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1、XA国 U NIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY电控学院08级测控专业综合实验题 目：三相交流电压表（软件）院（系）：电气与控制工程学院专业班级：测控技术与仪器0802班姓 名：学 号：指导老师：2012年3月14日一、实验要求:3二、测量原理:3三、电压采样信号调理电路： 5四、电压表原理框图：5五、程序流程图:6六、参考文献:7七、设计完成的功能：8八、总结及体会:8九、程序:9三相交流电压表设计在发电厂、工矿、企业，经常要监测供电状况，所供的电压通常在几百伏， 必须设计一种仪表来测量这种电压，因此诞生了三相交流电压表。一、实验要求：1. 设计方案中能用软
2、件完成的尽量用软件实现，这样可以减少产片的成本，也 减少硬件的一些干扰。2. 本实验采用stc12c5A32AD单片机，由实验提供了该单片机的最小系统，线 路板，在该线路板上扩展了部分功能，多余的I/O 口也扩展出来，另外，实验室 统一提供了显示路板，在该板子上有四个按键，一组四位一体数码管，采用 74h164，扩展进行动态扫描显示。3. 系统以STC51单片机最小系统为基础，在此基础上叫外围电路，由于单片机 内部集成了 A/D转换通道，因此将模拟电压输出通道与单片机的A/D输出通道直 接相连，通过显示电路将得到的数据显示出来，并对A相电压进行4-20mA的变 送输出。系统主要由键盘输入模块、
3、被测电压输入模块、显示模块、电源及复位 模块和CPU处理模块等组成。4. 设计时分工进行，未提供原理图的设计自己必须画出原理图。二、测量原理：由于被测量的信号为交流信号，且信号幅度比较大，必须把这种大的信号变 成小信号进行采样，根据采样的信号不同可以分为直流采样和交流采样两种。直 流采样，顾名思义，采样对象为直流信号。它是把交流电压电流信号经过各种转 化为直流电压，再有MCU采集。此方法软件设计简单，对采集值只做一次比例 变换即可得到被测量的数值。但直流采样法存在一些问题：测量精度直接受整流电路的精度和稳定性影 响；整流电路参数调整困难且受波形因素影响比较大，此外用直流采样法测量工 频电压，电
4、流是通过测量平均值来求出有效值的，当电路中谐波含量不同时，平 均值与有效值之间的关系也将发生变化，给计算带来误差。因此，要获得高精度、 高稳定的测量结果，必须采用交流采样技术。交流采样技术是按照一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，按一定算法进 行数值处理，从而获得被测量的测量方法。该方法的理论基础是采样定理，即要 求采样频率为被测信号频率中最高频率的2倍以上，这就要求硬件处理电路能提 供高的采样速度和数据处理速度。目前单片机、DSP及高速A/D转换器的大量 涌现，为交流采样技术提供了强有力硬件支持。交流采样法包括同步采样、准同 步采样、非同步采样几种。交流采样技术是将二次测得电压、电流变成MC
5、U可以测量的交流小信号， 然后直接送入MCU直接处理。由于这种方法能够对被测量的瞬时值进行采样， 因而实时性好，相位失真小。它用软件的功能代替硬件的功能又使硬件的投资大 大减少。随着微机技术的不断发展，交流采样必将以其优异的性价比逐步取代传 统的直流采样方法。设交流电压电流表达式为：u （t）= u sinwt = J2Usinwt式中：u（t） t时刻电压瞬时值；u 电压峰值；U电压有效值;w 角频率；电压有效值公式：U ：J_ j T u 2（t）dtT 0若将电压有效值公式离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一 个周期内连续变化的函数值，则：U “土 Nu 2 ATm T m=
6、11式中：AT响亮采样的时间间隔；um第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N1个周期的采样点数。若相邻两采样的时间间隔相等，即ATm为常数AT，考虑到N=（ TAt）+1，则有NU= U 2mm=1式中就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期，采样点数计算电压信号的有 效值的公式。要求离散公式求得准确的测量结果，必须采样何时的采样频率，通常应大于 采样定理规定的理论采样频率3倍以上，以保证一周内有足够的采样点数。当然， 采样速度的高低取决于A/D转换器的转换速度、DSP的处理速度及实际需要等。 当然，要获得高的精确测量结果，还需要采取软件数字滤波，硬件看干扰等有效 措施。三、电压采样信号调理电路:
7、电压取样电路如图1表示，交流电压是通过电阻分压来得到一需要的小电 压。在交流电压表中，取样信号中均叠加了一个2.5V的支流电压信号，这是因 为有的A/D转换器不能接受负的电压信号。R7jl-k-kR8C11.25k102琳知1亦4止D1zh卜d b|LM385-2V5图1.交流电压取样电路四、电压表原理框图：系统以ST51单片机最小系统为基础，在此基础上叫外围电路，由于单片机 内部集成了 A/D转换通道，因此将模拟电压输出通道与单片机的A/D输出通道 直接相连，通过显示电路将得到的数据显示出来，并对A相电压进行4-20mA的 变送输出。系统主要由键盘输入模块、被测电压输入模块、显示模块、电源及
8、复位模块 和CPU处理模块等组成，整个系统的原理图如下所示：图2.电压表原理框图五、程序流程图：六、参考文献:13陆彬.21天学通51单片机开发(第2版.电子工业出版社.2011.9江吉鹏.工业控制技术的应用现状和发展方向J.潍坊学院学报,2002,4(2):4752.余永权，汪明慧，黄英.单片机在控制系统中的应用M.北京：电子工业出版社,2003.4纪宗南.单片机外围用手册M器件实.北京:北京航天航空大学出版社,2004.5薛弘晔.计算机控制技术M.西安:西安科技大学出版社,2006.6黄智伟.全国大学生电子设计竟赛系统设计M .北京航空航天大学出版 社，2006.7柴钰.单片机原理及应用.
