基于C8051F005单片机航空交流电参数

kajchild

摘要:介绍了基于单片机航空交流电参数测试仪的系统设计。以Silicon Labs公司的C8051F005单
片机为核心设计出数据采集板,通过RS-232串口与上位机通讯。运用Lab Windows/CVI编写的上
位机软件实现信号的检测以及波形和数据的显示，给出了测试仪硬件电路的组成和软件流程困。
0 G/ T* a2 }" S3 t, o本系统具有硬件结构简单、容易实现和成本低等特点，在实际应用中其稳定性、精确性均能满足客
; n, w, R5 U* i户要求。
5 b/ @3 m+ S! _! M# C% Q
, n! Y4 R/ r% q9 L2 U( H0 ?关键 词: C8051F005单片机;相位差;数据采集; Lab Windows/CVI
* M6 [8 t$ j$ r
' o( |( v' F( R) B) l( a1引言
1 a! ~2 ~9 j4 E+ V+ }在运行过程中,航空设备对工作电源的稳定性
要求很高，因此,设计航空交流电参数测试仪对电
3 o' H6 k7 ]& f) |源参数进行实时检测具有重要意义。
7 Q2 G4 J8 w! b: y: s测试仪的主控器件采用Silicon Labs公司的一
款C8051F005单片机，它具有强大的数据采集、存
储、运算和控制功能。应用虚拟仪器[ab Windowse/
  v0 J- P( Q9 c/ z* I! VCVI软件分析和处理大量数据,以软件分析替代硬
件电路,大大简化了硬件电路,节约成本,提高系统
' R: }8 F. f  ~  z的可靠性。
8 s! `& M: X1 M% P/ e2系统概述
/ }* _+ M+ x' m3 k% b$ V, ?2 @& {2 `# ?基于测试技术与信号处理中的采样定理四,实
* J0 i0 a. D$ ?8 E8 J0 n, G现对400 Hz航空交流电信号采集。系统充分发挥了
C8051F系列单片机强大的数据采集能力,A/D采集
+ f0 x0 W% E6 h. ~* v  T1 r速率可达到80 Kb/s,对于400 Hz航空交流电,每个
周期内的采样点数为200个。Lab Windows/CVI提
供了串口编程的函数库，这样便于用户开发程序。
& U# R, t+ U+ {2 T$ O应用软件分析计算出相位差、有用功率,功率因数、
3 t7 v5 h/ ?3 D5 \0 b电压基波有效值等参数。应用Lab Window8/CVI软
件设计的用户界面具有良好的人机交互功能。
测试仪系统结构如图1所示。软件结构上、下
2 X! u) k. D" p位机采用Keil C软件编程，上位机采用Lab Win-
; q6 o' B5 A+ m) @4 jdows/CVI软件编程。电路设计中,交流信号经过放.
1 Z0 _9 w3 c+ I大处理后,由频率测量电路、电压测量电路和电流
测量电路分别输人单片机,采集到的数据经单片机
5 H  Y" h; e" n; w2 r' e处理后,通过串口送到上位机做进-一步的信号分析
处理。单片机内部12位8通道AD转换器用于采
样4路电压.4路电流信号,并将其转化结果通过
' P, q$ m5 q) B1 l) zRS- 232串口送人上位机。根据这些信息，上位机用
户界面显示电压、电流波形;用LabWindows/CVI中
; I$ a9 z' V1 I- L的相关分析函数计算相位差,根据离散积分公式内
计算电压、电流的有效值以及有用功率、功率因数,
并在用户界面上，显示。
: p7 H  o9 E; k& n" q/ h8 L. z+ [3硬件设计
' D( P) ^; \! Z3.1 C8051F005 单片机的选用
6 P7 h3 I1 ~2 TC8051F005单片机囤功能强大的集成模块简化
了硬件电路设计。测试仪AD转换器选用
C8051F005内部电压基准,是由内置的8通道12位
! a! X+ M8 d+ r- P4 @2 ]A/D转换器实现。频率测量采用PCA捕捉触发定时
器。与8051兼容的控制内核和内置的32KBFlash
便于用户编程和电路设计。最重要的是片内2 304
字节的RAM,执行速度可达25MI/s。与上位机通讯
时,可在RAM中开辟下位机的数据缓存区,这样下.
位机可分时进行数据采集和数据传输，大大提高了
( C! O+ p3 U" |: X数据采集速度。
  d9 X) C. \( P' B& [' z1 D, `/ Z将单片机I0口分配为:AI0~AI3为电压模拟
量输入口,Al4~AI7为电流模拟量输人口,P04~P07
7 U- }. D5 E; o: H+ A- u为PCA捕捉输人口,用于测量频率。
3.2信号调理电路
电压信号采集电路如图2所示。采用互感器对
3 V- b  }) x7 l& g6 w) N# ]6 M- i. N7 f115 V航空交流电隔离降压，经差模放大后输人单
$ ~3 [5 x* H5 Z2 K片机。采用VREF/2为参考电压基准,将交流电压信
号的零点提升到VREF/2,使采样到的正弦信号介.
, }2 j6 [; q; D* z: Q& h" {于0和VREF之间，单片机能够识别。而电压信号
放大采用LM324差模放大,满足速度和精度要求。
电流信号采集电路如图3所示，采用5:1 000的交
7 h* Y5 l9 E8 y2 i% D, ]8 U; B! L
6 A  N' A# F- h) F0 y  |# O) z
0 c) u6 l$ O: w, p) F4 K. O5 x* {
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C8051F005单片机囤功能强大的集成模块简化了硬件电路设计