基于單片機(jī)的電力系統(tǒng)電壓電流監(jiān)測(cè)

PAGE第2頁(yè)共16頁(yè)電力系統(tǒng)電壓電流監(jiān)測(cè)目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 1關(guān)鍵詞 11緒論 12電壓電流的測(cè)量原理 22．1電壓電流的測(cè)量 23系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 34器件選擇 44．1互感器的選擇 44．2低通濾波器的選擇 44．3采樣/保持器的選擇 44．4模擬多路開(kāi)關(guān)的選擇 44．5A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 44．5．1A/D轉(zhuǎn)換的原理 44．5．2ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器 84．6單片機(jī)的選擇 114．6．180C51單片機(jī)的引腳說(shuō)明 124．6．2振蕩器和時(shí)鐘電路 134．6．3CPU時(shí)序 144．6．480C51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 144．7顯示器件的選擇 144．7．1LED靜態(tài)顯示方式 164．7．2LED動(dòng)態(tài)顯示方式 165硬件電路設(shè)計(jì) 165．1主電路設(shè)計(jì) 165．2分頻電路設(shè)計(jì) 175．3A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 185．4顯示電路設(shè)計(jì) 186軟件設(shè)計(jì) 193．1模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理 27致謝 30參考文獻(xiàn) 30英文摘要 30摘要以80C51單片機(jī)為核心，選用并行8位ADC0808芯片作為A/D轉(zhuǎn)換器，用LED數(shù)碼管為顯示器件，組成了電壓、電流檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用交流采樣技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，采用積分算法，分析測(cè)量數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出電壓、電流的有效值。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，成本較低。關(guān)鍵詞ADC080880C51單片機(jī)交流采樣電壓電流監(jiān)測(cè)英文摘要AnalysisofthehumancapitalofQinghaiAbstract:Thecurrentandvoltagemonitoringsystemsdependon80C51single-chipcomputerasthecore,adoptparallel8-bitADC0808asA/Dswitchingchip.AnduseLEDasadisplay.BasedonACsampletechnology,theintegralwayusedinsoftwaredesignandanylyzingmeasuringdata,sotheefficientdataofcurrentandvoltagecanbecalculatedrespectively.Thesystemissimpleangreliablewithlowcost.Keywords:ADC080880C51single-chipcomputerACsamplecurrentandvoltagemonitoringinterfacecircuit1緒論隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)容量的擴(kuò)大使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，要保證的電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、控制、報(bào)警顯得尤為重要。而要完成對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、控制、報(bào)警，對(duì)電壓、電流參數(shù)的采集與處理是前提。如何快速、準(zhǔn)確地采集電壓、電流參數(shù)，是電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)中首要解決的問(wèn)題。數(shù)據(jù)采集，根據(jù)采集信號(hào)的不同，可分直流采樣和交流采樣兩種。直流采樣，顧名思義，采樣對(duì)象為直流信號(hào)。它是把交流電壓、電流信號(hào)經(jīng)過(guò)各種變送器轉(zhuǎn)化為0～5V的直流電壓，再由各種裝置和儀表采集。此方法軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，對(duì)采樣值只需作一次比例變換即可得到被測(cè)量的數(shù)值。但直流采樣仍有很大的局限性：無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)的采集；變送器的精度和穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量精度有很大影響；設(shè)備復(fù)雜，維護(hù)難等。交流采樣是將二次測(cè)得的電壓、電流經(jīng)高精度的CT、PT變成計(jì)算機(jī)可測(cè)量的交流小信號(hào)，然后再送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y(cè)量的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，因而實(shí)時(shí)性好，相位失真小。它用軟件代替硬件的功能又使硬件的投資大大減小。