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。
在低压电力系统中实现自动化的过程．电力系统
, p* U: K& [% N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
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
: V- q/ Z1 K, l5 tCT、PT变成交流小信号。再进行微机处理。这种交流
; ~, b& G6 j8 J1 I( i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。
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由电源、8051单片机、程序存储器(EPROM2764)、数据
存储器(6264)、键盘显示控制电路(8279)、键盘、显示
7 D0 w, n: C! Y器、打印机组成。
数据采集将大信号的三相电流使用电流互感器
得到交流小信号，三相电压用电压互感器得到小信号
电压，为保证有功功率、无功功率和电量的精度．选用
( y4 G9 `! j% u! @( v. {. L. d' |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
4 k! N! R$ U0 @# [; V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。
( k: W6 T* ?" ^: B4 [# r
& E, o7 J+ K5 U2 _6 ?5 |相位角的采样使用了锁相环CD4046．交流电压、
& J% p' t4 o5 _* |9 L, y& s电流信号送至电压比较器LM339，由LM339的输出送
至CD4046。CD4046主要由相位比较器I、Ⅱ、压控振
荡器VCO、线性放大器、源跟随器、整形电路等构成。
+ w8 z# [8 ?3 C- X0 w1 }% h- \5 {比较器I采用异或门结构，当两个输人端信号ui、uo
% R5 L: b7 v5 V! q的电平状态相同时(即一个高电平，一个为低电平)，
输出端信号u皿为高电平：反之，ui、uo电平状态相同
' }% C' i# O( ~- W% O时(即两个均为高，或均为低电平)，u屯输出为低电
平。对相位比较器Ⅱ而言，当14脚的输入信号比3脚
" I# P0 @4 i% c" O的比较信号频率低时，输出为逻辑”0”；反之则输出
4 c! T8 \1 }3 |% q5 q' A
辑"1"。如果两信号的频率相同而相位不同，当输人信
* k6 r0 c9 O% W5 j( i# J4 c0 }: _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
. f/ g' k9 g: O* s2 _1 H下,1脚都有与上述正、负脉冲宽度相同的负脉冲产
, F* H' \8 P: O+ i& q1 Z生。相位比较器II输出的正、负脉冲的宽度均等于两
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
  W: k- E8 `- r, J3 z# y态,则1脚输出高电平。
3系统软件设计
. V, y* d9 W- c8 f! P/ H- k: h9 r. t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
  l1 n& c7 F- b3 z' u! {; L主要完成系统初始化，系统初始化包括CPU各端口输
$ T# J6 i( o0 c/ w. L$ G6 Z* q6 N6 Q人输出设置、中断设置等。下面给出了主程序流程图、
. s8 l( R/ v' T) N- d, \) i中断服务程序流程图。

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锁相环CD4046可以实现相位角的采样

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