電子信息工程畢業(yè)論文設(shè)計簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設(shè)計

1、學(xué)學(xué) 士士 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設(shè)計 作 者 姓 名： 學(xué)科、專業(yè) ： 電子信息工程 06 級 學(xué) 號 ： 06424056 指 導(dǎo) 教 師： 完 成 日 期： 2010 年 5 月 28 日 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的設(shè)計 總計: 畢業(yè)論文 50 頁 表 格 1 表 插 圖 14 幅 指導(dǎo)教師： 劉春玲 評 閱 人： 完成日期：2010 年 5 月 28 日 摘 要 電能質(zhì)量一般是指電壓與電流的幅值、頻率、波形等參量離規(guī)定值的偏差。 有時電能質(zhì)量的不正常會造成嚴重事故，因此電能質(zhì)量問題對當前開放型經(jīng)濟 體系中的影響日益嚴重，如何保證優(yōu)良的電能質(zhì)量成為一項重要的研究課題。

2、 電能質(zhì)量已是電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展中一個十分重要的問題。 以前的電能質(zhì)量監(jiān)測儀的監(jiān)測方式具有被動的、分散式的、針對特定電能 質(zhì)量問題的特點。現(xiàn)在的電能質(zhì)量監(jiān)測儀的檢測方式具有主動的、永久持續(xù)的、 反映系統(tǒng)性能的特點。而且電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)正在朝著在線監(jiān)測、實時分析、 網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。 本文首先介紹了課題的實際意義以及電能質(zhì)量監(jiān)測的現(xiàn)狀；其次對電能質(zhì) 量參數(shù)的計算作了詳細的描述，包括電壓、電流有效值的計算、電源頻率的計 算、有功功率、無功功率的計算、功率因數(shù)的計算等；然后完成了對整個系統(tǒng) 的硬件、軟件設(shè)計，包括數(shù)據(jù)采集電路和顯示電路等；最后通過系統(tǒng)的調(diào)試， 完成了系統(tǒng)的任務(wù)。通過選擇電壓互感器

3、、電流互感器將電源的電壓、電流信 號轉(zhuǎn)換成低壓信號，設(shè)計信號調(diào)理電路和測頻電路測出電源頻率；經(jīng)低壓信號 采集到單片機內(nèi)、通過一定算法計算電源的電壓、電流、有功功率、無功功率 和功率因數(shù)等參數(shù)，實現(xiàn)單路電源電能的質(zhì)量監(jiān)測和顯示。 關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；有功功率；無功功率；功率因數(shù) abstract power quality generally refers to the amplitude of voltage and current, frequency, waveform parameters such as the deviation from the specified value. so

4、metimes the unusual power quality can cause serious accidents, so power quality issues in the current open economies growing impact, how to guarantee quality of the power quality is an important research topic. grid power quality is an important sustainable development issues. previous monitoring of

5、 power quality monitors with a passive way, decentralized, issue-specific power quality characteristics. now the power quality monitor test mode is active, permanence, and reflect the system performance characteristics. and power quality monitoring system is developing in-line monitoring, real-time

6、analysis, networking and intelligent direction. this paper introduces the topic of practical significance and power quality monitoring of the status ; followed by the calculation of power quality parameters is described in detail, including the voltage and current rms calculation, the calculation of

7、 power frequency, active power, reactive power calculation , the calculation of power factor; then completed the whole system of hardware, software design, including data acquisition circuit and display circuit; finally, system debugging, the system completed the task. by selecting the voltage trans

8、formers, current transformers to the power supply voltage and current signals into voltage signals, signal conditioning circuit design and measured the frequency measurement circuit power frequency; low-voltage signals collected by the microcontroller, through a certain algorithm power supply voltag

9、e, current, active power, reactive power and power factor and other parameters to achieve single supply power quality monitoring and display. key words: power quality; active power;reactive power;power factor 目 錄 摘 要 .i abstract .ii 1.緒論 .1 1.1 研究的背景.1 1.2 電能質(zhì)量監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展.1 1.3 研究的主要內(nèi)容.2 2.電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的算法研

10、究 .3 2.1 電能質(zhì)量監(jiān)測參數(shù)的分析.3 2.2 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的常用算法.4 3. 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的硬件電路設(shè)計 .6 3.1 系統(tǒng)硬件電路的整體功能設(shè)計.6 3.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計 .6 3.2.1 電壓和電流信號的采集.6 3.2.2 信號頻率捕捉電路的設(shè)計.7 3.2.3 a/d 轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計.8 3.3 單片機控制系統(tǒng)及外圍電路的設(shè)計.11 3.3.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計.11 3.3.2 鍵盤、顯示電路的設(shè)計.11 4.簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的程序設(shè)計 .13 4.1 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置軟件主程序設(shè)計.13 4.2 同步采樣的設(shè)計.14 4.2.1 同步采樣的分

11、類.14 4.2.2 軟件同步采樣的流程圖.14 4.3 電能參數(shù)的計算.16 4.3.1 電壓、電流有效值的計算.16 4.3.2 電源頻率的計算.18 4.3.3 有功功率、無功功率的計算.19 4.3.4 功率因數(shù)的計算.19 4.3.5 電能參數(shù)計算的 matlab 仿真結(jié)果.20 4.4 鍵盤、顯示程序設(shè)計.22 4.4.1 鍵盤程序設(shè)計.22 4.4.2 顯示程序設(shè)計.23 5.系統(tǒng)的調(diào)試 .26 5.1 硬件調(diào)試.26 5.2 軟件調(diào)試.26 5.3 整體調(diào)試.27 總結(jié)與展望 .28 參考文獻 .29 附錄 1 外文文獻譯文 .30 附錄 2 外文文獻原文 .29 附錄 3 部