隨著微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，交流采樣必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的直流采樣方法。本系統(tǒng)利用Intel80C51單片機(jī)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0808，對(duì)獲得的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采用交流采樣方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，計(jì)算獲得電壓、電流的有效值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及電壓報(bào)警。2電壓電流的測(cè)量原理電力系統(tǒng)中均為以正弦規(guī)律變化的大電壓大電流設(shè)正弦電壓電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為：式中，Um、Im分別為電壓電流的幅值，ω為角頻率，ω=2πf=2π/T(f為頻率，T為周期)，Φ為電壓電流的相角差。則電壓電流的有效值計(jì)算公式為：交流采樣原理是將連續(xù)變化的電流電壓的周期信號(hào)離散化，用一定的算法對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算出所需的信息。一般離散化處理方法是將連續(xù)時(shí)間信號(hào)的一個(gè)周期T分為N個(gè)等分點(diǎn)，每隔T/N時(shí)間進(jìn)行一次采樣，得到離散時(shí)間信號(hào)，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到離散信號(hào)，把這些數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理，便得到電壓電流有效值。即以一個(gè)周期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓數(shù)字量來(lái)代替一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值。交流采樣算法的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是離散時(shí)間數(shù)據(jù)。設(shè)在一個(gè)周期T內(nèi)等間隔對(duì)U(t)、I(t)作N次采樣，則第k次采樣值Uk、Ik為k=0、1…N－1k=0、1…N－1式中：為相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔交流采樣的算法很多，這里采用積分算法（又稱(chēng)均方根算法）。是將連續(xù)函數(shù)的積分運(yùn)算用離散化的函數(shù)值構(gòu)成的階梯波的面積代替。則根據(jù)一個(gè)周期各采樣瞬時(shí)值及每周期采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算電壓電流信號(hào)的有效值的公式：通常情況下，電力系統(tǒng)中電壓電流不可能是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，大都含有各次諧波分量。若信號(hào)中所含最高諧波次數(shù)為M，根據(jù)乃奎斯特采樣頻率的定義，當(dāng)N≥2M+1滿(mǎn)足時(shí)，上面的電壓電流的有效值表達(dá)式成立，若不滿(mǎn)足，則存在誤差。只要采樣點(diǎn)數(shù)N足夠大，就能都使電壓電流有效值的測(cè)量達(dá)到足夠的精度。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理該系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成各種互感器信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換，各種信息的顯示等。軟件部分主要完成信號(hào)的處理及控制功能等。其工作原理是單片機(jī)依次查詢(xún)各互感器的輸出信號(hào)（電壓、電流互感器輸出的模擬信號(hào)需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換）；然后對(duì)單片機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理后通過(guò)顯示塊輸出，同時(shí)還可輸出電壓告警信號(hào)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示：電壓互感器電壓互感器電流互感器低通濾波器采樣保持器模擬多路開(kāi)關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)顯示報(bào)警UI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖下面說(shuō)明圖中主要部分的作用：（1）互感器—把電網(wǎng)的強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合A/D轉(zhuǎn)換的弱電信號(hào)；（2）低通濾波器—濾除電壓信號(hào)中的高次諧波；（3）采樣/保持器—因?yàn)殡妷盒盘?hào)總是在變化，而A/D轉(zhuǎn)換總是需要一定的時(shí)間，所以需要把轉(zhuǎn)換的信號(hào)采樣后保持一段時(shí)間，以備轉(zhuǎn)換。另外，被測(cè)值往往是連續(xù)變化的，而采樣又是斷續(xù)的，有了采樣/保持電路，就能保證采樣后一直保持采樣電平；（4）模擬多路開(kāi)關(guān)—通常要檢視和控制的信號(hào)很多，且它們的變化都不是很快，所以沒(méi)有必要每一種信號(hào)都使用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，并占用一條計(jì)算機(jī)通道。