測量電壓、電流、功率

1、編號： 畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 測量電壓、電流、功率測量電壓、電流、功率 的數(shù)字表的設(shè)計的數(shù)字表的設(shè)計 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名： 韋 領(lǐng) 學(xué) 號： 0600120328 指導(dǎo)教師： 郭 福 力 職 稱： 工 程 師 題目類型：題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)2010 年 05 月 24 日摘 要在現(xiàn)代檢測技術(shù)中，常需用高精度數(shù)字電壓表進(jìn)行現(xiàn)場檢測，將檢測到的數(shù)據(jù)送入微計算機(jī)系統(tǒng)，完成計算、存儲、控制和顯示等功能.本設(shè)計是一種基于 AT89C51 單片機(jī)的測量電量的數(shù)字表，以 AT89C51 單片機(jī)和 ADC0809 為核心

2、器件.該系統(tǒng)的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少，成本低，調(diào)節(jié)工作可實現(xiàn)自動化：數(shù)字電表抗干擾能力強(qiáng)、測量速度快、測量準(zhǔn)確度高.整個測量系統(tǒng)主要測量電壓電流兩個主要參數(shù)，只要測出這兩個參數(shù)就可以計算出有功功率和無功功率。整個系統(tǒng)的設(shè)計完成了硬件電路的設(shè)計及軟件程序的編寫，通過最終硬件電路的調(diào)試及軟件程序的仿真，使該系統(tǒng)能夠在要求的條件下達(dá)到正常的測量及顯示功能。在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，主要采用了模塊化的設(shè)計方法。該系統(tǒng)主要分為四大模塊，即輸入信號衰減模塊、主控制模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊和輸出顯示模塊。由于實際電路中的電量參數(shù)太大，ADC0809 直接采集會使器件被損壞，因此先對電量信號進(jìn)行衰減，

3、在單片機(jī)的控制下完成對電壓、電流信號采集，并對電壓和電流的相位進(jìn)行比較得到功率角，最后將測量結(jié)果通過LCD1602 液晶顯示出來。該電路設(shè)計新穎、功能強(qiáng)大、可擴(kuò)展性強(qiáng)。關(guān)鍵字：AT89C51 單片機(jī);ADC0809;模塊化;數(shù)字表AbstractIn modern measuring technology，it is often required to conduct site measuring with a digital meterThe data measured will then be input into the micro-computer system to execute

4、such functions like calculating，storing，controlling and displaying.An non-electricity measurement digital electric meter based on AT89C51 is proposed.It is a completed measurement systern based on the AT89C51 and AD0809. The digital meter meter features in simple electrical circuit，lower use of elem

5、ents，low cost and automatic regulation. The digital meter strong anti-jamming ability, Measuring speed, high accuracy field measurement methods .The measuring system, the main measure two main arguments are voltage and current. Just measured out the two arguments,it can calculate the active power an

6、d the reactive power. In this design, the hardware circuit and software programming are both realized at the judge of hardware circuit and imitation of software program. This system can fulfill the function of measure and displaying under the demanded conditions. Over the designing of the whole syst

7、em, the method of modularity is used. The system is mainly divided into four modules：for example，the module of input signal attenuation,the module of master control, the module of ADC, the module of display export signal. Due to, the parameter of actual circuit quantity of electricity are unerhoert

8、gross, if ADC0809 direct gathering the non-electricity signal,it will break down the device,and the digital electric meter will out of work.So, the quantity of electricity signal must take attenuation place .This system can accomplish the signal sampling of voltage and current,and compares the volta

9、ge and current phase, and gets the phase difference. The result can be displayed through the Liquid Crystal Display 1602. The circuit is modern design，powerful functions, scalability strong.Key words： AT89C51 MCU；ADC0809; Modularity ;Digital electric meter目目 錄錄引 言.11 硬件系統(tǒng)設(shè)計.21.1 技術(shù)要求.21.2 系統(tǒng)原理及基本框圖.

10、21.3 輸入電路.31.4 交流電源信號衰減電路.31.4.1 電壓信號衰減電路.31.4.2 電流信號采集電路.41.4.3 電路電壓電流相位差電路.51.5 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .71.5.1 AD 轉(zhuǎn)換電路的接口設(shè)計.71.5.2 ADC0809 芯片介紹.91.6 主控電路的設(shè)計.111.6.1 主要功能.111.6.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖.111.6.3 外部引腳說明.121.6.4 單片機(jī)復(fù)位電路.131.6.5 單片機(jī)在系統(tǒng)中的應(yīng)用.141.7 顯示電路.151.8 整流電路.162 軟件系統(tǒng)的設(shè)計.172.1 主程序的設(shè)計.172.2 子程序的設(shè)計.172.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換程序的

11、設(shè)計.182.2.2 相位差程序的設(shè)計 .182.2.3 顯示程序的設(shè)計.193 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試.213.1 系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計與安裝.213.2 系統(tǒng)各部分的調(diào)試.223.2.1 系統(tǒng)的硬件調(diào)試.223.2.2 系統(tǒng)的軟件調(diào)試.22結(jié) 論.23謝 辭.24參考文獻(xiàn).25附 錄.26附 錄 A .26附 錄 B.31附 錄 C.35 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 1 頁 總 35 頁1引 言在電氣測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作者必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，所以數(shù)字表就成為一種必不可少的測量儀器。傳