12、分程序源代碼 .30 致謝 .46 大連大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 .47 1.緒論 1.1 研究的背景 20 世紀 60 年代開始出現(xiàn)第一代電能質(zhì)量測試儀，以前的電能質(zhì)量監(jiān)測儀 的監(jiān)測方式具有被動的、分散式的、針對特定電能質(zhì)量問題的特點。 從 20 世紀 60 年代開始出現(xiàn)第一代電能質(zhì)量測試儀至今，電能質(zhì)量監(jiān)測歷 經(jīng)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)從被動的、分散式的、針對特定電能質(zhì)量問題的監(jiān)測方 式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥?、永久持續(xù)的、反映系統(tǒng)性能的監(jiān)測方式?，F(xiàn)在，各省監(jiān)測網(wǎng) 一般是以省電力公司或電科院作為電能質(zhì)量監(jiān)督管理中心，搭建全省的網(wǎng)絡(luò)平 臺，各供電分公司分別組建子網(wǎng)絡(luò)，同時數(shù)據(jù)能夠通過局域網(wǎng)向省電能質(zhì)量監(jiān) 督

13、管理中心轉(zhuǎn)發(fā)，電力監(jiān)管中心也可通過訪問各子站數(shù)據(jù)服務(wù)器查看各監(jiān)測點 的原始數(shù)據(jù)。對于重點性的監(jiān)測站點，如電氣化鐵路典型牽引站、超大型諧波 源用戶、機場、軍事基地等敏感性負荷也可由電力監(jiān)管中心直接管理1。 電能質(zhì)量一般是指電壓與電流的幅值、頻率、波形等參量離規(guī)定值的偏差。 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)控制及日 常生活中的應(yīng)用也日益廣泛。一方面大量的非線性負荷、非對稱設(shè)備以及沖擊 性負荷的投運，使公用電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量的諧波干擾以及電壓畸變、諧波注入、 電壓波動和三相不平衡等問題，電能質(zhì)量不斷惡化。另一方面基于計算機、微 電子控制技術(shù)的設(shè)備、裝置和生產(chǎn)線的不斷增加，電

14、網(wǎng)中這些負荷對電能的質(zhì) 量特別敏感，有時電能質(zhì)量的不正常會造成嚴重事故。因此電能質(zhì)量問題對當 前開放型經(jīng)濟體系中的影響日益嚴重，如何保證優(yōu)良的電能質(zhì)量成為一項重要 的研究課題。 1.2 電能質(zhì)量監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展 現(xiàn)在的電能質(zhì)量監(jiān)測儀的檢測方式具有主動的、永久持續(xù)的、反映系統(tǒng)性 能的特點。而且電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)正在朝著在線監(jiān)測、實時分析、網(wǎng)絡(luò)化和智 能化的方向發(fā)展。 未來趨勢，國際上電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展趨勢可概括為四點，即網(wǎng)絡(luò)化、 信息化、標準化和智能化。目前較為合理且流行的網(wǎng)絡(luò)模式是具有三層體系結(jié) 構(gòu)，且集成語音、數(shù)據(jù)、圖像等各類業(yè)務(wù)為一體的信息化綜合性網(wǎng)絡(luò)。標準化 體現(xiàn)在數(shù)據(jù)設(shè)計格式標準化和顯

15、示界面標準化，采用 pqdif 作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化存儲 格式，使多數(shù)據(jù)源具有良好的兼容性，便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)報 表格式和人機交互界面，使顯示界面標準化。監(jiān)測系統(tǒng)利用先進的數(shù)學(xué)方法和 工具對電能質(zhì)量現(xiàn)象和實測數(shù)據(jù)進行挖掘、分析和整理。對電能質(zhì)量擾動做出 科學(xué)的評估，為電力部門改善電能質(zhì)量提供決策依據(jù)。國內(nèi)電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng) 的發(fā)展趨勢主要是在線式電能質(zhì)量監(jiān)測產(chǎn)品，電能質(zhì)量監(jiān)測采用的主要監(jiān)測方 式有連續(xù)監(jiān)測、定時巡回監(jiān)測和專項監(jiān)測。這里連續(xù)監(jiān)測方式所使用的主要儀 器就是在線式的電能質(zhì)量監(jiān)測產(chǎn)品，由于這種產(chǎn)品多是借助于計算機網(wǎng)絡(luò)來實 現(xiàn)電能質(zhì)量的遠程監(jiān)測，在國際上在線式的電能質(zhì)量監(jiān)測產(chǎn)品又被叫

16、作電能質(zhì) 量遠程監(jiān)測產(chǎn)品。這類產(chǎn)品適用于公共供電點電能質(zhì)量的連續(xù)監(jiān)測和多點監(jiān)測 組成區(qū)域性的電能質(zhì)量在線監(jiān)測網(wǎng)，可以連續(xù)監(jiān)測公共點的電壓偏差、頻率偏 差、電壓諧波。三相電壓不平衡度及用戶注入網(wǎng)的諧波電流和負序電流，具有 電能質(zhì)量指標超限報警、數(shù)據(jù)錄取、電能質(zhì)量故障分析預(yù)報和通信等功能2。 1.3 研究的主要內(nèi)容 本文首先介紹了課題的實際意義以及電能質(zhì)量監(jiān)測的現(xiàn)狀；其次對電能質(zhì) 量參數(shù)的計算作了詳細的描述，包括電壓、電流有效值的計算、電源頻率的計 算、有功功率、無功功率的計算、功率因數(shù)的計算等；然后完成了對整個系統(tǒng) 的硬件、軟件設(shè)計，包括數(shù)據(jù)采集電路和顯示電路等；最后通過系統(tǒng)的調(diào)試， 完成了系統(tǒng)