模擬多路開(kāi)關(guān)使用一條通道來(lái)檢測(cè)多路信號(hào)，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換受計(jì)算機(jī)控制。（5）A/D轉(zhuǎn)換—把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，送入計(jì)算機(jī)。4器件選擇系統(tǒng)的器件主要包括7大塊：互感器模塊、低通濾波器模塊、模擬多路開(kāi)關(guān)模塊、A/D轉(zhuǎn)換器模塊、單片機(jī)主控模塊、按鍵輸入和數(shù)碼管顯示模塊。被測(cè)的電壓電流信號(hào)首先送入電壓互感器和電流互感器，把高電壓大電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為小信號(hào)，由互感器輸出的信號(hào)再經(jīng)分壓電路，把這兩路信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)，并輸出到低通濾波器。由于電網(wǎng)上的交流信號(hào)帶有很大的諧波成分，所以首先通過(guò)一個(gè)RC低通濾波器以濾除高次諧波。從低通濾波器輸出的信號(hào)通過(guò)采樣保持器進(jìn)行采樣保持，之后再通過(guò)一個(gè)模擬多路開(kāi)關(guān)，用以選擇其中的一路參數(shù)送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示。

4．1互感器的選擇4．2低通濾波器的選擇4．3采樣/保持器的選擇4．4模擬多路開(kāi)關(guān)的選擇4．5A/D轉(zhuǎn)換器的選擇4．5．1A/D轉(zhuǎn)換的原理實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法很多，有逐位比較式、雙積分式、并行比較式以及u/f轉(zhuǎn)換式等，各種實(shí)現(xiàn)方法都有其各自的特點(diǎn)。1逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換。逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換是把待轉(zhuǎn)換的主流模擬電壓與一組呈二進(jìn)制關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電壓一位一位由高至低逐位進(jìn)行比較，決定每位是去碼（為0）還是留碼（為1），從而實(shí)現(xiàn)模擬電壓到二進(jìn)制數(shù)碼的轉(zhuǎn)換。逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換電路，一般由邏輯控制與定時(shí)電路、電壓比較器、逐次逼近邏輯寄存器SAR、D/A轉(zhuǎn)換電路和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器等組成。D/A轉(zhuǎn)換電路可以是一個(gè)T型網(wǎng)絡(luò)，也可以是權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。D/A轉(zhuǎn)換電路的作用是輸出由n個(gè)呈二進(jìn)制關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電壓的組合疊加電壓。n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓為UR×2-1、UR×2-2、…UR×2-n。寄存器SAR中n位二進(jìn)制數(shù)d1～dn的狀態(tài)受邏輯控制電路和電壓比較器的控制。每一位在A/D轉(zhuǎn)換電路中都對(duì)應(yīng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓。應(yīng)用疊加原理可得D/A轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓U0是n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓的組合。其中dj=“1”或“0”，d1為最高位，dn為最低位。D/A轉(zhuǎn)換的滿(mǎn)量程為因此，對(duì)于一個(gè)0～Umax的直流電壓Ui,都可以用一組n個(gè)二進(jìn)制碼（d1～dn）表示，其表示誤差不大于1LSB(UR×2-n)V。逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換電路的工作過(guò)程如下：首先啟動(dòng)脈沖使A/D轉(zhuǎn)換器開(kāi)始工作，寄存器SAR全部清零，U0輸出為0。然后定時(shí)電路控制逐位比較的節(jié)拍，由高位到地位一位一位進(jìn)行。第一位的比較：置d1=“1”，這時(shí)D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出U0=UR×2-1，電壓比較器比較輸入電壓Ui與U0的大小。若Ui≥U0則作留碼處理，保留d1=“1”；若Ui<U0則作去碼處理，使d1=“1”，1=“0”。第二位的比較：置d2=“1”，這時(shí)D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出U0=d1UR×2-1+UR×2-2，電壓比較器比較Ui與U0的大小，根據(jù)比較結(jié)果決定第二位d2是去碼還是留碼。依次類(lèi)推，此過(guò)程一直到第n為比較結(jié)束。最后可以在一定誤差范圍內(nèi)達(dá)到Ui=U0，這時(shí)輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC，并且輸出的n位二進(jìn)制數(shù)據(jù)有效。該數(shù)據(jù)正是A/D轉(zhuǎn)換購(gòu)得到的數(shù)字量。以一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器為例加以說(shuō)明。