12、統(tǒng)的電壓電流表在測量電量時需要手動切換電壓電流開關(guān)，不僅不方便，而且功能單一、精度低。如果在測量時忘記切換量程，則會出現(xiàn)很大的測量誤差，甚至有將電壓表燒壞的可能。以前電表一般均為指針式面板表，精度低，可視距離近，數(shù)據(jù)需要人工抄錄，浪費(fèi)人力資源，數(shù)據(jù)管理不便，容易出錯。本設(shè)計通過單片機(jī)對模擬信號進(jìn)行采集，將采集信號數(shù)字化，再將測量結(jié)果顯示出來，這樣的數(shù)字表具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、驅(qū)動電流小、動作快、操作方便、價格低廉的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便。這將會大大的提高了測量的精度和速度，更加直觀的顯示測量結(jié)果，測量結(jié)果數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面都取得了巨大的進(jìn)步。這樣具

13、有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點(diǎn)的數(shù)字表受到電子電氣工作者的青睞。數(shù)字電表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。目前數(shù)字萬用表的內(nèi)部核心部件是AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度，本文A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809對輸入模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89c51對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后驅(qū)動輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號。這種類型的數(shù)字電壓表無論在功能和實際應(yīng)用上都具有傳統(tǒng)電表無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，這使得

14、它的開發(fā)和應(yīng)用都具有良好的前景。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 2 頁 總 35 頁21 硬件系統(tǒng)設(shè)計在硬件設(shè)計系統(tǒng)中，考慮到人身安全、防止燒壞元器件和更好的調(diào)試硬件電路等問題，本設(shè)計并沒有直接將0250V的交流電接入硬件電路，而是將硬件電路與0250V的交流電隔開，在0250V的交流電和硬件電路之間用互感器對強(qiáng)電信號進(jìn)行衰減，變成弱電信號，然后再對該衰減后的弱電信號進(jìn)行采集，這樣就會很安全。電路的電壓信號用電壓互感器進(jìn)行衰減，電流信號用電流互感器進(jìn)行衰減。被測電路中的電壓相位和電流相位經(jīng)過互感器后的相位差很小，可以忽略不計。電壓電流信號衰減之后還是交流信號，而本設(shè)計中ADC08

15、09是對直流電信號進(jìn)行采集的，所以在信號接入AD轉(zhuǎn)換器之前須將交流信號轉(zhuǎn)換成05V的直流電，因為ADC0809的基準(zhǔn)電壓時直流5V。在硬件電路設(shè)計中多次采用了電容濾波來消除干擾信號，可以提高信號的精確度，同時也可以解決信號傳輸中的衰減問題。又考慮到單片機(jī)的驅(qū)動能力很小，在設(shè)計中加入了74HC464驅(qū)動LCD1602液晶顯示。整個硬件系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：(1)電源信號衰減電路：將輸入的0-250V被測電壓信號衰減成O5V；將輸入大電流信號衰減成小電流信號。(2)相位差比較電路：將電壓和電流的相位進(jìn)行比較，完成相位差的計算。(3)模數(shù)轉(zhuǎn)換及控制電路：完成對采集數(shù)據(jù)的處理和對系統(tǒng)的控制。(4)

16、顯示電路：由74HC164HE和LCD1602組成，將測量的電壓、電流信號、有功功率和無功功率顯示出來。(5)整流電路：將交流電整流成低壓直流電5V，作為電源供給硬件電路中的LM393芯片、單片機(jī)、ADC0809的基準(zhǔn)電壓和LCD1602的工作電壓。1.1 技術(shù)要求電壓測量范圍：0-250V， 誤差 2 V；電流測量范圍：0-5A，誤差 0.1 A；功率測量范圍：0-1250W, 誤差 1 W；可用現(xiàn)場提供的220V交流電源。1.2 系統(tǒng)原理及基本框圖本設(shè)計主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為輸入信號處理、整流穩(wěn)壓電路、單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、LCD1602顯

17、示電路?；究蚣軋D如圖1.1所示，信號經(jīng)過衰減整流處理后進(jìn)行采集，由AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由單片機(jī)控制和計算后將結(jié)果送LCD1602顯示。由于沒有具體要求采用多大幅值的電壓，為了方便起見，直接采用現(xiàn)場的220V交流電源。將220V的交流電源衰減為6V的交流信桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 3 頁 總 35 頁3號，所以本文設(shè)計了電源電路，將220V交流電轉(zhuǎn)換成電路可用的低壓直流電。電壓互電壓互感器感器A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換信號信號處理處理單片單片機(jī)機(jī)結(jié)果結(jié)果顯示顯示電壓電流電壓電流相位差相位差電流互電流互感器感器 圖 1.1 交流數(shù)字表的原理框圖1.3 輸入電路為了提高信號質(zhì)量，A/D

18、轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入通道IN0-IN7之前采用RC 濾波電路。如圖1.2所示；RC 濾波電路A/D 轉(zhuǎn)換器0809模擬量輸入圖1.2 信號處理框圖1.4 交流電源信號衰減電路 這個模塊電路主要包含三大部分，即電壓信號衰減電路、電流信號衰減電路、電壓電流相位比較電路。這三個電路在以下將做一一介紹。1.4.1 電壓信號衰減電路電壓信號衰減電路如圖1.3所示，為了人身安全，同時也為了在調(diào)試過程中電壓過桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 4 頁 總 35 頁4大而燒損元器件，所以不該直接接入0250V的交流電源，應(yīng)先對輸入電壓進(jìn)行衰減，該設(shè)計中用電壓互感器T0進(jìn)行交流衰減，衰減整流輸后應(yīng)為05

