號

4、的處理，采用可編程放大器件PGA103對電壓、電流信號進行放大，通過單片機對可編程器件PGA103的管腳１和管腳２進行控制，使放大倍數(shù)可以為×１（A0=A1=0），×１０（A0=1，A1=0）兩種不同值。這樣能同時滿足對大小信號的處理，硬件電路簡單，容易實現(xiàn)。（采用這種方案）,二、數(shù)據(jù)保持部分,方案一 因為要測出功率值，所以一個周期內(nèi)要對交流電壓、電流信號同時取點采樣。用單片機對信號進行測量時，程序運行需要占用時間，

5、因而不能對電壓、電流信號進行同時測量，只能分開測量，先在一個周期測電壓值，再在下一個周期測電流值。方案電路簡單，全部通過軟件實現(xiàn)。但所測值與實際值有誤差。因為所測電壓、電流信號不為同步信號，功率值也有誤差。 方案二 由于測量功率時要對電壓、電流信號進行同時測量，可采用保持器LF398（見圖1-4）對信號進行雙路保持，用單片機P1.4口對保持器LF398控制。進行測量時，單片機先對電壓信號進行轉(zhuǎn)換，而此時電流信號被送到保持器進行保持，等

6、待電壓信號處理完畢。這種方案可以滿足對電壓、電流信號進行同時測量，并且減小了系統(tǒng)帶來的誤差。我們的設(shè)計采用了這種方案。,單片機系統(tǒng)處理部分,方案一 選用單片機外部芯片8253來實現(xiàn)倍頻特性，把信號一個周期分成相等的64份，從而實現(xiàn)了一個周期的等相位64點取樣。假設(shè)信號頻率為f先用8253對信號進行 測量，設(shè)測得的周期為T1 ，則采樣周期為T2=T1/64，每隔一個采樣周期，單片機給AD574發(fā)脈沖，啟動AD574進行轉(zhuǎn)換。這種方法可以實

7、現(xiàn)倍頻，但單片機的指令周期會使頻繁啟動8253進行測頻、倍頻、計數(shù)的過程中損失一些時間，經(jīng)計算大約有200μs，使得轉(zhuǎn)換所需時間加長，系統(tǒng)工作繁忙，測量精度難以進一步提高。 方案二 用硬件電路采用鎖相環(huán)直接實現(xiàn)。用鎖相環(huán)把信號的頻率通過計數(shù)器進行64倍倍頻，從而在需采集信號的一個周期中產(chǎn)生６４個脈沖，利用此等分間隔脈沖信號作為單片機的外部中斷信號，快速啟動ＡＤ574進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。這種方案實施簡單，而且可靠性高，簡化了軟