17、的任務(wù)。通過選擇電壓互感器、電流互感器將電源的電壓、電流信 號轉(zhuǎn)換成低壓信號，設(shè)計信號調(diào)理電路和測頻電路測出電源頻率；經(jīng)低壓信號 采集到單片機內(nèi)、通過一定算法計算電源的電壓、電流、有功功率、無功功率 和功率因數(shù)等參數(shù)，實現(xiàn)單路電源電能的質(zhì)量監(jiān)測和顯示。 2.電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的算法研究 2.1 電能質(zhì)量監(jiān)測參數(shù)的分析 電能質(zhì)量指標是與電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行相關(guān)的、能夠?qū)τ脩粽Ｉa(chǎn)工 藝過程及產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響的電力供應(yīng)綜合技術(shù)指標描述，它涉及電壓電流波 形形狀、幅值及其頻率三大基本要素。從實用的分析角度出發(fā)，可按照電能質(zhì) 量擾動現(xiàn)象的兩個重要表現(xiàn)特征變化的連續(xù)性和事件的突發(fā)性將電能質(zhì)量 指標分為兩

18、類：穩(wěn)態(tài)指標和暫態(tài)指標3。 穩(wěn)態(tài)指標指那些連續(xù)變化的電能質(zhì)量指標，包括電能質(zhì)量相關(guān)國標規(guī)定的 電壓偏差、頻率偏差、電壓不平衡度、諧波和閃變等指標，以及國標中暫時沒 有規(guī)定的電壓陷波、載波信號干擾等。穩(wěn)態(tài)指標的重要特征表現(xiàn)為電壓或者電 流的幅值、頻率和相位差等在時間軸上的任一時刻總是在發(fā)生小的變化，它們 與額定值之間總是存在一定范圍內(nèi)的偏差。電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)要求針對穩(wěn)態(tài)指 標進行連續(xù)記錄。 暫態(tài)指標指那些突然出現(xiàn)的電能質(zhì)量擾動，包括電壓暫降、暫升、短時電 壓中斷、欠電壓和瞬態(tài)過電壓等，其重要特征表現(xiàn)為電壓或者電流在短時間內(nèi) 嚴重偏離其額定值或者理想波形。目前電能質(zhì)量相關(guān)國標對于暫態(tài)指標的規(guī)定 甚

19、少。對于暫態(tài)指標的監(jiān)測，通常利用一個事件啟動信號來進行觸發(fā)記錄，其 記錄的數(shù)據(jù)包括電壓和電流波形、事件的持續(xù)時間以及最大幅值等特征值。 電能質(zhì)量技術(shù)指標的數(shù)據(jù)分析分為針對單個監(jiān)測點的分析和系統(tǒng)性分析。 針對單個監(jiān)測點的分析：在大多數(shù)情況下，需要對單個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行 分析，以了解該點的電能質(zhì)量分布情況和變化趨勢，或者找出暫態(tài)電能質(zhì)量事 件的原因。 就單個監(jiān)測點而言，在某一時刻，描述電能質(zhì)量的各指標之間存在確定的 相互關(guān)系，但是此時通常僅有一個或少數(shù)幾個指標是主要的，根據(jù)這幾個主要 的指標就可以比較清晰地分析出該監(jiān)測點的電能質(zhì)量信息。 但是，對同一時刻的物理現(xiàn)象所表現(xiàn)的指標進行分析，只能看出相關(guān)

20、指標 的微觀聯(lián)系，通常用于針對暫態(tài)電能質(zhì)量問題的分析，以找出暫態(tài)電能質(zhì)量事 件的原因；對于穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量指標而言， 這種微觀的分析方法是不太適用的， 因為往往某個時刻的一組穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量指標沒有多大的實用意義。現(xiàn)實中往往 結(jié)合一段時間內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量指標的統(tǒng)計分析，各指標的統(tǒng)計 結(jié)果一般不反映諸多現(xiàn)象的時刻特征，但是能夠反映其可能包含的物理現(xiàn)象的 綜合特征模型，便于進一步仿真分析，并提出綜合的控制措施。例如各次諧波 的95%概率數(shù)據(jù)集合，通過此數(shù)據(jù)可以看出負荷的基本頻譜特征，判斷其屬于 哪類負荷，同時也便于分析判斷所設(shè)置濾波器的支路及其容量等4。 系統(tǒng)性分析：隨著電能質(zhì)量監(jiān)測點的增多，

21、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的擴大，管理人員在 時間和精力上往往不能夠定期對每個監(jiān)測點都進行詳細的、獨立的電能質(zhì)量分 析?？紤]到電網(wǎng)的特征，電能質(zhì)量的各個指標實際上在整個電網(wǎng)內(nèi)有一個傳遞、 相互影響的過程。如諧波在整個電網(wǎng)內(nèi)的傳播，以及某個監(jiān)測點的電壓暫降對 其相鄰線路的影響等。 因此，針對電能質(zhì)量指標的分析，必將會發(fā)展到一個 系統(tǒng)性的層次上，即在整個電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的層面上進行全局的、系統(tǒng)的電能質(zhì)量評 估和分析。當電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)達到一定規(guī)模后，系統(tǒng)所面對的最大問題就是 海量數(shù)據(jù)的問題。海量數(shù)據(jù)會在系統(tǒng)存儲容量、查詢性能等方面給電能質(zhì)量監(jiān) 測系統(tǒng)帶來很大考驗，甚至可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰。采用系統(tǒng)性的分析方法， 最大的優(yōu)

