8051单片机基于交流采样的设计与实现

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摘要：本文舟绍了以单片机为基础的交流电压、电流直接采样的设计与实现并用锁相环CD4046来实现相位角的采样。
# p( \. Q1 k  g) O7 H: ?在低压电力系统中实现自动化的过程．电力系统
的参数普遍采用直流采样，直流采样是把交流电压、
电流信号经过整流后进行采样测量．此采样只需作一
. v4 n8 [* h, d( P, ^: E次比例变换即可得到被测量的数值．但直流采样测量
精度受到整流电路的影响且无法实现实时信号的采
集．交流采样是将二次测得的电压、电流经高精度的
CT、PT变成交流小信号。再进行微机处理。这种交流
3 V: ^2 ]$ t" {2 g. q( f6 r8 \) B采样是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，实
时性好。

由电源、8051单片机、程序存储器(EPROM2764)、数据
6 L" R/ C0 j6 W7 v" h8 h& o2 w存储器(6264)、键盘显示控制电路(8279)、键盘、显示
器、打印机组成。
# }1 Z( l" @% T( f/ A数据采集将大信号的三相电流使用电流互感器
+ C% @( k$ M7 S1 y! H  V5 @得到交流小信号，三相电压用电压互感器得到小信号
$ ~2 [& `+ l) K  }电压，为保证有功功率、无功功率和电量的精度．选用
一致性好，相位误差小的精密互感器。取白电压互感
器和电流互感器的交流信号经限幅电路后选通多路
5 n8 v, \4 i* x0 i% r$ c) e模拟开关送到A／D转换器转换成数字量后，送入8051
单片机进行处理。

相位角的采样使用了锁相环CD4046．交流电压、
1 _; r  R4 m, ]电流信号送至电压比较器LM339，由LM339的输出送
& `# H; E8 i: m* @至CD4046。CD4046主要由相位比较器I、Ⅱ、压控振
* P1 Q( ]$ J1 a, v! z$ W荡器VCO、线性放大器、源跟随器、整形电路等构成。
& w9 o, [, C& j- a- Y( X. f# z比较器I采用异或门结构，当两个输人端信号ui、uo
1 P" m3 _0 ^- u1 O的电平状态相同时(即一个高电平，一个为低电平)，
. v. J! W4 |+ k输出端信号u皿为高电平：反之，ui、uo电平状态相同
  R" @5 b$ A2 v时(即两个均为高，或均为低电平)，u屯输出为低电
" q& f4 A! {3 M3 m7 B平。对相位比较器Ⅱ而言，当14脚的输入信号比3脚
的比较信号频率低时，输出为逻辑”0”；反之则输出
# d' d1 D1 ^1 w: d
$ W& g/ V& P' S( T: b, \辑"1"。如果两信号的频率相同而相位不同，当输人信
- ^( ^) B  R; j2 K6 r0 J号的相位滞后于比较信号时,相位比较器I输出为正
脉冲,当相位超前时则输出为负脉冲。在这两种情况
: n8 M+ w; u! u* Y) w下,1脚都有与上述正、负脉冲宽度相同的负脉冲产
生。相位比较器II输出的正、负脉冲的宽度均等于两
% S' `' x# B6 q! U个输人脉冲上升沿之间的相位差。而当两个输人脉冲
的频率和相位均相同时,相位比较器I的输出为高阻
态,则1脚输出高电平。
3系统软件设计
$ C0 D2 g  q- k本系统主要采用模块化的设计方法，有主程序、
数据采集处理子程序、显示程序、打印程序等。主程序
6 M: w% N' Y2 i; l8 x主要完成系统初始化，系统初始化包括CPU各端口输
# [5 H* {# d+ L8 [; g# O9 _+ h/ W人输出设置、中断设置等。下面给出了主程序流程图、
中断服务程序流程图。


  B& o$ S" U; u$ A

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锁相环CD4046可以实现相位角的采样

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