家用電量計量儀設計

1、I遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學單片機原理及接口技術單片機原理及接口技術 課程設計（論文）課程設計（論文）題目：題目： 家用電量計量儀設計家用電量計量儀設計 院（系）：院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學學 號：號： 學生姓名：學生姓名： 指導教師：指導教師： （簽字）起止時間：起止時間：2012.07.24-2012.07.062012.07.24-2012.07.06 本科生課程設計（論文）II課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室：電氣工程及其自動化學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目家用電量計費裝置設計課程

2、設計（論文）任務該計量儀實時監(jiān)測用戶用電量，即實時監(jiān)測用戶電流電壓，計算出用戶用電量，并實時顯示。設計任務：設計任務：1CPU 最小系統(tǒng)設計（包括 CPU 選擇，晶振電路，復位電路）2電流電壓互感器、AD 轉(zhuǎn)換器的選擇以及接口電路設計3顯示電路設計以及電流電壓有效值計算方法確定4程序流程圖設計以及具體程序編寫技術參數(shù)：技術參數(shù)：1進線電壓 220V2裝置工作電源為 220V3電流電壓測量精度？設計要求設計要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機/AD 轉(zhuǎn)換器、顯示方式等；2、應用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設計說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳

3、細的軟件設計說明，詳細闡述系統(tǒng)的工作過程，字數(shù)應在 4000 字以上。 進度計劃第 1 天 查閱收集資料第 2 天 總體設計方案的確定第 3-4 天 CPU 最小系統(tǒng)設計（包括 CPU 選擇，晶振電路，復位電路）第 5 天 電流電壓互感器、AD 轉(zhuǎn)換器的選擇以及接口電路設計第 6 天顯示電路及電源電路設計第 7 天 電流電壓有效值計算方法確定以及程序流程圖設計第 8 天 軟件編寫與調(diào)試第 9 天 設計說明書完成第 10 天 答辯指導教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日本科生課程設計（論文）III注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分

4、制計算本科生課程設計（論文）IV摘 要在電能計量領域由電子式儀表來取代機械儀表，抄表方式由自動抄表方式取代人工抄表。隨著單片機技術的日益發(fā)展，以單片機為主控芯片的電量計量儀的生產(chǎn)已成規(guī)模。但是價格低廉、運行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強的電量計量儀還有待開發(fā)。本課題主要包括前端處理網(wǎng)絡、繼電器斷電控制電路、電參量測量模塊、單片機鍵盤及顯示電路等模塊，可以實現(xiàn)交流信號的電壓有效值、電流有效值、有功功率、電能、功率因數(shù)和頻率等的測量，同時完成各電參量的 LCD 實時顯示，大電流檢測報警及電能不足報警。89C51 單片機主要用于控制 LCD 顯示各電參量，由鍵盤輸入設定值，以及繼電器的通斷。關鍵詞：計

5、量儀；電參數(shù)；89C51 單片機；有效值本科生課程設計（論文）V目 錄第 1 章 緒論 .11.1 電量計量儀概況 .11.2 本文研究內(nèi)容 .2第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設計.32.1 系統(tǒng)總體設計方案 .32.2 CPU 的選擇 .32.3 數(shù)據(jù)存儲器擴展 .42.4 復位電路設計 .52.5 時鐘電路設計 .62.6 CPU 最小系統(tǒng)圖 .7第 3 章 電量計量儀輸入輸出接口電路設計 .73.1 電流電壓互感器的作用 .73.2 電量計量儀檢測接口電路設計 .83.3 人機對話接口電路設計 .10第 4 章 電量計量儀軟件設計 .134.1 軟件實現(xiàn)功能綜述 .134.2 流程圖設計

6、.134.3 電流電壓有效值算法 .144.4 程序清單 .15第 5 章 系統(tǒng)設計與分析 .195.1 系統(tǒng)原理圖 .195.2 硬件仿真圖 .205.3 軟件調(diào)試結(jié)果 .21第 6 章 課程設計總結(jié) .22參考文獻 .23本科生課程設計（論文）1第 1 章 緒論1.1 電量計量儀概況作為測量電能的專用儀表電量計量儀，已有一百多年的歷史。在這期間，隨著電力系統(tǒng)及所有以電能為動力的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電能表的結(jié)構(gòu)和性能經(jīng)歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程。大體上可以分為以下兩個階段。1.感應式電量計量儀 感應式電量計量儀是利用處在交變磁場的金屬圓盤中的感應電流與有關磁場形成力的原理制成的。它具有制造簡單、可