19、V直流電壓。降壓后的交流接入一個理想的整流橋，再接一個100uF的電容，整流橋輸出直流電壓信號中號會暫存一些紋波和諧波，為了提高電壓信號的精確度，需要加入濾波電路，如圖所示，C1和C2除了濾去直流電壓信號殘留的一些雜波，提高了信號質(zhì)量之外，同時還起到穩(wěn)壓升壓的作用。由于加入濾波電路之后，整流橋輸出的直流電壓值=，OU22u24 . 1 u其中是互感器的二次輸出端的電壓的有效值，而互感器二次側(cè)的電壓變化范圍為02u5V，即IN0的對地電壓的范圍為07V，已經(jīng)超過了ADC0809的基準(zhǔn)電壓5V，所以IN0對地的電壓必須控制在5V之內(nèi)才能進(jìn)行測量，所以本電路電壓的衰減比例為250:3.5，輸出的最大

20、直流電壓為4.9V。經(jīng)過整流后得到的直流電壓信號直接接入ADC0809的輸入通道IN0，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。因此在顯示測量的電壓值應(yīng)該是IN0對地的電壓=51,當(dāng)然，這個關(guān)系系數(shù)在主控制電路的單片機(jī)軟件中設(shè)置)5 . 3/250*)4 . 1/(（inoUinoU的。理論上，顯示的電壓值的范圍：0250V。T 01234D 1C1+C2IN0一一一一一一一一一一 圖1.3 電壓信號衰減電路1.4.2 電流信號采集電路測量電流的方法一般分成直接式和非直接式兩種直接式一般通過電阻進(jìn)行，根據(jù)歐姆定律電流的大小和電壓成正比，因此可以通過測量一個小電阻的電壓差得到所經(jīng)過電流的大小非直接式測量一般通過監(jiān)控電流產(chǎn)

21、生的磁場得到，由于電流周圍本身會產(chǎn)生磁場，電流的大小和磁場成正比，因此可以通過測量磁場的大小得到經(jīng)過電流的大小直接式用于測量相對較小的電流以及電壓不高的情況，非直接式不帶有任何導(dǎo)電關(guān)系，因此可用于測量相對較大的電流以及相對較高的電壓 本電流采集電路采用的方法是直接采集方式，如圖1.4所示，整個電路的設(shè)計思想是歐姆定律。電流互感器二次端輸出的電流流過一個已知阻值的純電阻R，在電阻兩端會產(chǎn)生壓降U，根據(jù)歐姆定律U=RI就可以計算出電路中電流I=U/R。本電路的設(shè)計原理和電壓信號采集電路的原理是類似的，因為電流互感器二次端輸出的電流是交流信號，所以在電阻上產(chǎn)生的壓降也是交流電壓，所以必須將交流信號進(jìn)

22、行整流后才能接入桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 5 頁 總 35 頁5ADC0809的1通道IN1。圖中的R1是精密電阻，為的是減小R1兩端電壓，使測量的結(jié)果更加準(zhǔn)確；電路的D1、C1和C2的原理和圖1.3的原理是一樣的，IN1對地電壓的計算方法也是IN0對地電壓的計算方法是一樣的。顯示電流大小應(yīng)為：05A。T 1+C1C2一一一一一一一一一一IN11234D 1R1 圖1.4 電流采集電路1.4.3 電路電壓電流相位差電路電壓電流相位差電路如圖 1.5 所示，由于交流互感器的一次側(cè)和二次側(cè)的相位差很小，可以忽略不計，所以可以直接從互感器的二次交流信號采集電壓和電流的相位，進(jìn)行比

23、較之后即可得到相位差，從而可以計算功率因數(shù)，以致得到有功功率和無功功率。根據(jù)電路知識可以知道，交流電信號經(jīng)過純電阻電路后的相位是不改變的，如圖所示，電壓電流信號分別通過 R5 和 R6 之后,各自的相位并沒有改變，保持原來的相位，因此可以通過比較衰減后的電壓和電流的相位就可得到相位差。圖中的 R1 和 R2 起限流作用，R3 和 R4 是 LM393 電壓比較器的上拉電阻，由于 LM393 電壓比較器是集電極開路輸出的，所以必須加上拉電阻，才能輸出高電平，否則單片機(jī)有可能檢測不出其輸入信號是高電平還是低電平，會造成誤差；C1 和 C2 起到對輸入信號濾波的作用，使輸出的波形信號更準(zhǔn)確；在信號通