設(shè)A/D轉(zhuǎn)換的滿(mǎn)量程為5V，輸入電壓Ui為4.5V，轉(zhuǎn)換過(guò)程如下表。逐位比較A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程表步驟逐次逼近邏輯寄存器SAR標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)值D/A輸出U0比較判決d1d2d3d4d5d6d7d81100000002.51282.5留碼2110000001.251923.75留碼3111000000.6252244.375留碼4111100000.31252404.6825去碼5111010000.156252324.53125去碼6111001000.0781252284.453125留碼7111001100.03906252304.4921875留碼8111001110.019531252314.51171815去碼結(jié)束111001102304.4921875逐位比較A/D轉(zhuǎn)換采用二分搜索法讓D/A網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓向待轉(zhuǎn)換電壓逼近。因此，轉(zhuǎn)換速度比較快，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，稱(chēng)為轉(zhuǎn)換時(shí)間，其倒數(shù)稱(chēng)為轉(zhuǎn)換速率。一般逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換器一次轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾微妙到白微妙之間，因此廣泛應(yīng)用與中高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。值得注意的是，在逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，轉(zhuǎn)換過(guò)程是對(duì)固定的輸入電壓經(jīng)多次比較后得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果在轉(zhuǎn)換過(guò)程中輸入出現(xiàn)正常波動(dòng)或受到干擾，直接會(huì)給轉(zhuǎn)換結(jié)果帶來(lái)嚴(yán)重誤差。因此在實(shí)際應(yīng)用中需要在逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換器前加一采樣/保持器，以保證在A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行期間輸入電壓不發(fā)生變化。2雙積分式A/D轉(zhuǎn)換雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是，對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值轉(zhuǎn)換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用時(shí)間脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字量輸出。由于該轉(zhuǎn)換電路是對(duì)輸入電壓的平均值進(jìn)行變換，所以他據(jù)有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的原理電路，它由積分器（由集成運(yùn)放A組成）、過(guò)零比較器、時(shí)鐘脈沖控制門(mén)和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等幾部分組成。積分器是轉(zhuǎn)換器的核心部分，它的輸入端所接開(kāi)關(guān)由定時(shí)信號(hào)Qn控制。當(dāng)Qn為不同電平時(shí)，極性相反的輸入電壓Ui和參考電壓UREF將分別加到積分器的輸入端，進(jìn)行兩次方向相反的積分，積分時(shí)間常數(shù)τ=RC。過(guò)零比較器用來(lái)確定積分器輸出電壓U0過(guò)零的時(shí)刻。當(dāng)U0≥0時(shí)，比較器輸出Uc為低電平；當(dāng)U0<0時(shí)，比較器輸出Uc為高電平。比較器的輸出信號(hào)接至?xí)r鐘控制門(mén)作為開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)信號(hào)。計(jì)數(shù)器和定時(shí)器，它由n+1個(gè)接成計(jì)數(shù)型的觸發(fā)器FF0～FFN串聯(lián)組成。觸發(fā)器FF0～FFN-1組成n級(jí)計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖CP計(jì)數(shù)，以便把與輸入電壓平均值成正比的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)輸出。時(shí)鐘脈沖控制門(mén)，時(shí)鐘脈沖源標(biāo)準(zhǔn)周期Tc，作為測(cè)量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。當(dāng)Uc=1時(shí)，門(mén)打開(kāi)，時(shí)鐘脈沖通過(guò)門(mén)加到觸發(fā)器FF0的輸入端。由于雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器在T1時(shí)間內(nèi)采的是輸入電壓的平均值，因此具有很強(qiáng)的抗工頻干擾的能力。尤其對(duì)周期等于T1或幾分之一T1的對(duì)稱(chēng)干擾（所謂對(duì)稱(chēng)干擾是指整個(gè)周期內(nèi)平均值為零的干擾），有無(wú)窮大的抑制能力。