9、西安电子科技大学出版社.8汪德彪.MCS - 51单片机原理及接口技术M .电子工业出版社，2007.9张永瑞.电子测量技术基础M .西安c电子科技大学出版社，1994.10张元良.单片机原理及应用教程.清华大学出版社.11张文祥，李志军，张子红，张小清.单片机系统设计与开发教程.七、设计完成的功能：1、本实验要求设计者能够实时的测量三相交流电电压，并把A相电压进行隔离 变送输出输出为4-20mA的电流信号，精度达到0.2级。2、本实验采用stc12c5A32AD单片机，由实验提供了该单片机的最小系统，线 路板，在该线路板上扩展了部分功能，多余的I/O 口也扩展出来，另外，实验室 统一提供了显
10、示路板，在该板子上有四个按键，一组四位一体数码管，采用 74h164，扩展进行动态扫描显示。八、总结及体会：一周的实习结束了，我们学到了很多很多，总体来说这次的课程设计 总的来说并不是特别容易，虽然我们在课堂上学到了不少有用的知识，可 真正实践起来就发现自己缺少的太少。我到图书馆来找过资料，也上网差 了不少资料，在查找和阅读的过程中真的学到不少的知识。当然，在做作 业的时候我遇到了不少问题，在和周围同学的探讨中我们找到了答案，大 家共同进步。通过课程设计让我们更加深刻的体会到实践的重要性，平时 我们多是学习理论知识，上机实践的机会少，自己也少，在实践方面 确实欠缺不少，需要我们今后加强练习。通
11、过这次实习，我知道了任何事都要靠自己，只有自己的知识才是真 正的知识，这让我在以后的工作生活中有了更好的动力！感谢老师的耐心 指导和悉心教导。通过此次实习，开阔了我们的视野，使我们的理论和实践结 合在一起，也培养了我的实际动手能力，增加了实际的操作经验，更好地为我们 今后的工作积累经验。同时也使我们对课本一些比较模糊的概念、抽象的原理有 了一个崭新的认识和理解。使我们对以往所学的知识有了更进一步的巩固，对以 前没接触过的知识有了深刻地了解，让我们对以后的基本动作有了深入认识。同 时也使我掌握了一些stc12c5A32AD单片机的使用方法、单片机最小系统，元件 件连线、电路焊接等。课程设计能帮助
12、我们除了掌握课本上的理论知识外，更能 帮助我们提高我们的动手实践能力。最后，感谢王老师的孜孜不倦的教诲，让我们更加全面的掌握了有关单片机的一 些知识。同时，我们会牢记老师的指导，把老师的意见牢记在心里，相信这会对 以后我们走向社会提供有力的保障！再次感谢王老师的辛勤指导！九、程序：#include #include reg51.h#include intrins.h#include math.h#define FOSC 11059200L#define BAUD 9600 float Sample20;unsigned char Flag=0;unsigned int Result;float
13、 U=0.0;unsigned char i=0;typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;sbitSCL=P0A3;移位；sbitRCL1=P0A1;/RCL1,RCL2 位码锁存时钟;sbitRCL2=P0A2;sbitSDATA=P0A0;/数据位；unsignedcharcodeled1=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x38,0x39;/09,r,l,c不带小数点；unsignedcharcodeled2 =0xbf,0x86,0xdb,0x
14、cf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef,0xf7,0xb8,0xb9;/带小数点； 八、；unsigned char a1,a2,a3,a4,a5;/a1a5 为数码管代码位置；unsigned char Data_595;数据；unsigned int n_LED,yy;数码管所在位置的段位代码；3 “/*段位代码宏定义*/#define k00 0x8000#define k01 0x4000#define k02 0x2000#define k03 0x1000#define k10 0x0800#define k11 0x0400#define k12 0x0200#define k13 0x0100#define k20 0x0080