24、過比較器之前，每個比較器都 由兩個二極管反向并聯(lián)組成了鉗位電路 ，一次只能有一個二極管導(dǎo)通，而另一個處于截止?fàn)顟B(tài)，那么它的正反向壓降就會被鉗制在二極管正向?qū)▔航?.5-0.7V 以下，從而起到保護(hù)電路的目的。當(dāng)被測電路中只有電阻負(fù)載時，電路中的電壓和電流的相位是同相的，兩個交流信號通過比較器后相位差為；當(dāng)被測電路中還存在其他的負(fù)載（容抗和感抗），電00流的相位會超前或滯后電壓的相位。如圖所示，過零電壓比較器 LM393 的引00090腳 3 是電壓相位信號的輸入端，其信號與引腳 2 進(jìn)行比較，由于引腳 2 是接地的，所以信號為零，引腳 3 只要一過零點(diǎn)輸出高電平或低電平。同理，LM393 的

25、引腳 5 是電流相位信號的輸入端，其信號與引腳 6 進(jìn)行比較，過零時輸出高電平或低電平，經(jīng)過過零比較器后得到的電壓方波信號接至單片機(jī)的 INT0 口，經(jīng)過過零比較器后得到的電流方波信號接至單片機(jī)的 INT1 口，兩個中斷都是下降沿中斷，INT1 一產(chǎn)生中斷就開始計時，INT0 一產(chǎn)生中斷就停止計時。因為 T0（或 T1）在做定時器使用時，輸入的時鐘脈桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 6 頁 總 35 頁6沖式有晶體振蕩器的輸出經(jīng) 12 分頻后到的，所以定時器可看作是對單片機(jī)機(jī)器周期的計數(shù)器，因此它的技術(shù)頻率為晶振頻率的 1/12，該系統(tǒng)用的是 12MHZ 的晶振，則點(diǎn)時期沒接收一個

26、技術(shù)脈沖的時間間隔為 1us.所以在這段時間內(nèi)的時間長度為 Tus,T 即為圖 5.1 中方波信號 3 高電平部分的時間長度；從而可以計算其相位差。由于已知電路交流信號的頻率為 50HZ，所以它的周期為 0.02s,所以所測到的相位差為(T/10000)*。從而就可以計算出功率因數(shù)，以致可以有功功率和無功功率。其輸出信號波形如圖 1.6，圖 1.7 所示 2 號波形是電壓信號，2 號是電流信號波形，3 號波形信號為比較后得到的波形。其實本電路的相位比較方法還有一種，就是將兩個比較器的輸出信號同時接到一個或非門，比較后輸出的波形如圖 5.2 中的 3 號波形，再將該波形信號當(dāng)做外部中斷源接入單片

27、機(jī)的 INT0 腳，同時將該信號接入單片機(jī)的 T0 腳，當(dāng)出現(xiàn)高電平時 T0 開始計時，當(dāng)信號由高變低時，INT0 產(chǎn)生中斷，T0 停止計時，并讀取計時時間長度 Tus,然后再將 1/2 周期的時間 10000us 減去 Tus,得到的時間就是相位差所占的時間，計算公式為：（10000-T）*/10000,因此即可計算功率角。由于還要添加一塊或非門的芯片，增加了電路的復(fù)雜度，而且還浪費(fèi)資源，但是前一種方法在產(chǎn)生中斷時需要延時，所以誤差比較大，為了提高信號的精確度，最終采用了后一種比較方法。R14KR24KR34k567U 1LM39332148V +V -U 1LM393V CCR44kD 1

28、1D 22D 33D 44123U 2A74021J6INT0C1104C2104T0T1一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一R5R6圖1.5 電壓電流相位差電路桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 總 35 頁7123 圖1.6 電壓與電流相位差波形圖123圖1.7 電壓與電流相位差波形圖LM393的兩個輸出端信號電路都需要加電容濾波，把信號中殘留的雜波濾掉，否則在信號進(jìn)入單片機(jī)，信號中的雜波會使輸出端出現(xiàn)錯誤或誤差。同時，LM393電壓比較器，是集電極開路輸出的，所以必須加上拉電阻，才能輸出高電平。芯片LM393工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：236

29、V，雙電源:118V；所以在電路設(shè)計中就使用單電源+5V直流電壓供電。圖1.8 LM393內(nèi)部框圖1.5 A/D 轉(zhuǎn)換電路1.5.1 AD 轉(zhuǎn)換電路的接口設(shè)計AD轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的器件或裝置，是一種模擬系統(tǒng)和計算機(jī)之間的接口，在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)對模擬信號的讀取是采用A/D的轉(zhuǎn)換方式，這一方法對輸出阻抗低，惰性強(qiáng)，變化緩慢，傳輸距離長的信號，采用A/D轉(zhuǎn)換的抗干擾性能就比較差。對于不需要較快檢測速度信號采集時，桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁 總 35 頁8CPU發(fā)出指令，定時時間一到，從讀到的計數(shù)乘以一定的系數(shù)，就可以得到相應(yīng)的電

30、壓值。常用的AD轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積分式，考慮到前者轉(zhuǎn)換時間短，因此選用逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器。ADC0809為8位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，分辨率為，82/1轉(zhuǎn)換時間100s左右。在本系統(tǒng)中選用+5V的直流電壓為基準(zhǔn)電壓，所以ADC0809的分辨能力為5V/25519.6mv, 19.6*51=999.6mv=1V,而本系統(tǒng)要求的電壓誤差小于或等于2V,電流的誤差小于或等于0.1A,功率誤差小于或等于1W,從以上的分析中看出，0809的分辨能力完全能夠滿足要求。AD轉(zhuǎn)換器采用集成電路ADC0809。ADC0809具有8路模擬量輸入信號IN0一IN7(15、2628腳)，地址線C、B、A(2