22、勢在于可以減少直接面對無用的冗余數(shù)據(jù)，而只需要面對真正需要深 入分析的電能質(zhì)量問題5。這種情況下，可以利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)性 電能質(zhì)量指標分析。采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以后，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)呈現(xiàn)給使用者 的是經(jīng)過統(tǒng)計、整理出來的數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)可以很清晰地了解整個電網(wǎng)內(nèi) 各個監(jiān)測點的電能質(zhì)量總體情況，然后可以選擇對于電能質(zhì)量問題比較嚴重的 監(jiān)測點進行深入的分析此時可以采用針對單個監(jiān)測點的宏觀或者微觀的分析 方法。 2.2 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的常用算法 電網(wǎng)交流信號的采樣：交流信號的采樣是各個參數(shù)計算的基礎(chǔ)，也對參數(shù) 的計算有著關(guān)鍵的作用。電能質(zhì)量參數(shù)除了瞬態(tài)參數(shù)以外一般都是以電網(wǎng)的一 個周期為單

23、位進行處理的，所以首先要確定電網(wǎng)當前的周期。然后根據(jù)電網(wǎng)的 周期進行交流信號的離散化和數(shù)字化的數(shù)據(jù)采樣，并根據(jù)頻率的變化調(diào)整采樣 時間。至于一個周期的采樣點數(shù)，一般為2 的n次方，例如:128 點、256 點等 等，這樣便于后面一些參數(shù)的計算。所采集的一系列離散數(shù)字化的數(shù)據(jù)就代表 了當前電網(wǎng)信號的狀況，對這些原始數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理就可以獲得各種參數(shù)。 當然由于硬件信號處理電路的不同，可能外部的交流信號已經(jīng)經(jīng)過了一定的處 理，例如波形上移、波形翻轉(zhuǎn)等處理，所以采樣得到的一系列離散數(shù)字化的數(shù) 據(jù)首先要還原這些處理，這樣才能使用下面各種參數(shù)的算法6。 諧波: 諧波即對周期性的交流量進行傅立葉級數(shù)分解，

24、得到頻率為大于1 的整數(shù)倍基波頻率的分量。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，不斷有新的電力電子裝置和 其他非線性負荷接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)諧波水平逐年升高。同時目前大量使用微 電子器件的儀表和設(shè)備，其對諧波干擾極其敏感。因此，諧波問題一直是主要 的電能質(zhì)量問題。一般電網(wǎng)信號都滿足關(guān)系式，所以電網(wǎng)中 ff 主要存在的是奇次諧波，如3 次、5 次等，而偶次諧波的含量一般都很小，所 以在諧波分析中一般只關(guān)注奇次諧波，這樣對于運算量也會減少很多。 電壓閃變: 電壓閃變是人眼對燈閃的主觀感覺。當然在具體衡量電網(wǎng)質(zhì)量 的時候不能用主觀感覺描述，需要采用某個具體的參數(shù)描述。在電壓閃變方面， 一般利用電壓調(diào)幅波的頻率、波形和幅

25、值相關(guān)的參數(shù)進行描述。 三相不平衡度: 三相不平衡度指三相電力系統(tǒng)中三相電壓或電流不平衡的 程度。理想的三相電力系統(tǒng)是三相對稱系統(tǒng)，即三相電壓應(yīng)有相同的幅值，且 相位角互差120。但實際由于各相負荷等各種因素，電力系統(tǒng)并不是完全平 衡的。三相不平衡會帶來各種危害，例如引起電機發(fā)熱和振動，影響其正常運 行，使一些設(shè)備的效率下降，也會導(dǎo)致其使用壽命縮短。不平衡達到一定程度 還會產(chǎn)生各種電力事故7。 3. 簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的硬件電路設(shè)計 3.1 系統(tǒng)硬件電路的整體功能設(shè)計 電壓互 感器 電流互 感器 頻率捕捉 電路 a/d 轉(zhuǎn)換 接口電路 單片機計 算電路 鍵盤 顯示 圖 3.1 系統(tǒng)整體框圖

26、其中電壓互感器和電流互感器的作用是把高壓電源信號轉(zhuǎn)變成低壓信號接 入電路，頻率捕捉電路的功能是測出電源頻率的波動范圍，通過數(shù)據(jù)采樣和 a/d轉(zhuǎn)換送到單片機計算電路分析數(shù)據(jù)，通過鍵盤控制顯示的內(nèi)容。 3.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計 3.2.1 電壓和電流信號的采集 通過電壓互感器和電流互感器把電源的電壓和電流接入電路中，電磁感應(yīng) 式電壓互感器其工作原理與變壓器相同，基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和原、副繞組。特 點是容量很小且比較恒定，正常運行時接近于空載狀態(tài)。電壓互感器本身的阻 抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，電壓互感器 的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時，副邊出現(xiàn)

27、對地 高電位而造成人身和設(shè)備事故。測量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結(jié)構(gòu)， 其原邊電壓為被測電壓（如電力系統(tǒng)的線電壓） ，可以單相使用，也可以用兩 臺接成 v-v 形作三相使用。實驗室用的電壓互感器往往是原邊多抽頭的，以適 應(yīng)測量不同電壓的需要。供保護接地用電壓互感器還帶有一個第三線圈，稱三 線圈電壓互感器。三相的第三線圈接成開口三角形，開口三角形的兩引出端與 接地保護繼電器的電壓線圈聯(lián)接。正常運行時，電力系統(tǒng)的三相電壓對稱，第 三線圈上的三相感應(yīng)電動勢之和為零。一旦發(fā)生單相接地時，中性點出現(xiàn)位移， 開口三角的端子間就會出現(xiàn)零序電壓使繼電器動作，從而對電力系統(tǒng)起保護作 用。線圈出現(xiàn)零序電壓則