7、靠性高和價格便宜等特點。經(jīng)過近一百年的不斷改進與完善，感應式電量計量儀的制作技術己經(jīng)成熟，通過雙重絕緣、加強絕緣和采用高質(zhì)量雙寶石軸承甚至磁懸浮軸承等技術手段，其結(jié)構(gòu)和磁路的穩(wěn)定性得以提高，電磁振動被削弱，使用壽命大大延長，且過載能力明顯增強。但是由于其原理與結(jié)構(gòu)等因素的制約，要進一步提高計量精度和擴展功能是有限度的。另一方面，隨著用電量的增長和能源供需矛盾的加劇，應該加強電量負荷監(jiān)控，以實現(xiàn)計劃用電和合理配電，提高電網(wǎng)負荷率。功能單一的感應式電量計量儀及其相關機械裝置己不再適應現(xiàn)代電能管理的要求。雖然如此但感應式電量計量儀因為技術成熟，價格便宜，至今仍被大量使用。 2.電子式電量計量儀 電子

8、式電量計量儀是國外在 20 世紀 70 年代發(fā)展起來的一種產(chǎn)品，它是應用現(xiàn)代電能測量技術、微電子技術、計算機軟硬件技術及通信技術構(gòu)成的一類全新系列的電量計量儀。它與感應式電量計量儀相比，除了具有測量精度高、性能穩(wěn)定、功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)點外，還易于實現(xiàn)多功能計量，可現(xiàn)場校驗和檢索多種計量數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)采集和處理以及集中監(jiān)控。電子式電量計量儀一般由電能測量機構(gòu)和數(shù)據(jù)處理機構(gòu)兩部分組成。根據(jù)電能測量機構(gòu)的不同，電子式電量計量儀分為機電脈沖式和全電子式兩類。其中機電脈沖式電能表出現(xiàn)較早，仍然沿用了感應式電量計量儀的測量機構(gòu)，數(shù)據(jù)處理機構(gòu)由電子電路和計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)，因而它只是一種電子線路與機

9、電轉(zhuǎn)換單元相結(jié)合的半電子式電量計量儀，而且由于感應式測量機構(gòu)的制約，機電脈沖式電量計量儀難以降低功耗、提高測量精度;而全電子式電能表沒有使用感應式測量機本科生課程設計（論文）2構(gòu)，而采用乘法器來完成對電功率的測量，不但提高了測量精度、降低了功耗、還增加了過載能力。由于電子式電量計量儀具有良好的擴展性，目前己由常規(guī)的全電子式電量計量儀發(fā)展出了多功能電量計量儀、多費率電量計量儀、預付費電量計量儀、載波電量計量儀、多用戶電量計量儀等系列產(chǎn)品。1.2 本文研究內(nèi)容本文主要研究家用電量計量儀及其系統(tǒng)設計，電能各參數(shù)的測量是電力系統(tǒng)設計中的一個重要環(huán)節(jié)，包括電壓、電流、功率、電能等參數(shù)。本文設計了一種以

10、89C51 單片機為控制核心的電參數(shù)測量儀，通過對智能電量測量芯片 CS5463的讀寫，達到對電量的各個參數(shù)進行測量和實時顯示的目的。家用的配電自動化涉及的問題很多，在各個住宅里投資建設自動化的配電系統(tǒng)是否值得，還有待探討，其可行性在此不再探討。本課題認為建設住宅電量計量自動化體系是非常有必要的，也是可以實現(xiàn)的。目前遠傳抄表技術正在推廣之中，有些單位使用它實現(xiàn)了集中居住宿舍的電量計量自動化管理措施，比如像高校的學生宿舍和小區(qū)家屬宿舍。但由于小區(qū)布局的復雜性，對于非宿舍樓寓，多數(shù)單位采取的是局部樓寓用戶的集中計量，并沒有實現(xiàn)完全自動化的網(wǎng)絡管理，仍然保留著數(shù)量較大的計量抄計人員和很多的手工計算流