3并行比較式A/D轉(zhuǎn)換并行比較式A/D轉(zhuǎn)換又稱(chēng)瞬時(shí)比較—編碼式A/D轉(zhuǎn)換，是一種轉(zhuǎn)換速度最快、轉(zhuǎn)換原理最直觀(guān)的轉(zhuǎn)換技術(shù)。N位并行比較式A/D轉(zhuǎn)換需要用2n+1個(gè)電阻串聯(lián)組成分壓器，與參考電壓端和地端直接相連的兩個(gè)電阻阻值為R/2 ，其余個(gè)電阻阻值均為R，分壓器上端加參考電壓UR。顯然，兩端的兩個(gè)電阻上的電壓降為UR/2n+1，中間的各電阻上電壓降為均UR/2n。因此，分壓器把參考電壓UR分成了2n個(gè)分層量化電壓，兩端的兩個(gè)電阻各分得半層量化電壓，即1/2LSB，這樣可實(shí)現(xiàn)1/2LSB偏置，使量化誤差變成為±1/2LSB。接入各電壓比較器負(fù)端的分壓器提供的各分壓值可用下式表示待測(cè)的模擬電壓Ui則接入各電壓比較器正端。各電壓比較器的輸出經(jīng)2n個(gè)段鑒別與門(mén)送入編碼器，經(jīng)編碼器編碼后，輸出n位二進(jìn)制數(shù)字量。假設(shè)輸入模擬電壓Ui落在和Uj-1Uj之間，即Uj-1>Ui>Uj(j=1，2，…，2n)，則個(gè)電壓比較器的比較結(jié)果是：C0、C1、…、Cj-1輸出為0、Cj、Cj+1、…、C2n輸出為1。這些比較器的輸出結(jié)果送入各段鑒別與門(mén)，各段鑒別與門(mén)輸出結(jié)果為Cj=1，其余的為0。經(jīng)2n線(xiàn)—n線(xiàn)編碼器后輸出對(duì)應(yīng)的n位二進(jìn)制編碼。如果輸入模擬電壓Ui>UR，則電壓比較器C0輸出“1”信號(hào)，表示輸入電壓過(guò)量程。如果輸入模擬電壓Ui<UR/2n-1，則過(guò)量程信號(hào)和各段鑒別與門(mén)輸出均為0，表示輸入電壓小于1/2LSB，認(rèn)為Ui=0。從理論上講，并行比較式A/D轉(zhuǎn)換只需要一個(gè)時(shí)鐘周期，但實(shí)際上卻占用兩個(gè)周期。第一個(gè)時(shí)鐘周期用于將輸入信號(hào)寄存在可鎖存電壓比較器中，第二個(gè)時(shí)鐘周期用于對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行編碼，并輸出數(shù)據(jù)。并行比較式A/D轉(zhuǎn)換具有如下特點(diǎn)：（1）由于轉(zhuǎn)換是并行的，其轉(zhuǎn)換時(shí)間只受比較器、觸發(fā)器和編碼電路延遲時(shí)間的限制，因此轉(zhuǎn)換速度最快。（2）隨著分辨率的提高，原件數(shù)目要按幾何級(jí)數(shù)增加。一個(gè)n位轉(zhuǎn)換器，所用比較器的個(gè)數(shù)為2n-1，如8位的并行A/D轉(zhuǎn)換器就需要28-1=255個(gè)比較器。由于位數(shù)愈多，電路愈復(fù)雜，因此制成分辨率較高的集成并行A/D轉(zhuǎn)換器是比較困難的。（3）為提決絕高分辨率和增加原件數(shù)的矛盾，可以采取分級(jí)并行轉(zhuǎn)換的方法。例如10位分級(jí)并行A/D轉(zhuǎn)換器，輸入模擬信號(hào)Ui，經(jīng)取樣—保持電路后分兩路，一路先經(jīng)第一級(jí)5位并行A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行粗轉(zhuǎn)換，得到輸出數(shù)字量的高5位，另一路送入減法器，與高5位A/D轉(zhuǎn)換得到的模擬電壓相減。由于相減所得到差值電壓小于1VLSB為保證第二級(jí)A/D轉(zhuǎn)換器器的轉(zhuǎn)換精度，將差值放大25=32倍，送第二級(jí)5位并行比較A/D轉(zhuǎn)換器，得到低5位輸出。這種方法雖然在速度上做了犧牲，卻使原件數(shù)大為減少，在需要兼顧分辨率和速度的情況下常被采用。4電荷平衡式U/f轉(zhuǎn)換U/f轉(zhuǎn)換也是數(shù)模轉(zhuǎn)換的一種實(shí)現(xiàn)方法。電荷平衡式U/f轉(zhuǎn)換的原理電路中，輸入模擬電壓Ui與R構(gòu)成對(duì)積分器的充電回路。恒流源IR與模擬開(kāi)關(guān)S則構(gòu)成對(duì)積分器的反充電回路。整個(gè)電路構(gòu)成可視為一個(gè)震蕩頻率受輸入電壓Ui控制的多偕振蕩器。當(dāng)積分器的輸出電壓Uint下降到零時(shí)，零電壓比較器發(fā)生跳變，觸發(fā)但穩(wěn)態(tài)定時(shí)器，產(chǎn)生一個(gè)寬度為t0的脈沖，該脈沖使開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通。在電路設(shè)計(jì)中要求IR>Uimax/R，因此，在t0期間積分器是以反充電為主，使積分器負(fù)積充電，Uint逐漸下降，當(dāng)Uint下降到0V時(shí)，零電壓比較器反轉(zhuǎn)，又使單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)t0脈沖，再次反充電，如此不斷的震蕩循環(huán)下去。在一個(gè)周期T中，輸入電壓Ui和R一直處于充電工作狀態(tài)，恒流源IR只持續(xù)時(shí)間t0的反充電過(guò)程。根據(jù)一個(gè)周期中充電電荷量與反充電電荷量相等的電荷平衡原理，可得輸出震蕩頻率f上式表明，輸出電壓頻率f與輸入電壓Ui成正比，從而實(shí)現(xiàn)了U/f轉(zhuǎn)換。U/f轉(zhuǎn)換精度與IR、t0及R的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性有關(guān)。積分電阻R可用來(lái)調(diào)節(jié)U/f的標(biāo)稱(chēng)傳遞關(guān)系。U/f轉(zhuǎn)換與上述三種A/D轉(zhuǎn)換的不同之處在于：上述三種A/D轉(zhuǎn)換輸出的是并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)（也有串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)），而U/f轉(zhuǎn)換輸出的則是串行頻率信號(hào)。