28、相應(yīng)的鐵心會出現(xiàn)零序磁通。這種三相電壓互感器采 用旁軛式鐵心（10kv 及以下時）或采用三臺單相電壓互感器。對于這種互感器， 第三線圈的準確度要求不高，但要求有一定的過勵磁特性（即當原邊電壓增加 時，鐵心中的磁通密度也增加相應(yīng)倍數(shù)而不會損壞） 。 在供電用電的線路中電流大大小小相差懸殊從幾安到幾萬安都有。為便于 二次儀表測量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流，另外線路上的電壓都比較高如直接 測量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用8。目前顯示儀表 大部分是指針式的電流表，所以電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級的?，F(xiàn) 在的電量測量大多數(shù)字化，而計算機的采樣的信號一般為毫安級（0-5v、4- 2

29、0ma 等） 。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與采樣之間的 橋梁作用。 3.2.2 信號頻率捕捉電路的設(shè)計 (1)lm339 芯片介紹: lm339 集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是： 失調(diào)電壓小，典型值為 2mv； 電源電壓范圍寬，單電源為 2-36v，雙電源電壓為1v-18v； 對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬； 共模范圍很大，為 0（ucc-1.5v）vo； 差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； 輸出端電位可靈活方便地選用。 lm339 集成塊采用 c-14 型封裝，由于 lm339 使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世 界上各大 ic 生產(chǎn)廠、公司竟相推

30、出自己的四比較器，如 ir2339、ani339、sf339 等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。 lm339 類似于增益不可調(diào)的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個 輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸 入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓 做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 lm339 輸入共模范圍的任何一點） ， 另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止， 相當于輸出端開路。當“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出 端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于 10mv 就能確保輸出能從

31、一種狀態(tài)可靠 地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 lm339 用在弱信號檢測等場合是比較理想的。 lm339 的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到 正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 3-15k） 。選不同阻值的上拉電阻 會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基 本上取決于上拉電阻與負載的值9。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起 使用。 (2)ss16 二極管介紹 ss16是一種低功耗、快恢復(fù)的肖特基二極管,具有反向恢復(fù)時間極短的特 點,在電路中起保護作用 (3)信號頻率捕捉電路原理圖 r17 100k r25 100k r28 1k r

32、32 3k r36 100k c16 104f c21 104fc22 0.68 r29 3k v d1 ss16 v d2 ss16 v d3 ss16 v d4 ss16 r30 10k r33 10k u a u b u c o ut 2 o ut 1 v + in1- in1+ in2- in2+ +5v r18 100k +5v fre q c13 104f +5v o ut 3 o ut 4 g nd in4+ in4- in3+ in3- u 3 l m339 圖 3.2 信號頻率捕捉電路原理圖 3.2.3 a/d 轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計 (1)adc0809芯片簡介 adc0809

33、是帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯 的cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。adc0809由 一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個a/d轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖 存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用a/d 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當oe端為高電 平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)10。 adc0809各腳功能如下： d7-d0：8位數(shù)字量輸出引腳。 in0-in7：8位模擬量輸入引腳。 vcc：+5v工作電壓。 gnd：地。 ref（+）：參考電壓正端。 ref

34、（-）：參考電壓負端。 start：a/d轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。 ale：地址鎖存允許信號輸入端。 eoc：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電 平。 oe：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 clk：時鐘信號輸入端（一般為500khz） 。 a、b、c：地址輸入線。 地址輸入和控制線：4 條 ale 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ale 線為高電平時，地址鎖 存與譯碼器將 a，b，c 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通 道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。a，b 和 c 為地址輸入線，用于選通 in0in7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示

35、。 表 3.1 adc0809 的通道選擇表 cba 選擇的通道 000in0 001in1 010in2 011in3 100in4 101in5 110in6 111in7 數(shù)字量輸出及控制線：11 條 st 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當 st 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時， 開始進行 a/d 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st 應(yīng)保持低電平。eoc 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當 eoc 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 a/d 轉(zhuǎn)換。oe 為輸出允 許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸 出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0 為數(shù)字量輸出線。 cl

36、k 為時鐘輸入信號線。因 adc0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須 由外界提供，通常使用頻率為 500khz，vref（），vref（）為參考電壓輸 入。 adc0809 應(yīng)用說明:adc0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 at89s51 單片機 直接相連。初始化時，使 st 和 oe 信號全為低電平。送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地 址到 a，b，c 端口上。在 st 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。是否 轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) eoc 信號來判斷。當 eoc 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 oe 為高 電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 (2)a/d 轉(zhuǎn)換電路原理圖 ea /vp 31

37、 x1 19 x2 18 re se t 9 int 0 12 int 1 13 t0 14 t1 15 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 32 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 rd 17 wr 16 psen 29 al e/p 30 tx d 11 rx d 10 89c51 c c 6m hz c

38、 r +5v d ck q q al e d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 cl ock st art al e oe eo c ad da ad db ad dc re f(+) in-7 re f(-) ad c0809 d0 3 q0 2 d1 4 q1 5 d2 7 q2 6 d3 8 q3 9 d4 13 q4 12 d5 14 q5 15 d6 17 q6 16 d7 18 q7 19 oe 1 le 11 u? 74ls373 1 1 in-6 in-5 in-4 in-3 in-2 in-1 in-0 u? no r u? no r 圖 3.3 a/d 轉(zhuǎn)換電路原