31、325腳)決定哪一路模擬輸入信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，本電路只需兩個輸入通道，即IN0和IN1.為了在畫PCB時能夠更好布線，將地址線C、B、A分別接至單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2，所以IN0和IN1的地址線選擇應(yīng)分別為的值分別為000和010，即選擇O號通道輸入模擬量電壓信號，選擇1號通道輸入模擬量電流信號。22腳ALE為地址鎖存允許控制信號，當(dāng)輸入為高電平時，對地址信號進(jìn)行鎖存。6腳START為啟動控制信號，當(dāng)輸入為高電平時，AD轉(zhuǎn)換開始。本電路將ALE腳START腳接到一起，也就是地址鎖存和AD轉(zhuǎn)換啟動是分時進(jìn)行的，共同由單片機(jī)的P23腳控制。7腳EOC為AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束

32、時，7腳輸出一個正脈沖，此信號可作為AD轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的檢測信號或向CPU申請中斷的信號，本電路連接到單片機(jī)的P35腳。9腳0E為AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制信號，當(dāng)OE腳為高電平時，允許讀取AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。該OE腳由單片機(jī)的P3.4腳控制。10腳CLOCK為ADC0808的實時時鐘輸入端，利用單片機(jī)P3.6引腳定時輸出一個脈沖信號給ADC080910腳一個時鐘時鐘信號。數(shù)字量輸出端8個接到單片機(jī)的P0口。 P0 P2.2 P2.1 P2.0 P2.3 P3.0 P3.5 P3.689S52OUT1OUT8ADD AADD B ADD CSTARTALEOEEOCCLOCK 圖1.9 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)

33、計電路桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 9 頁 總 35 頁91.5.2 ADC0809 芯片介紹1主要特性1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3）轉(zhuǎn)換時間為100s。4）單個5V電源供電。 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 2外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖 8。對 ADC0809 主要信號引腳的功能說明如下：IN7IN0模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號。對應(yīng) ALE 上跳沿，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中

34、。START轉(zhuǎn)換啟動信號。START 上升沿時，復(fù)位 ADC0809；START 下降沿時啟動芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。本信號有時簡寫為 ST.A、B、C地址線。通道端口選擇線，A 為低地址，C 為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB 和 ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表 9-1。CLK時鐘信號。ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號。EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請

35、求信號使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高 。OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc +5V 電源。 Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5VADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 AD 轉(zhuǎn)

36、換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 AD轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 10 頁 總 35 頁10可用作中斷申請。當(dāng) OE 輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0809 是根據(jù)逐位逼近的方法產(chǎn)生數(shù)據(jù)的。 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，共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、B、C 3個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放

37、、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。運(yùn)用 ADC0809 的工作原理及其各個功能，結(jié)合本課題要求，ADC0809 轉(zhuǎn)換模塊的接線圖如圖 1.10 所示。 圖1.10 A/D轉(zhuǎn)換電路 IN0 是電壓信號接入通道，它的模擬信號變化范圍：05V 的直流電壓，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給單片機(jī)，再經(jīng)過單片機(jī)傳送給 74HC164，最后將數(shù)據(jù)送給 LCD1602 顯示輸出。IN1 是電流信號接入通道（其實是電壓信號），其工作原理和 IN0 的工作原理是一樣的。引腳 12 是接+5V 直流電壓的基準(zhǔn)電壓。P2.0、P2.1、P2.2 是 38 譯碼器的三個通道選擇端，當(dāng)選擇 IN0 通道時，P2.0、P2.1

38、、P2.2 的電平應(yīng)分別為：0、0、0。當(dāng)選擇 IN1 通道時，P2.0、P2.1、P2.2 的電平應(yīng)分別為：0、1、0。當(dāng) ADC0809 模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時。EOC 輸出高電平 1,即給單片機(jī)的 P3.5 口一個高電平，通知單片機(jī)模/數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)立即產(chǎn)生中斷請求信號，并準(zhǔn)備接收 ADC0809 發(fā)送的數(shù)據(jù)。ALE 和START 同時連接到單片機(jī)的 INT0 口，上升沿時，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。同時，復(fù)位 ADC0809；START 下降沿時啟動芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。本信號有時簡寫為 ST。引腳 10 接至單片機(jī)

39、的 P3.6 口，通過單片機(jī)的軟件設(shè)置，使得 P3.6 口給 ADC0809 一個時鐘脈沖信號，是 A/D 轉(zhuǎn)換器能正常工作。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 11 頁 總 35 頁111.6 主控電路的設(shè)計1.6.1 主要功能51 系列單片機(jī)的主要功能為： （1） 8 位 CPU。 （2） 片內(nèi)帶振蕩器，振蕩頻率 fosc 范圍為 1.212MHZ；可有時鐘輸出。 （3） 128 個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。 (4） 4K 字節(jié)的片內(nèi)程序存儲器。 （5） 程序存儲器的尋址范圍為 64K 字節(jié)。 （6） 片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為 64K 字節(jié)。 （7） 21 個字節(jié)專用寄存器。 （8