因此U/f轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)單、靈活，只要用一路輸入通道，可以是計(jì)算機(jī)（或單片機(jī)）的一根I/O口線(xiàn)、中斷源輸入或計(jì)數(shù)輸入。由于U/f轉(zhuǎn)換將直流模擬電壓轉(zhuǎn)換成一頻率數(shù)字信號(hào)，因此易于實(shí)現(xiàn)光電隔離和信號(hào)的遠(yuǎn)傳。U/f轉(zhuǎn)換與雙積分式A/D轉(zhuǎn)換有相似之處，都采用了對(duì)輸入信號(hào)的積分，因此U/f轉(zhuǎn)換同意也是具有很強(qiáng)的抗干擾性能。U/f轉(zhuǎn)換具有良好的精度和線(xiàn)性度，頻率輸出動(dòng)態(tài)范圍寬，最高可達(dá)100kHz.4．5．2ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換原理，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路可以分為以下幾種類(lèi)型：（1）并行A/D轉(zhuǎn)換器。是一種用編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高速A/D轉(zhuǎn)換器，價(jià)格較高，僅用于要求高速度的場(chǎng)合。（2）逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換器。在精度上、速度上和價(jià)格上都始終是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器件。（3）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。具有精度高、抗干擾性能好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，但速度慢。綜合從速度、精度和價(jià)格三方面考慮，最終選擇ADC0808。ADC0808是8位MOS型逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開(kāi)關(guān)，應(yīng)用單一+5V電源供電。其模擬量輸入范圍為±5V，對(duì)應(yīng)數(shù)字量輸出范圍為00H~0FFH，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可以直接鏈接到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us，無(wú)需調(diào)零和調(diào)滿(mǎn)量程。其結(jié)構(gòu)如圖所示：ADC0808結(jié)構(gòu)圖圖中，多路開(kāi)關(guān)可以選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C3個(gè)地址進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。8位A/D轉(zhuǎn)換器是逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，由控制于時(shí)序電路、逐次逼近寄存器、樹(shù)狀開(kāi)關(guān)以及256R電阻階梯網(wǎng)絡(luò)等組成。輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量。ADC0808芯片為28引腳雙列直插式封裝，引腳圖如圖所示：引腳功能如下：IN0~IN7：8路輸入通道的模擬量輸入端口。ADC0808對(duì)輸入模擬量的要求主要有：輸入模擬電壓范圍±5V，若信號(hào)過(guò)小，還需進(jìn)行放大。另外，模擬量輸入在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，其值不應(yīng)變化，因此，對(duì)變化速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣/保持電路。START：?jiǎn)?dòng)輸入控制端口。脈沖式啟動(dòng)，脈沖下降沿有效。START上升沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零，START下降沿時(shí)，開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)脈沖輸出端，高電平有效。轉(zhuǎn)換結(jié)束到下次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換期間，EOC保持高電平不變。該信號(hào)既可以作為查詢(xún)的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。OE：輸出允許控制端口。為脈沖信號(hào)，脈沖的有效高電平打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器，將轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)字總線(xiàn)上。OE信號(hào)由CPU讀信號(hào)和片選信號(hào)組合產(chǎn)生。CLK：外部時(shí)鐘脈沖輸入端。ADC0808內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。ADDA、ADDB、ADDC：8路模擬開(kāi)關(guān)的3位地址選通輸入端，A為低位地址，C為高位地址，用來(lái)選擇相應(yīng)的輸入通道。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示：地址碼選通的模擬通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7通道地址碼對(duì)應(yīng)關(guān)系A(chǔ)LE：地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上升沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。