11、程，因此存在完善整體計量的必要性。本科生課程設計（論文）3第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設計2.1 系統(tǒng)總體設計方案輸入網(wǎng)絡電能計量芯片 CS546389C51 單片機繼電器開關LCD 液晶顯示時鐘電路鍵盤輸入圖 2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 CPU 的選擇CPU 卡芯片內(nèi)部包含微處理器(CPU)、存儲單元(RAM,ROM 和 EEPROM)和輸入/輸出接口單元。其中，RAM 用于存放運算過程中的中間數(shù)據(jù)，ROM 中固化片內(nèi)操作系統(tǒng) COS(Card Operating System)，而 EEPROM 用于存放持卡人的個人信息以及發(fā)行單位的有關信息。本系統(tǒng)采用 89C51CPU，其引腳如下圖

12、所示：本科生課程設計（論文）4 圖 2.2.1 單片機 AT89C51 的引腳圖2.3 數(shù)據(jù)存儲器擴展89C51 片內(nèi)有 128B 的 RAM 存儲器，在實際應用中僅靠這 128B 的數(shù)據(jù)存儲器是遠遠不夠的。這種情況下可利用 89C51 單片機所具有的拓展功能，拓展外部數(shù)據(jù)存儲器。89C51 單片機最大可拓展 64KB RAM。 本科生課程設計（論文）5圖 2.3.1 拓展外部 RAM數(shù)據(jù)存儲器空間地址由 P2 口提供高 8 位地址，P0 口分時提供低 8 位地址和 8位雙向數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)存儲器的讀和寫由 RD 和 WR 信號控制。其拓展外部 RAM 的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.3.1 所示：2.4

13、 復位電路設計在上電或復位過程中，控制 CPU 的復位狀態(tài)：這段時間內(nèi)讓 CPU 保持復位狀態(tài)，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 無論用戶使用哪種類型的單片機,總要涉及到單片機復位電路的設計。而單片機復位電路設計的好壞,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng),并在實驗室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。復位電路原理圖如下： 圖 2.4.1單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。1、手動按鈕復位手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST 上

14、加入高電平。一般采用的辦法是在RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的+5V 電平就會直接加到 RST 端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。2、上電復位AT89C51 的上電復位電路，只要在 RST 復位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電阻到地即可。對于 CMOS 型單片機，由于在 RST 端內(nèi)部有一個下拉電阻，本科生課程設計（論文）6故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1uF。上電復位的工作過程是在加電時，復位電路通過電 容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，此高電平信

15、號隨著 Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位，RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc 的上升時間約為 10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時間則為 10ms。在復位電路中，當 Vcc 掉電時，必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則程序計數(shù)器

16、PC 將得不到一個合適的初值，因此，CPU 可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。2.5 時鐘電路設計時序電路，它是由最基本的 邏輯門 電路加上反饋邏輯回路（輸出到輸入）或器件組合而成的電路，與 組合電路 最本質(zhì)的區(qū)別在于時序電路具有記憶功能。時序電路的特點是：輸出不僅取決于當時的輸入值，而且還與電路過去的狀態(tài)有關。它類似于含儲能元件的電感或電容的電路，如 觸發(fā)器 、 鎖存器 、 計數(shù)器 、 移位寄存器 、 儲存器 等電路都是時序電路的典型器件。時鐘電路原理圖如下圖所示：時鐘電路的晶振頻率為 12MHz。 本科生課程設計（論文）7 圖 2.5.1 時鐘電路原理圖2.6 CPU 最小系統(tǒng)圖單片

17、機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對于 89C51 來說，最小系統(tǒng)包括：單片機、晶振電路、復位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。其原理圖如下圖所示：2.2uFC12.2uFC212Y?VCC2.2uFC4P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78REST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.616P3.717XT218XT119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.72

18、8PSEN29ALE30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40A01A12A23VSS4VCC8Wp7Scc6SDA510KR110KR2VCCTXDRXDCTRLT1T0T1WRINT1VCC10K圖 2.6.1第 3 章 電量計量儀輸入輸出接口電路設計3.1 電流電壓互感器的作用一、電壓互感器和電流互感器的作用：1、將一次系統(tǒng)的電壓、電流信息準確的傳遞到二次側(cè)相關設備；2、將一次系統(tǒng)的高電壓、大電流變換為二次側(cè)的低電壓（標準值100V、100/根號 3V）、小電流（標準值 5A、1A），使測量、計量儀表和繼

