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1、电力周波表的设计摘 要：电力周波表的设计是实现的电工参数频率的测量。由于电力周波表是测量50Hz工频信号，其频率较低，所以在测量频率时，求出周期的倒数即获得其频率值。设计原理是首先将交流信号的正弦波转换成单极性脉冲拨，此过程是用TIL117普通光电耦合器作为强电与弱电之间的电气隔离和单极性脉冲来转换的，为了防止击穿所以在此过程中反向并联一个二极管；接着对转换好的脉冲信号用斯密特反向器整形，将整形好的标准脉冲信号输入PIC16C54单片机，通过单片机对输入的脉冲信号进行计数和处理；最后PIC16C54单片机将所计脉冲数转化为频率送往显示电路显示，显示电路是三只动态扫描数码管，为使数码管显示器有一
2、定的亮度和稳定显示，动态扫描周期不宜太长，且要稳定，故采用50Hz脉冲同步的动态扫描方案，将50Hz正弦波信号转换为脉冲信号。数码管的显示即所测频率。重点测量低频信号的频率，以实现对交流电频率的精确测量。给出了电力周波表的实时测量、显示等电路的设计，给出了系统原理图、流程图、PCB图。关键词：电力周波； 频率； 光电耦合； PIC16C54单片机The Design of Electric Power Frequency MeterAbstract : The design of electric power frequency meter is to survey electrician p
3、arameters frequency. Because the electric power frequency meter surveys the 50Hz power frequency signal, its frequency is low, in surveying frequency, we extracts cyclical the reciprocal namely to obtain its frequency. The principle of this design is to change the single-wave signals with unipolarit
4、y pulse wave, this process will use the TIL117 ordinary photoelectrical coupler, which locates between the strong and the weak electrical as an electrical isolation and the unipolarity pulse, in order to prevent the puncture, in this process, we reverse parallel diode; Then to reshape the pulse sign
5、al with the Smith special reverse, the pulse signal then being inputed into PIC16C54,it went through the counting and processing; Finally the PIC16C54 will transform the pulse number to the frequency, which display on the screen, the display circuit is made of three dynamic scanning nixie tubes, in
6、order to enable the nixietube monitor to have certain brightness and the stable demonstration, the dynamic scanning cycle can not be too long and instable, therefore we will carry on the 50Hz dynamic pulse signal. The number display on the Nixie tube is the frequency. This design focuses on surveyin
7、g low-frequency signals frequency, it realizes precise measuring of the alternating current frequency. In the article, it shows electric power electric circuit and frequency meter real-time measurement, as well as, the schematic diagram, the flow chart, the PCB chart. Key words: electric power frequ
8、ency；frequency； photo electricity coupler；PIC16C54monolithicintegratedcircuit 目 录1.概 述11.1课题研究的背景与意义21.2 课题研究的背景21.3课题研究的意义32.电周波表的整体设计32.1 总体方案论证32.2 整体原理设计53.硬件电路的设计53.1 频率测量原理53.2 直流电源的设计53.3 检测电路与整形电路的设计73.4 单片机测量控制电路的设计83.5 显示电路的设计及说明154.软件及程序设计164.1 PIC指令的系统说明164.2 PIC编程系统说明174.3 电力周波表周期测量的算法1