39、理圖 由于 adc0809 片內(nèi)無時鐘，可利用 89c51 提供的地址鎖存允許信號 ale 經(jīng) d 觸發(fā)器 2 分頻后獲得，ale 引腳的頻率是 89c51 單片機時鐘頻率的六分之一。 單片機時鐘頻率采用 6mhz，則 ale 引腳的輸出頻率為 1mhz，再 2 分頻后為 500khz，恰好符合 adc0809 對時鐘頻率的要求。由于 adc0809 具有輸出三態(tài)鎖 存器，其 8 位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址譯碼引腳 c、b、a 分 別與地址總線低 3 位 a2、a1、a0、相連，以選通 in0-in7 中的一個通路。將 p2.7（地址總線 a15）作為片選信號端，在啟動 a/d

40、轉(zhuǎn)換時由單片機的寫信號 和 p2.7 引腳信號控制 adc 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于 ale 和 start 連在一 起，因此 adc0809 在鎖存地址的同時，啟動并進行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時， 用低電平的讀信號和 p2.7 引腳經(jīng) 1 級或非門后，產(chǎn)生的正脈沖作為 oe 信號， 用以打開三態(tài)輸出鎖存器。 3.3 單片機控制系統(tǒng)及外圍電路的設(shè)計 3.3.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機以高性能、高速 度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計智能化儀器儀表的 首選微控制器，單片機結(jié)合簡單的接口電路即可構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，它是智 能化儀器

41、儀表的基礎(chǔ)，也是測控、監(jiān)控的重要組成部分11。 單片機最小系統(tǒng)是在以 mcs-51 單片機為基礎(chǔ)上擴展，使其能更方便地運 用于測試系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以 大幅度提高被測試的技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機 以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為在實時檢 測和自動控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤 其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。 3.3.2 鍵盤、顯示電路的設(shè)計 鍵盤顯示電路中，鍵盤采用獨立鍵盤。按鍵直接與 89c51 的 i/o 口線相連， 通過讀 i/o 口判斷各 i/o 口線的電

42、平狀態(tài)，即可識別出按下的鍵。4 個數(shù)碼管 直接與 89c51 的 p0 口相連，每個數(shù)碼管用一條選通線。 ea /vp 31 x1 19 x2 18 re se t 9 int 0 12 int 1 13 t0 14 t1 15 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 32 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 r

43、d 17 wr 16 psen 29 al e/p 30 tx d 11 rx d 10 89c51 rrr +5v c c 6m hz +5v c r q? pn p q? pn p q? pn p q? pn p vcc a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds? vcc a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds? vcc a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds? vcc a bf

44、 c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds? vcc 圖 3.4 鍵盤顯示電路原理圖 4.簡易電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的程序設(shè)計 4.1 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置軟件主程序設(shè)計 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置軟件的主程序流程圖如圖 4.1 所示 開始 初始化 同步采樣程 序 a/d轉(zhuǎn)換程序 鍵盤程序是 否啟動？ c51程序 顯示程序 y n 圖 4.1 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置主程序流程圖 4.2 同步采樣的設(shè)計 4.2.1 同步采樣的分類 目前,大多都是通過同步采樣方法建立理論和算法后來采樣、分析周期電 氣信號。由于實際工程中的采樣很難達到理想的同步,存在同步誤差,使數(shù)

45、據(jù)分 析的準確性和測量的精確度受到影響。因此,選擇合適的采樣方法、減小同步 誤差是提高測量精度的關(guān)鍵12。 電網(wǎng)交流電氣信號參數(shù)的采樣方法主要有直流采樣方法和交流采樣方法。 直流采樣法是采集經(jīng)變送器的直流量,軟件設(shè)計簡單,計算方便。但直流采樣法 測量精度直接受整流電路的精度和穩(wěn)定性影響,同時直流采樣一般只能反映被 測量的單一信息(如有效值) ,無法實現(xiàn)實時信號的采集,從而造成測量裝置產(chǎn) 生誤差。為了滿足高精度、高穩(wěn)定性測量的要求,現(xiàn)在普遍采用交流采樣技術(shù)。 交流采樣技術(shù)是按一定要求對被測信號的瞬時值進行采樣,然后對采樣值 進行分析處理,并獲取被測量的信息。交流采樣對a /d轉(zhuǎn)換速度和cpu處理

46、速度 要求較高,算法復(fù)雜,但交流采樣包含信息量大,實時性好,相位失真小,成為目 前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中主要的采樣方式13。目前工程上使用的同步采樣技術(shù)有硬 件同步采樣和軟件同步采樣。 (1)硬件同步采樣 硬件同步采樣通過專門設(shè)計的硬件電路來實現(xiàn)對被測信號采樣脈沖的同步。 由于電網(wǎng)的頻率并非固定在某一個值,而是存在一定的偏差,因此需使采樣頻率 實時跟蹤電網(wǎng)信號頻率變化來減少采樣誤差。 (2)軟件同步采樣 軟件同步采樣是通過在定時中斷服務(wù)程序中對定時器重置定時值來實現(xiàn)的。 首先,通過測量電網(wǎng)信號周期t, 然后根據(jù)周期t以及每周期內(nèi)采樣點數(shù)n 來確 定定時器時間(= t /n ) 。當定時時間到時, 產(chǎn)生

47、中斷請求實現(xiàn)同步采 樣。軟件同步采樣不需要專門的硬件電路,成本低,只需在程序中設(shè)置中斷程序 即可實現(xiàn)14。 4.2.2 軟件同步采樣的流程圖 在軟件設(shè)計中，主要是兩個中斷時間的實現(xiàn)。ad的采樣觸發(fā)信號源為 f2812 的通用定時器1的溢出信號，在定時器中斷中啟動ad采樣，通過修改 f2812的計數(shù)寄存器可以設(shè)置相應(yīng)的采樣頻率，從而可以設(shè)置ad 的采樣率。利 用ad 轉(zhuǎn)換完成信號觸發(fā)dsp芯片的外部中斷int1信號，在外部中斷程序中依次 讀取6 通道的采集數(shù)據(jù)。其流程圖如圖4.2所示： 定時t0入口 開啟ad采樣 使能定時器 比較中斷 中斷標志位 復(fù)位 清除相應(yīng)的 應(yīng)答標志位 返回 圖 4.2

