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1、. word 版本. 编号： 毕业设计说明书 题 目： 测量电压、电流、功率测量电压、电流、功率 的数字表的设计的数字表的设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生： 韦 领 学 号： 0600120328 指导教师： 郭 福 力 职 称： 工 程 师 题目类型：题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2010 年 05 月 24 日 . word 版本. 摘 要 在现代检测技术中，常需用高精度数字电压表进行现场检测，将检测到的数据送 入微计算机系统，完成计算、存储、控制和显示等功能.本设计是一种基于 AT89C51 单 片机的测量电量的数字表，
2、以 AT89C51 单片机和 ADC0809 为核心器件.该系统的数字电 压表电路简单，所用的元件较少，成本低，调节工作可实现自动化：数字电表抗干扰 能力强、测量速度快、测量准确度高.整个测量系统主要测量电压电流两个主要参数， 只要测出这两个参数就可以计算出有功功率和无功功率。整个系统的设计完成了硬件 电路的设计及软件程序的编写，通过最终硬件电路的调试及软件程序的仿真，使该系 统能够在要求的条件下达到正常的测量及显示功能。在整个系统的设计过程中，主要 采用了模块化的设计方法。该系统主要分为四大模块，即输入信号衰减模块、主控制 模块、A/D 转换模块和输出显示模块。由于实际电路中的电量参数太大，
3、ADC0809 直接 采集会使器件被损坏，因此先对电量信号进行衰减，在单片机的控制下完成对电压、 电流信号采集，并对电压和电流的相位进行比较得到功率角，最后将测量结果通过 LCD1602 液晶显示出来。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。 关键字：AT89C51 单片机;ADC0809;模块化;数字表 . word 版本. AbstractAbstract In modern measuring technology，it is often required to conduct site measuring with a digital meterThe data measured wil
4、l then be input into the micro-computer system to execute 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 met
5、er features in simple electrical circuit，lower use of elements，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
6、 out the two arguments,it can calculate the active power and 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 th
7、e demanded conditions. Over the designing of the whole system, 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 paramet
8、er of actual circuit quantity of electricity are unerhoert 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 s
9、ignal sampling of voltage and current,and compares the voltage 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. KeyKey wordswords： AT89C51 MCU；ADC0809; Modularit
10、y ;Digital electric meter . word 版本. 目目 录录 引 言 .1 1 硬件系统设计 .2 1.1 技术要求 .2 1.2 系统原理及基本框图 .2 1.3 输入电路 .3 1.4 交流电源信号衰减电路 .3 1.4.1 电压信号衰减电路 .3 1.4.2 电流信号采集电路 .4 1.4.3 电路电压电流相位差电路 .5 1.5 A/D 转换电路 .7 1.5.1 AD 转换电路的接口设计 .7 1.5.2 ADC0809 芯片介绍 .9 1.6 主控电路的设计 .11 1.6.1 主要功能.11 1.6.2 部结构框图 .11 1.6.3 外部引脚说明 .12
11、 1.6.4 单片机复位电路 .13 1.6.5 单片机在系统中的应用 .14 1.7 显示电路 .15 1.8 整流电路 .16 2 软件系统的设计 .17 2.1 主程序的设计.17 2.2 子程序的设计 .17 2.2.1 A/D 转换程序的设计.18 2.2.2 相位差程序的设计 .18 . word 版本. 2.2.3 显示程序的设计 .19 3 系统的安装与调试 .21 3.1 系统设计的设计与安装.21 3.2 系统各部分的调试.22 3.2.1 系统的硬件调试 .22 3.2.2 系统的软件调试 .22 结 论 .23 辞 .24 参考文献 .25 附 录 .26 附 录 A
12、.26 附 录 B.31 附 录 C.35 . word 版本. 引 言 在电气测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，随着电子技术的发展， 电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越 高，所以数字表就成为一种必不可少的测量仪器。传统的电压电流表在测量电量时需 要手动切换电压电流开关，不仅不方便，而且功能单一、精度低。如果在测量时忘记 切换量程，则会出现很大的测量误差，甚至有将电压表烧坏的可能。以前电表一般均 为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管 理不便，容易出错。本设计通过单片机对模拟信号进行采集，将采集信号数字化，
13、再 将测量结果显示出来，这样的数字表具有结构简单、体积小、驱动电流小、动作快、 操作方便、价格低廉的优点，更重要的是精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成 方便。这将会大大的提高了测量的精度和速度，更加直观的显示测量结果，测量结果 数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。这样具有读数准确方便、精度 高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点的数字表受到电子电气工作者 的青睐。 数字电表是诸多数字化仪表的核心与基础，电表的数字化是将连续的模拟量如直 流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，这有别于传统的以指针加刻度盘 进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字万用表
14、的部核心部件是 AD转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字万用表的准确度，本文A/D转换器采 用ADC0809对输入模拟信号进行转换，控制核心AT89c51对转换的结果进行运算和处理， 最后驱动输出装置显示数字电压信号。 这种类型的数字电压表无论在功能和实际应用上都具有传统电表无法比拟的优 点，这使得它的开发和应用都具有良好的前景。 . word 版本. 1 硬件系统设计 在硬件设计系统中，考虑到人身安全、防止烧坏元器件和更好的调试硬件电路等 问题，本设计并没有直接将0250V的交流电接入硬件电路，而是将硬件电路与0 250V的交流电隔开，在0250V的交流电和硬件电路之间用互感器对强电信号
15、进行衰减， 变成弱电信号，然后再对该衰减后的弱电信号进行采集，这样就会很安全。电路的电 压信号用电压互感器进行衰减，电流信号用电流互感器进行衰减。被测电路中的电压 相位和电流相位经过互感器后的相位差很小，可以忽略不计。电压电流信号衰减之后 还是交流信号，而本设计中ADC0809是对直流电信号进行采集的，所以在信号接入AD转 换器之前须将交流信号转换成05V的直流电，因为ADC0809的基准电压时直流5V。在 硬件电路设计中多次采用了电容滤波来消除干扰信号，可以提高信号的精确度，同时 也可以解决信号传输中的衰减问题。又考虑到单片机的驱动能力很小，在设计中加入 了74HC464驱动LCD1602液
16、晶显示。整个硬件系统主要由以下几部分组成： (1)电源信号衰减电路：将输入的0-250V被测电压信号衰减成O5V；将输入 大电流信号衰减成小电流信号。 (2)相位差比较电路：将电压和电流的相位进行比较，完成相位差的计算。 (3)模数转换及控制电路：完成对采集数据的处理和对系统的控制。 (4)显示电路：由74HC164HE和LCD1602组成，将测量的电压、电流信号、有功功率 和无功功率显示出来。 (5)整流电路：将交流电整流成低压直流电5V，作为电源供给硬件电路中的LM393 芯片、单片机、ADC0809的基准电压和LCD1602的工作电压。 1.1 技术要求 电压测量围：0-250V， 误差 2 V；电流测量围：0-5A，误差 0.1 A； 功率测量围：0-1250W, 误差 1 W；可用现场提供的220V交流电源。 1.2 系统原理及基本框图 本设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路又大体可分为输入信 号处理、整流稳压电路、单片机小系统电路、A/D 转换电路、LCD1602显示电路。基本 框架图如图1.1所示，信号经过衰减整流处理后进行采集，由AD转换成数字信号，再 由