9、94.4 程序流程图设计205.结 束 语24参考文献25附录1元器件目录表27附录2电力周波表程序清单28附录3电力周波表原理图35附录4电力周波表PCB图36电力周波表的设计1.概 述 近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地向深入，同时带动传统控制检测技术日新月异。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的、测量方案、测量结果都有十分紧密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。测量频率的方
10、法有很多种，其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是测量频率的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。设计的数字频率计以PIC16C54单片机为核心，在软件编程中采用的是汇编语言中PIC系列，测量采用了多周期同步核心法，他避免了直接测量法对精度的不足，同时消除了直接与间接相结合方法对被测信号的频率与中介频率的关系尽心判断带来的不便，能实现较高的等精度频率和周期的测量。应用汇编语言中PIC
11、系列设计的集成化数字频率计系统，频率测量范围为工频。频率信号抗干扰性强，易于传输。可以获得较高的测量精度，所以测频方法的研究是电子测量领域的重要内容。传统的数字频率计一般由分离元件搭接而成，其测量范围、测量精度和测量速度都受到了很大的限制。虽然单片机的发展与应用改善了这一缺陷，但由于单片机本身也受到频率及内部计数器位数等因素的限制，所以无法在此领域取得突破性的进展。随着新型可编程逻辑器件FPGA技术的发展，能够将大量的逻辑功能集成于一个单个器件中，根据不同的需要所提供的门数可以从几百门到上百万门，从根本上解决了单片机的先天性限制问题。不但集成度远远超过了以往的数字频率计，而且在基准频率及精度等
12、外部条件的允许下，根据不同场合的精度要求，对硬件描述语言进行一定的改动，使系统在精度提高的同时，用较少的器件来实现系统的功能，从而降低系统的整体造价。此外，系统芯片（SOC）的发展也要求其包含频率测量的功能，所以用FPGA实现数字频率计也是实现系统芯片的前提条件。交流信号的频率测量一般是通过对信号放大限幅，在整形成脉冲量后用计数器计脉冲数来测量，用1s时基信号作为计数门的控制信号，在1s内对被测信号脉冲的计数值就是频率是频率值。由于被测信号与启闭计数门的时基信号没有同步关系，所以这种计数方法会产生1Hz的计数截断绝对误差，这种误差称作量化误差，而且这种误差是一种原理性误差，无法避免。被测信号的
13、频率越高，所产生的最大相对误差就越小，而在测量交流信号周期时刚好相反，频率越低量化误差的相对值就越小。因此一般被测高频信号是就测其频率，而在测低频信号是就测其周期。电力周波表是测量50Hz工频信号，其频率较低，故这里测其周期，然后再求出周期的倒数获得其频率值。电力周波表完成对工频的实时测量、显示和超限告警三的功能。为降低成本，显示采用动态扫描方式，故单片机在测量工频周期时要兼顾数码管显示器的动态扫描。为使数码管显示器有一定的亮度和稳定显示，动态扫描周期不宜太长，且要稳定，故采用50Hz脉冲同步的动态扫描方案，将50Hz正弦波信号转换成脉冲之间的电气隔离和单极性脉冲转换。为防止二极管被反向击穿，
14、用1N4148二极管与之反向并联。经光耦输出的50Hz脉冲前后沿有0.4ms的过渡时间，必须经过整形后才能传送给单片机，故这里用一只斯密特门电路对该脉冲整形。1.1课题研究的背景与意义 在微控制器(Microcontroller)应用领域日益广泛的今天， 各个领域的应用也向微控制器厂商提出了更高要求，希望速度更快、功耗更低、体积更小、价格更廉以及组成系统时所需要的外围器件更少；随着越来越多的各种非电子工程技术人员的应用需求，他们想把微控制器作为嵌入式部件应用到自己熟悉的领域中，还提出简单易学易用的要求。用户的需求就是厂商的市场和动力，老的半导体厂商顺应潮流不断推出新品种，新的半导体厂商则后来居
15、上，把越来越多的外围接口器件集成到片内，功能越来越强、性能越来越高。1.2 课题研究的背景美国Microchip技术公司的PIC系列微控制器则异军突起，独树一帜。它率先推出采用精简指令集计算机RISC(Reduced Instruction Set Conmputer)、哈佛（Harvard）双总线和两级指令流水线结构的高性能价格比的8 位嵌入式控制器（Embedded Controller）。其高速度（每条指令最快可达160 ns）、 低工作电压（最低工作电压可为3 V）、低功耗（3 V,32 kHz时15 s）、较大的输入输出直接驱动LED能力（灌电流可达25 mA）、一次性编程OTP（O
16、ne Time Programmable ）芯片的低价位（最低的不到8元人民币）、小体积（8引脚）、指令简单易学易用等，都体现了微控制器工业发展的新趋势。该公司推出了三个不同层次系列、几十种型号的产品来满足不同的产品设计需求，这三个系列微控制器的每一种型号的芯片都含有片内程序存储器，而且它们的指令系统向上兼容，用户可以根据需要选择具有各种不同外围接口功能、不同封装形式和不同电压范围的芯片；该公司还可以提供完整的可兼容的开发工具套件和世界范围的现场应用支持。所以这个系列的微控制器在市场上极具强劲的竞争力，在全球都可以看到PIC 微控制器从办公自动化设备、消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表到汽车电子、金融电子、工业控制等不同领域的广泛应用。PIC系列微控制器在世界微控制器市场份额排名中逐年升