48、定時器中斷流程圖 開始 關(guān)閉外部中斷1 依次讀取6同道 數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù) 放入sram中 開啟外部中斷1 清除相應(yīng)的應(yīng) 答標志位 返回 圖 4.3 外部中斷int1程序流程圖 4.3 電能參數(shù)的計算 4.3.1 電壓、電流有效值的計算 在單片機中實現(xiàn)開根號 原理： 假如和都是二進制序列，取值0或1。 b b 0 0 1 1 2 2 1 1 2222 bbbbm m m m m 0 0 1 1 2 2 1 1 2222 bbbbn n n n n mn 2 n的最高位可以根據(jù)m的最高位直接求得。 1n b 1m b 設(shè)m已知，因為 ，所以 mm m22 1 22 1 22 mm n 如果m是奇數(shù)，設(shè)

49、，那么21mk ， 1 1 2 222 kk k n ，kn1 2 1 1 m kn 如果m是偶數(shù)，設(shè)，那么km2 ， 12 22 k k n 1 2 k ，11kn 2 m kn 所以完全有決定。 1n b 1m b 余數(shù) 22 11 2 n n mmb n的次高位可以采用試探法來確定。 2n b 因為，假設(shè)，則1 1 n b1 2 n b 2 12222224 11112 22222 nnnnn nnnnn bbbbb 然后比較余數(shù)是否大于等于。這種比較只須根據(jù) 1 m 224 12 22 n nn bb 、.、便可作出判斷，其余低位不做比較。 1m b 2m b 42 n b 若，則假設(shè)

50、有效，；余數(shù) 224 112 22 n nn mbb 1 2 n b ； 2 12224 21121 22212 nnn nn mmbbm 若，則假設(shè)無效，余數(shù)。 224 112 2 *2 n nn mbb 0 2 n b 12 mm 同理，可以從高位到低位逐次求出m的平方根n的各位 使用這種算法計算32位數(shù)的平方根時最多只須比較16次，而且每次比較時 不必把m的各位逐一比較，尤其是開始時比較的位數(shù)很少，所以消耗的時間遠 低于牛頓迭代法。 根據(jù)相電壓的有效值定義，若為相鄰兩次采樣的時間間隔，為第 k t ku k個時間間隔的電壓采樣的瞬時值，有 （4- 1 0 2 1 n k k tku t

51、u 1） 若相鄰兩次采樣的時間間隔相等及為時間常數(shù)，則有 k tt t t n （4- 1 0 2 1 n k ku n u 2） 同理可得電流的有效值公式： （4- 1 0 2 1 n k ki n i 3） 4.3.2 電源頻率的計算 結(jié)合實際情況,采用硬件測頻的方法。輸入電壓經(jīng)變換、隔離后通過50 hz 帶通濾波器獲得平滑的正弦波信號,消除經(jīng)方波形成器后整形為上升沿陡峭的 方波,然后接入到測量cpu的可編程計數(shù)陣列(pca)模塊,利用其上升沿捕獲功能 得到pca計數(shù)器在每個方波周期內(nèi)的計數(shù)值n ,于是輸入電壓的頻率f為 （4- cp f n f 1 4） 其中為pca的計數(shù)頻率。 cp

52、f 4.3.3 有功功率、無功功率的計算 (1)有功功率的計算 用單片機實現(xiàn) cos計算：利用高級語言自動生成查表程序。 利用高級語言自動生成查表程序的實質(zhì)就是利用高級語言的計算功能，把 原本復(fù)雜的計算轉(zhuǎn)換為簡單的查表結(jié)果，以文本文件的形式輸出查表程序，在 單片機編程中將該段程序插入相應(yīng)的程序中去。在應(yīng)用中需要注意的是：查表 結(jié)果沒有小數(shù)，故在計算輸出時要四舍五入；查表結(jié)果只能在0255之間，超 出此范圍要加以處理。有一點要注意的是，在插入查表程序時特別要注意查表 程序不能跨過0255的頁面。 有功功率電能用于做功被消耗，它們轉(zhuǎn)化為熱能、光能、機械能或化學(xué) 能等，稱為有功功率；又叫 平均功率

53、15。交流電的瞬時功率不是一個恒定 值，功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所 消耗的功率，以字母 p表示，單位瓦特 。 （4- 1 1 1 n k kk iu n p 5） 其中n為一個電網(wǎng)周期的采樣點數(shù)，和分別為對應(yīng)點的電壓瞬時值和 k u k i 電流瞬時值。 (2)無功功率的計算 無功功率本身并不做功，但會降低傳輸線路的效率并增加其線損，同時對 一些設(shè)備也會產(chǎn)生影響。所以無功功率是一般電網(wǎng)中非常關(guān)注的一個參數(shù)。采 用公式： （4- n k knk ui n q 1 4 1 6） 進行計算，其中n為一個電網(wǎng)周期的采樣點數(shù)，和分別為電流和電壓 k i k u 的瞬時