40、） 4 個 8 位并行 I/O 接口：P0、P1、P2、P3。 （9） 1 個全雙工串行 I/O 接口，可多機(jī)通信。 （10）2 個 16 位定時器/計數(shù)器。 （11）中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源，可編程為兩個優(yōu)先級。 (12）111 條指令，含乘法指令和除法指令。 （13）有強(qiáng)的位尋址、位處理能力。 （14）片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。 （15）用單一+5V 電源。1.6.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 MCS-51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。 圖 1.11 MCS-51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 12 頁 總 35 頁12 由圖可大致看到：它含運(yùn)算器、控制器、片

41、內(nèi)存儲器、4 個 I/O 接口、串行接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖中 SP 是堆棧指針寄存器，棧區(qū)占用了片內(nèi) RAM 的部分單元；未見通用寄存器（工作寄存器） ，因單片機(jī)片內(nèi)有存儲器，與訪問工作寄存器一樣方便，所以就把一定數(shù)量的片內(nèi) RAM 字節(jié)劃作工作寄存器區(qū)； PSW 是程序狀態(tài)字寄存器，簡稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計算機(jī)的標(biāo)志寄存器；DPTR 是數(shù)據(jù)指針寄存器，在訪問片外 RAM、片外 ROM、甚至擴(kuò)展 I/O 接口時特別有用；B 寄存器又稱乘法寄存器，它與累加器 A 協(xié)同工作，可進(jìn)行乘法操作和除法操作。1.6.3 外部引腳說明MCS-51系列單片機(jī)芯片有 40 個引

42、腳。用 HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝，現(xiàn)將各引腳分別說明如下： 1. 主電源引腳 VCC：接+5V 電源正端。 VSS：接+5V 電源地端。 2. 外接晶體引腳 XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。 XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時，XTAL1 與 XTAL2 各接晶體的一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。 3. 輸入/輸出引腳 P0.0P0.7：P0 口的 8 個引腳。在不接片外存儲器與不擴(kuò)展 I/O 接口時，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出接口。在接有片外存儲器或擴(kuò)展 I/O 接口時，P0 口分時復(fù)用為低 8 位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。P1.0P1.7：P1 口的 8

43、 個引腳?？勺鳛闇?zhǔn)雙向 I/O 接口使用。 P2.0P2.7：P2 口的 8 個引腳。一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口；在接有片外存儲器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個字節(jié)時，P2 口用為高 8 位地址總線。P3.0P3.7：P3 口的 8 個引腳。除作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用外，還具有第二功能，見表11。 表11 輸入/輸出引腳引腳符號第二功能P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2INT0外部中斷 0 請求輸入端P3.3INT1外部中斷 1 請求輸入端P3.4T0定時器/計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時器/計數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端P3.6WR片外數(shù)

44、據(jù)存儲器寫選通信號輸入端桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 13 頁 總 35 頁13P3.7RD片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸入端4. 控制端 ALE/ PROG ：地址鎖存有效信號輸出端。在訪問片外程序存儲器期間，每機(jī)器周期該信號出現(xiàn)兩次，其下降沿用于控制鎖存 P0 口輸出的低 8 位地址。 PSEN ：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，或稱片外取指信號輸出端。在向片外程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期該信號兩次有效（低電平） ，以通過數(shù)據(jù)總線。 RST/VPD：RET 寫全是 RESET，是復(fù)位端。單片機(jī)的振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使

45、單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù) 10ms 以上才能保證有效復(fù)位。 VCC 掉電期間，該引腳如接備用電源 VPD（+5V0.5V）,可用于保存片內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)。當(dāng) VCC 下降到某規(guī)定值以下，VPD 便向片內(nèi) RAM 供電。 EA /VDD：片外程序存儲器選用端。該引腳有效（低電平）時只選用片外程序存儲器，否則計算機(jī)上電或復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲器。 綜上所述，對 MCS-51 系列單片機(jī)的引腳可歸納出下列兩點(diǎn)： 單片機(jī)功能多，引腳少，許多引腳都具有第二功能。 單片機(jī)對外呈三總線形式。由P2、P0組成16 位地址總線；由 P0 分時復(fù)用為

46、數(shù)據(jù)總線；由ALE、PSEN、RST、EA與 P3口中的INT0 、INT1、T0、T1、WR、RD共10 個引腳組成控制總線。因是 16 位地址線，使片外存儲器的尋址范圍達(dá)到64K 字節(jié)。1.6.4 單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)在啟動運(yùn)行時需要復(fù)位，使CPU以及其他功能部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機(jī)應(yīng)用程序必須以此作為設(shè)計前提。另外，在單片機(jī)工作過程中，如果出現(xiàn)死機(jī)時，也必須對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，使其重新開始做。根據(jù)應(yīng)用的要求，單片機(jī)的復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。不管是何種復(fù)位電路，都是通過復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號（高電平有效）由RST/VPD引腳送入到內(nèi)

47、部的復(fù)位電路，對 MCS-51 進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位信號要維持兩個機(jī)器周期（24 個時鐘周期）以上，才能使 MCS-51 單片機(jī)可靠復(fù)位。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。主控電路中的復(fù)位電路如圖 1.12 所示，上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。圖中電容 JC 和電阻 R1 對電源十 5V 來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持 RST 一段高電平時間。上電復(fù)位電路利用電容器充電來實現(xiàn)復(fù)位。上電瞬時 RST/VPD端的電位與VCC 等電位，RST/VPD為高電平，隨著電容器充電電流減的少，RST/VPD的電位不斷下降，桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 14 頁 總