19、電器等裝置標準化、小型化，并降低了對二次設備的絕緣要求；本科生課程設計（論文）83、將二次測設備以及二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)高壓設備在電氣方面很好地隔離，從而保證了二次設備和人身的安全。二、電壓互感器和電流互感器的原理：電流互感器的工作原理相當于 2 次側(cè)短路的變壓器，用來變流，在二次側(cè)接入電流表測量電流(可以串聯(lián)多個電流表)。電流互感器的二次側(cè)不能開路。電壓互感器的工作原理相當于 2 次側(cè)開路的變壓器，用來變壓，在二次側(cè)接入電壓表測量電壓(可以并聯(lián)多個電壓表)。電壓互感器的二次側(cè)不能短路。3.2 電量計量儀檢測接口電路設計一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器：即 A/D 轉(zhuǎn)換器，或簡稱 ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)

20、變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。本課題采用 MAX197 轉(zhuǎn)換器，它是美國美信公司生產(chǎn)的多量程、12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ADC），芯片工作電壓僅為 5V；即可接收高于電源電壓的模擬信號，又可接收低于地電位的模擬信號；芯片有 8 個獨立的模擬輸入通道；對輸入的模擬信號提供了 4 個可編程輸入量程：10V, 5V,0+5V,0+10V,4 個量程將

21、有效的動態(tài)輸入范圍到了 14 位。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有 5MHz 的帶寬，100kSPS 的吞吐率，由軟件控制選擇內(nèi)/外部時鐘，由軟件控制內(nèi)/外部啟動采集，8+4 并行數(shù)據(jù)接口，內(nèi)部 4.096V 或外供參考電壓。二、MAX197 特性 1、特性 （1）、12 位分辨率，1/2LSB 線性度。 （2）、單 5V 供電 （3）、軟件可編程選擇輸入量程：10V，5V，0+5V,0+10V。本科生課程設計（論文）9 （4）、輸入多路選擇器保護：16.5V。 （5）、8 路模擬輸入通道。 （6）、6uS 轉(zhuǎn)換時間，100kSPS 采樣速率。 （7）、內(nèi)/外部采集控制。 （8）、內(nèi)部 4.096V 或外部參

22、考電壓。 （9）、倆種掉電模式。 (10)、內(nèi)部或外部時鐘。 2 、引腳圖： 圖 3.2.1 MAX197 引腳圖三、模擬量檢測接口電路圖本科生課程設計（論文）10圖 3.2.2 MAX197 與 CPU 接口電路MAX197 為微處理器提供了非常簡單的接口，轉(zhuǎn)換從寫入控制字開始。 控制字中的 D5 位決定采集控制模式：置 0 時，為內(nèi)部采集控制模式；置 1 時，為外部采集控制模式?？刂谱种械?D7、D6 位控制芯片的時鐘模式。一旦選定了芯片的時鐘模式，再進入待機或掉電模式時，時鐘模式不會改變。當D7=0，D6=0 時，芯片選擇外部時鐘模式，外供時鐘頻率應介于 100kHz 至2.0MHz 之

23、間，時鐘占空比應介于 45%55%之間。3.3 人機對話接口電路設計1、該部分主要是設計鍵盤和顯示器，其模塊圖如下圖所示：圖 3.3.1 顯示電路的模塊圖2、按鍵模塊最常用的鍵盤連接方式有了倆種：（1） 、獨立式鍵盤模塊：這種鍵盤連接適用于按鍵數(shù)量比較少，單片機引腳比較富裕的情況，程序編寫比較容易，方便控制。（2） 、44 行列式鍵盤模塊：這種鍵盤連接適用于按鍵數(shù)量較多的連接，通過行列掃描來判斷是哪個鍵按下，但程序編寫比較復雜。 由于本設計只需要按鍵來調(diào)時間，通過設計只需要 3 個按鍵來完成，所以本設計采用獨立式鍵盤模塊。本科生課程設計（論文）11 圖 3.3.2 獨立式鍵盤接法本設計采用獨立