54、值。由此求得的無功功率帶有符號，負號表示容性，正號表示感性。 4.3.4 功率因數(shù)的計算 在交流電路中，電壓與電流之間的相位差的余弦叫做功率因數(shù)，用符號 表示。在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即 （4- s p cos 7） 在具有阻抗的交流電路中，電壓有效值與電流有效值的乘積，稱為視在功 率，視在功率的平方= 有功功率的平方+ 無功功率的平方。即： （4- 222 qps 8） 4.3.5 電能參數(shù)計算的 matlab 仿真結(jié)果 (1)當電壓與電流相位一致時：有功功率p1 = 4.7220e+004；無功功率 v1 =1.7746e-013。仿真圖像如圖4.4所示： 圖 4.4

55、 電壓與電流相位一至?xí)r的仿真圖像 (2)當電壓滯后電流90度時：有功功率p2 =5.3239e-012；無功功率v2 =- 4.7220e+004。仿真圖像如圖4.5所示： 圖 4.5 電壓滯后電流90度的仿真圖像 當電壓滯后電流60度時：有功功率p3 =2.3610e+004；無功功率v3 =- 4.0893e+004。仿真圖像如圖4.6所示： 圖 4.6 電壓滯后電流60度的仿真結(jié)果圖像 4.4 鍵盤、顯示程序設(shè)計 4.4.1 鍵盤程序設(shè)計 鍵盤是由若干按鈕組成的開關(guān)矩陣，它是單片機系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備， 用戶能通過鍵盤向計算機輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。一般單片機系統(tǒng)中采和非編 碼鍵盤，非編

56、碼鍵盤是由軟件來識別鍵盤上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用 靈活等特點，因此被廣泛應(yīng)用于單片機系統(tǒng)。按鈕開關(guān)的抖動問題組成鍵盤的 按鈕有觸點式和非觸點式兩種，單片機中應(yīng)用的一般是由機械觸點組成的16。 圖 4.7 鍵盤的結(jié)構(gòu)圖 圖 4.8 輸入端的波形圖 圖 4.5 是鍵盤的結(jié)構(gòu)圖，當開 關(guān) s 未被按下時，p2.6 輸入為高電平，s 閉合后，p2.6 輸入為低電平。由于按鈕是機械觸點，當機械觸點斷開、閉合時， 會有抖動動，p2.6 輸入端的波形如圖 4.6 所示。這種抖動對于人來說是感覺不 到的，但對計算機來說，則是完全能感應(yīng)到的，因為計算機處理的速度是在微 秒級，而機械抖動的時間至少是毫秒級

57、，對計算機而言，這已是一個“漫長” 的時間了。中斷時曾有個問題，就是說按鈕有時靈，有時不靈，其實就是這個 原因，你只按了一次按鈕，可是計算機卻已執(zhí)行了多次中斷的過程，如果執(zhí)行 的次數(shù)正好是奇數(shù)次，結(jié)果正確，如果執(zhí)行的次數(shù)是偶數(shù)次，那就不對了。為 使 cpu 能正確地讀出 p2 口的狀態(tài)，對每一次按鈕只作一次響應(yīng)，就必須考慮 如何去除抖動，常用的去抖動的辦法有兩種：硬件辦法和軟件辦法。單片機中 常用軟件法，軟件法其實很簡單，就是在單片機獲得 p2.6 口為低的信息后， 不是立即認定 s1 已被按下，而是延時 10 毫秒或更長一些時間后再次檢測 p2.6 口，如果仍為低，說明 s1 的確按下了，這

58、實際上是避開了按鈕按下時的抖動 時間。而在檢測到按鈕釋放后（p2.6 為高）再延時 5-10 個毫秒，消除后沿的 抖動，然后再對鍵值處理。不過一般情況下，我們常常不對按鈕釋放的后沿進 行處理，實踐證明，也能滿足一定的要求。當然，實際應(yīng)用中，對按鈕的要求 也是千差萬別，要根據(jù)不一樣的需要來編制處理程序，但以上是消除鍵抖動。 鍵盤程序的流程圖如圖 4.9 所示： 開始 有鍵閉合？ 調(diào)用延時子程 序延時6ms 2次調(diào)用延時子 程序延遲12ms 有鍵閉合？ 判斷閉合鍵鍵 號 閉合鍵釋放 否？ 輸入鍵號 返回 y n y n 圖 4.9 鍵盤程序流程圖 4.4.2 顯示程序設(shè)計 (1)led 顯示器 常

59、用的 led 顯示器為 8 段。每一個段對應(yīng) 1 個發(fā)光二極管。這種顯示器有 共陽極和共陰極 2 種。共陰極 led 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通 常公共陰極接地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相 應(yīng)的段被顯示。同樣共陽極 led 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常 公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮， 相應(yīng)的段被顯示。由 n 各 led 顯示塊可拼接成 n 位的 led 顯示器。led 顯示器 有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。led 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各 位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（+5v） ；每位

60、的段碼線分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連。靜態(tài)顯示器的亮度較高。顯示位數(shù)較多的情況下，一 般都采用動態(tài)顯示方式。而動態(tài)顯示是實質(zhì)是以犧牲 cpu 的時間來換取器件的 減少。 (2)顯示程序流程圖 開始 初始化 送段碼 取顯示 查表取出段碼 將段碼送sbuf 1b的段碼輸 完？ 清除標志位 指向下一個數(shù) 據(jù)單元 段碼個數(shù)為 0？ 關(guān)閉顯示器 返回 n y y n 圖 4.10 顯示程序流程圖 5.系統(tǒng)的調(diào)試 5.1 硬件調(diào)試 硬件電路設(shè)計完成后，需要測試電路能否正常工作。用單片機 wave 仿真 器對系統(tǒng)硬件進行診斷與檢查；程序的輸入與修改；硬件電路、程序的運行與 在線仿真調(diào)試；程序的固化。用