48、35 頁14其充電時間常數(shù)為 1010-5 10103=100ms,此時間常數(shù)足以使 RST/VPD在保持為高電平的時間內(nèi)完成復(fù)位操作。+JC10ufR110kV CCRST 圖 1.12 復(fù)位電路 1.6.5 單片機(jī)在系統(tǒng)中的應(yīng)用在整個系統(tǒng)中，單片機(jī)是主控制電路，是它對整個系統(tǒng)發(fā)號施令的，它就像計算機(jī)的CUP，起核心作用。但是它能發(fā)號施令是有條件的，這個條件就是必須由外電路給單片機(jī)提供一個時鐘信號，有了這個時鐘信號單片機(jī)才能工作，這個外部電路就是晶振電路，其接法如圖11所示。功能為：采用P1.0、P1.1、P1.2 分別控制液晶顯示LCD1602的RS、RW、E引腳， P1.3給74HC16

49、4的引腳8提供時鐘信號。P1.5輸出串行數(shù)據(jù)，逐位發(fā)送給74HC164。電路中采用INT0和INT1來測相位差，其工作原理如下：INT0和INT1都是下降沿中斷，當(dāng)INT0的外部信號由高電平變?yōu)榈碗娖降乃查g，INT0立即發(fā)出中斷請求，即下降沿中斷，一中斷就開始計時，當(dāng)INT1的外部信號由高電平變?yōu)榈碗娖降乃查g立即發(fā)生中斷請求，一中斷立即停止計時，然后由單片機(jī)讀取所計時的時間Tus，由于交流電源的頻率為50HZ,周期為20000us,從而得出本次測得的相位差為（T/10000）*，即可計算出功率因數(shù)。在這段時間內(nèi)完成了一次相位差檢測，下次單片機(jī)又這樣反復(fù)的進(jìn)行操作。利用單片機(jī)的定時器和中斷原理，

50、并通過軟件設(shè)計，使單片機(jī)的P3.6/WR口輸出周期性的脈沖信號，給ADC0809提供時鐘信號，使A/D轉(zhuǎn)換器能夠正常工作。單片機(jī)通過P2.3給0809一個上升沿信號，使A/D轉(zhuǎn)換器復(fù)位，同時地址鎖存器把鎖存地址狀態(tài)送鎖存器，變?yōu)榈碗娖綍r，地址狀態(tài)被鎖存，同A/D轉(zhuǎn)換器開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC產(chǎn)生一高電平，即向單片機(jī)P3.0發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，當(dāng)單片機(jī)知道A/D已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢，這時，如果單片機(jī)檢測到0809的輸出允許控制端的信號為高電平時，說明可以接收轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)據(jù)；如果0809的輸出允許控制端的信號為低電平，單片機(jī)繼續(xù)等待高電平的出現(xiàn)。通過軟件設(shè)置。P0

51、.0P0.7是ADC0809經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)P0口，再由P1.5口傳送給顯示電路。同時在這兩者之間還加了一個1K的排阻進(jìn)行限流，同時也起緩沖作用，使電路工作更加穩(wěn)定。P2.0、P2.1、P2.2是ADC0809地址譯碼器的三個控制端，整個系統(tǒng)只需要0809的兩個通道，即通道0和通道1，P2.0、P2.1、P2.2只有兩個值，分別為：0、0、0和0、1、0。電路電路的設(shè)計與接線如圖1.13所示。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 15 頁 總 35 頁15 圖1.13 主控電路1.7 顯示電路在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已被運(yùn)用于很多電子產(chǎn)

52、品中，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。在本設(shè)計電路中顯示模塊由LCD1602和74HC164組成。LCD1602 是一個能夠顯示兩行 16 個字符的顯示屏。在單片機(jī)系統(tǒng)中，相對于其他輸出器件來說，LCD1602 液顯示器有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：（1）顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光。（2）數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。（3）體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的

53、電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 （4）功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。74HC164是一塊8位串入并出的移位寄存器，使用74HC164后占用單片機(jī)的I/O口由8個減少到1個，使電路得到簡化，提高了工作效率。此外，74HC164還有另外一個功能，就是用來驅(qū)動LCD1602。系統(tǒng)的顯示電路如圖1.14所示:桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 16 頁 總 35 頁16數(shù)據(jù)/命令選擇端 RS、讀/寫選擇端 RW、使能信號端 E 分別由單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1

54、.2 控制，74HC164 工作所需的時鐘信號由單片機(jī)的 P1.3 提供，74HC164 數(shù)據(jù)端與單片機(jī)的 P1.5 相連接，P1.5 串行輸出數(shù)據(jù)，當(dāng) 74HC164 接收到從單片機(jī)傳送過來的 8 位數(shù)據(jù)時，它立即傳送給 LCD1602 顯示出來。 圖 1.14 顯示電路1.8 整流電路整個硬件系統(tǒng)沒有外部提供的穩(wěn)壓電源，也就是元器件工作所需要的工作電壓沒有得到解決。電路中的 LM393、ADC0809、AT89S52、74HC164 和 LCD1602 工作時所需的電壓都是+5V 的直流電壓，ADC0809 的基準(zhǔn)電壓也是+5V,所以就必須要做一個輸出+5V 的直流電源，其電路如圖 12