24、式鍵盤接法，按個案件的一端分別接單片機的三個引腳，另一端接地，這樣就使得每當按鍵按下就會使單片機的相應引腳接到一個低電平。 3、顯示模塊目前常見的電子式電量計量顯示器件有三種：液晶（LCD） 、發(fā)光二極管(LED)、熒光管（FIP） 。本次設計的顯示器采用的是 LCD 顯示器，它具有以下優(yōu)點： （1） 、顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不詳陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫面質(zhì)量高且不會閃爍。 （2） 、數(shù)字式接口:液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 （3） 、體積小重量輕

25、：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，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在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動上，因而耗電量比其他顯示器要少得多。如下圖所示：本科生課程設計（論文）12 圖 3.3.3 1602LCD 原理圖1062LCD 的基本參數(shù)及腳功能：1602LCD 分為帶背光和布帶背光倆種，其控制器大部分為 HD44780，帶背光的比布帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別。第 1 引腳：VSS 為低電源。第 2 引腳：VDD 接+5V 電源。第 3 引腳：VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地是

26、對比度最高，對比度高時會產(chǎn)生“鬼影” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。第 4 引腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。第 5 引腳：R/W 為讀寫信號端，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W為高電平時可以讀取信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第 6 引腳：E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊執(zhí)行命令。第 714 引腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。第 15 引腳：背光源正極。本科生課程設計（論文）13第

27、4 章 電量計量儀軟件設計4.1 軟件實現(xiàn)功能綜述本設計是基于89C51單片機的電量計量儀的設計，通過電流互感器和分壓電路采集到電流和電壓數(shù)據(jù)，發(fā)送到雙通道ADC0832進行AD轉(zhuǎn)換，在通過單片機進行相應運算算出消耗的電能，后通過LCD1602顯示出來。4.2 流程圖設計 一、主程序流程圖設計主程序首先對數(shù)字鐘的時鐘秒鐘清零，再對LCD1602初始化和中斷初始化，兩個中斷為定時器T0和T1，分別控制數(shù)字鐘和數(shù)據(jù)采集的程序，最后進入一個死循環(huán)，對鍵盤不停地掃描，判斷鍵盤是否按下。主程序流程圖如下：圖4.2.1主程序流程圖二、按鍵程序流程圖設計由于本次采集數(shù)據(jù)的頻率是50Hz，根據(jù)奈奎斯特采樣頻率

28、定律選擇采樣頻率為200Hz。單片機5ms產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)采集中斷程序，由于每次進行AD轉(zhuǎn)換的時候，都必須對ADC0832進行初始化，只有這樣才能使ADC0832正常運行，采集的數(shù)據(jù)從到單本科生課程設計（論文）14片機的緩沖器中，進行判斷這次是否是第四次采集，如果是把計數(shù)器清零，并進行有用功計算程序，最后顯示到LCD1602上。其圖如下圖所示： 圖4.2.2按鍵程序流程圖4.3 電流電壓有效值算法電流流電壓有效值的測量方法有很多種，對于低頻以及超低頻信號電壓有效值的測量，目前比較常用的是基于采樣計算的測量方法。這主要是因為用常規(guī)的測量方法和模擬技術不但要求測量儀表本身具有極高的穩(wěn)定性，而且儀表極長

29、的響應時間和不合理的電路元件參數(shù)使得測量在某些場合很難實現(xiàn)。采樣計算的測量方法克服這些傳統(tǒng)不利因素的同時也產(chǎn)生了新的問題，分析誤差因素對測量結(jié)果的影響方式，就能夠在實際測量時更有效的避免這些因素的影響，有利于減小測量的不確定度。本文對影響采樣計算方法的主要誤差因素進行了定量分析。1、電壓有效值根據(jù)有效值的定義，在一個信號周期內(nèi)，通過某純阻負載所產(chǎn)生的熱量與一個直流電壓在同一負載上產(chǎn)生的熱量相等時，該直流電壓的數(shù)值就是交流電壓的有效值。數(shù)學表達式如式（1）所示：本科生課程設計（論文）15（1） （1）式中的T 是交流信號的周期，u(t)為電壓瞬時值。通常把由（1）式所確定的電壓有效值稱之為被測電