55、所示?？捎矛F(xiàn)場提供的 220V 交流電源衰減為 6V的交流電源，經(jīng)過整流橋后再接一個+5V 的三腳穩(wěn)壓管 7805，輸出端就是+5V 的直流電源，電路中的電容起到濾波和穩(wěn)壓的作用，使輸出的電壓更穩(wěn)定。2134D 0BRID GE 1+C1470uF+C3100uF123VVG NDINO UTU 27805C2105C4105T 1220V6V+5V 圖 1.15 整流電路桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 17 頁 總 35 頁172 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 硬件電路和軟件程序是組成一個系統(tǒng)不可缺少的兩個部分，二者的正確與否直接影響整個程序的可實現(xiàn)性。在上一章已經(jīng)將整個系統(tǒng)的硬件部分做了介

56、紹，在這一章中將就系統(tǒng)的軟件部分加以分析說明。2.1 主程序的設(shè)計分析本設(shè)計，可知其軟件多要完成的功能是：對交流電源信號衰減電路的三個輸出信號進(jìn)行采集，即電壓信號、電流信號和相位差。在軟件設(shè)計中還要計算出采集的電壓信號與實際電路中的關(guān)系，最后還要乘以相關(guān)的倍數(shù)。相位差還要計算出其的功率角，算出功率因數(shù)，最后算出其有功功率和無功功率。最終將這些數(shù)值傳送給LCD1602 顯示出來。以后將再次進(jìn)行采集，重復(fù)上述操作。主程序的功能應(yīng)該為計算出關(guān)系系數(shù)，乘以關(guān)系系數(shù)，最后傳送給 LCD1602 顯示出來。本設(shè)計的主程序流程圖如下： 圖 2.1 主程序流程圖開始LCD1602 初始化ADC0809 采集信

57、號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件計算倍數(shù)關(guān)系和功率因數(shù)顯示測量結(jié)果2.2 子程序的設(shè)計本軟件系統(tǒng)的設(shè)計中有三大子程序，即 ADC0809 采集、中斷計時和 LCD1602 顯示。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 18 頁 總 35 頁18這三個子程序?qū)⒃诤竺娑温渲羞M(jìn)行詳細(xì)分析。2.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計在本子程序中要進(jìn)行采集兩個通道的電壓信號，所以要分時進(jìn)行，先采集通道 0，再采集通道 1；但是由于采集兩個通道信號相隔的時間很短，從視覺上可以認(rèn)為是同時進(jìn)行的，對測量的結(jié)果是沒有影響的。選擇通道后就啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后將采集數(shù)值返回給主函數(shù)。該程序的流程圖如下： N

58、Y選擇通道，先選通道 0，再選通道 1啟動 A/D轉(zhuǎn)換完?開 始取數(shù)據(jù)延 時 圖 2.2 AD 采集程序流程圖2.2.2 相位差程序的設(shè)計這個子程序主要實現(xiàn)的功能是計算出相位差，獲取相位差后才能計算功率因數(shù)。從而才能計算有功功率和無功功率。電路中電壓電流的波形經(jīng)過過零比較器后輸出兩個周期性的方波信號,將這兩個信號接入 74LS02 后得到的信號接至單片機(jī)的 INT0 端口。當(dāng)被測電路中只有純電阻負(fù)載時，電路中的電壓和電流的相位是同相的，兩個交流信號通過比較器后相位差為；當(dāng)被測電路中還存在其他的負(fù)載（容抗和感抗），電流00的相位會超前或滯后電壓的相位。在本軟件設(shè)計中，INT0 檢測到有高電平時0

59、0090桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 19 頁 總 35 頁19定時器 T0 開始計時，當(dāng) INT0 檢測到低電平時停止計時并返回計時時間長度 T。如果存在相位 T0,即可得到相位差為(10000-T) */10000)。在進(jìn)行下一次檢測之前，T 清零。如果不存在相位差時，T=0。該子程序的流程圖如下圖所示： N Y N Y 圖 2.3 相位差程序流程圖2.2.3 顯示程序的設(shè)計該部分軟件設(shè)計需要一片 74HC164 將單片機(jī)發(fā)出的串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成并口。單片機(jī)P1.5 口給 74HC164 發(fā)送串行數(shù)據(jù)，當(dāng)接收的數(shù)據(jù)位數(shù)達(dá)到 8 位時，74HC164 將數(shù)據(jù)直接發(fā)送給 LCD160

60、2 顯示出來。LCD1602 顯示的軟件設(shè)計首先是初始化，接著寫指令，寫數(shù)據(jù)。具體的程序清單在附錄中可以看到。該程序的流程圖如下：開 始初 始 化P3.2=1？T 開始計時P3.2=0？T 停止計時返回 T 值并 T=0桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 20 頁 總 35 頁20 Y N Y N 圖 2.4 顯示程序流程圖開始開始延延 時時忙信號？忙信號？寫指令寫指令顯示模式設(shè)置顯示模式設(shè)置結(jié)結(jié) 束束忙信號？忙信號？顯示清屏顯示清屏顯示光標(biāo)移動顯示光標(biāo)移動設(shè)置設(shè)置顯示開及光標(biāo)顯示開及光標(biāo)設(shè)置設(shè)置延延 時時桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 21 頁 總 35 頁213 系