30、壓u(t)的真有效值。2、電流有效值定義：將一直流電與一交流電分別通過相同阻值的電阻，如果相同時間內(nèi)兩電流通過電阻產(chǎn)生的熱量相同，就說這一直流電的電流值是這一交流電的有效值。數(shù)學表達式如（ 2）所示： （2）4.4 程序清單程序如下：#include#include#include sbit SDA=P13;sbit SCL=P14;#define uchar unsigned char #define lcd P0sbit rw = P25 sbit rs = P22 sbit e= P23 sbit busy=ACC7unsigned char count unsigned char ti

31、mer unsigned countA unsigned countB本科生課程設計（論文）16unsigned count1 unsigned count2 unsigned count unsigned decount countA=0;void main() countB=Read Memory();decount=countB-countA; /while(decount=0)count+;while(count12)count1+ ; else count2+ ;Remain=total-count1*0.5-count2*0.6; write(count1);write(count

32、2);write(Remain);if(remian5.0) flag=1;unsigned char Control,enum eepromtype enumer) void Delay(unsigned char DelayCount);本科生課程設計（論文）17void Start(void); /* 啟動總線 */void Stop(void); /* 停止 IIC 總線 */bit RecAck(void); /* 檢查應答位 */void NoAck(void); /* 不對 IIC 總線產(chǎn)生應答 */void Ack(void); /* 對 IIC 總線產(chǎn)生應答 */unsign

33、ed char Receive(void); /* 從 IIC 總線上讀數(shù)據(jù)子程序 */void Send(unsigned char sendbyte); /* 向 IIC 總線寫數(shù)據(jù) */unsigned char data j,i=ERROR;bit errorflag=1; /* 出錯標志 */while(i-) Start(); /* 啟動總線 */Send(Control & 0 xfe); /* 向 IIC 總線寫數(shù)據(jù)，器件地址 */if(RecAck() continue; /* 如寫不正確結(jié)束本次循環(huán) */if(RecAck()continue;Send(unsign

34、ed char)Addr); /* 向 IIC 總線寫數(shù)據(jù) */if(RecAck() continue; /* 如寫正確結(jié)束本次循環(huán) */if(!(Control & 0 x01) /判斷是讀器件還是寫器件 j=Length;errorflag=0; /* 清錯誤特征位 */while(j-) Send(*DataBuff+); /* 向 IIC 總線寫數(shù)據(jù) */if(!RecAck() continue; /* 如寫正確結(jié)束本次循環(huán) */errorflag=1;break;if(errorflag=1) continue;break;本科生課程設計（論文）18else Start(

35、); /* 啟動總線 */Send(Control); /* 向 IIC 總線寫數(shù)據(jù) */if(RecAck() continue;/器件沒應答結(jié)束本次本層循環(huán)while(-Length) /* 字節(jié)長為 0 結(jié)束 */ *DataBuff += Receive();Ack(); /* 對 IIC 總線產(chǎn)生應答 */*DataBuff=Receive(); /* 讀最后一個字節(jié) */NoAck(); /* 不對 IIC 總線產(chǎn)生應答 */errorflag=0;break;Stop(); /* 停止 IIC 總線 */if(!(Control & 0 x01) Delay(255);

36、Delay(255); Delay(255); Delay(255);return(errorflag);本科生課程設計（論文）19第 5 章 系統(tǒng)設計與分析5.1 系統(tǒng)原理圖 圖 5.1.1 系統(tǒng)原理圖本科生課程設計（論文）205.2 硬件仿真圖 圖 5.2.1 系統(tǒng)仿真圖 本科生課程設計（論文）215.3 軟件調(diào)試結(jié)果由于本次設計的軟件分為許多塊，所以軟件調(diào)試也是每一塊單獨調(diào)試后在整體調(diào)試。從而是錯誤一點一點出現(xiàn)再解決，這樣使程序調(diào)試變得簡單。錯誤總結(jié)如下：1、中斷錯誤：本程序用了兩個中斷，但開始調(diào)試程序時，把兩個中斷寫成了 interrupt0 和 interrupt1，這樣就會使一個定時器中斷不能工作，應改為interrupt0 和 interrupt3.2、中斷初始化錯誤：在起初初始化中斷時，把 TMOD 設了兩次分別問 001 和 010，這樣的話只能使定時器 1 工作，應改為 011 才對。3、AD 程序錯誤：ADC0832 從第四個脈沖下沉開始由 D0 端