D0~D7：數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線(xiàn)直接相連。Vcc：+5V電源。Vref：參考電壓。參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐位比較的基準(zhǔn)。ADC0808的時(shí)序如圖所示：4．6單片機(jī)的選擇單片機(jī)選擇Intel公司生產(chǎn)的80C51單片機(jī)，80C51單片機(jī)是具有16為地址線(xiàn)的8位機(jī)，它帶有4KB片內(nèi)ROM，128字節(jié)的片內(nèi)RAM，最大工作頻率為12MHz，同時(shí)，具有32條輸入輸出線(xiàn)，2個(gè)16位定時(shí)器/控制器，5個(gè)中斷源，1個(gè)串行口。80C51的特點(diǎn)：（1）集成度高。80C51芯片內(nèi)部包括了128的字節(jié)的RAM，4個(gè)8位并行I/O口，1個(gè)全雙工的串行口，2個(gè)16位定時(shí)器/控制器，以及一個(gè)處理功能很強(qiáng)的中央處理器。在許多簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，用一片80C51就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比大大超過(guò)Z80的微型計(jì)算機(jī)。（3）系統(tǒng)擴(kuò)展方便。80C51單片機(jī)外擴(kuò)至64k字節(jié)程序存儲(chǔ)器和64k字節(jié)的外部RAM和I/O口的能力。當(dāng)80C51芯片內(nèi)部的RAM和I/O口線(xiàn)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)功能要求時(shí)，使用一些普通的擴(kuò)展芯片就可以進(jìn)行擴(kuò)展。（4）抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高。80C51單片機(jī)的總線(xiàn)大多在芯片內(nèi)部不易受干擾，而且采用80C51單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易采取各種抗干擾措施（屏蔽、接地等），適用環(huán)境廣，在各種惡劣的情況下都能可靠的工作。（5）處理能力強(qiáng)，速度快。80C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有加、減、乘、除以及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，還具有位操作能力，特別適合工業(yè)控制系統(tǒng)、消費(fèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。CPU的時(shí)鐘頻率可達(dá)12MHz甚至更高，指令系統(tǒng)中近50%的指令為單字節(jié)指令，指令執(zhí)行速度快。完成單字節(jié)乘法和單字節(jié)除法僅需4μs（時(shí)鐘頻率為12MHz）。4．6．180C51單片機(jī)的引腳說(shuō)明80C51單片機(jī)有40個(gè)引腳。其引腳圖如下圖所示：1電源引腳VCC（第40腳）：接電源+5V。GND（第20腳）：接電源負(fù)極，即接地。電源應(yīng)采用直流+5V電源。2外接晶振引腳XTAL1（第19腳）：片內(nèi)反相放大器輸入端。XTAL2（第18腳）：片內(nèi)反相放大器輸出端。3輸入輸出引腳P0.0~P0.7（第32~39腳）：P0口的8個(gè)引腳。P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位準(zhǔn)雙向I/O口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。在訪(fǎng)問(wèn)外部存貯器或進(jìn)行I/O口擴(kuò)展時(shí)，它分時(shí)作為低8位地址總線(xiàn)和雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)。P1.0~P1.7（第1~8腳）：P1口的8個(gè)引腳。P1口是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口，每一位可以直接驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P2.0~P2.7（第21~28腳）：P2口的8個(gè)引腳。P2口也是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口，每一位也可以直接驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。在訪(fǎng)問(wèn)外部存貯器時(shí)，它作為高8位地址總線(xiàn)。P3.0（第10腳）：RXD（串行輸入口，串行通信時(shí)，信號(hào)由此輸入單片機(jī)）。P3.1（第11腳）：TXD（串行輸出口，串行通信時(shí)，單片機(jī)由此發(fā)送信號(hào)出去）。P3.2（第12腳）：INT0（外部中斷0輸入口）。P3.3（第13腳）：INT1（外部中斷1輸入口）。P3.4（第14腳）：T0（定時(shí)器0外部輸入口）。P3.5（第15腳）：T1（定時(shí)器1外部輸入口）。P3.6（第16腳）：WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通輸出口）。P3.7（第17腳）：RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出口）。4控制引腳（1）ALE/PROG（第30腳）：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。在訪(fǎng)問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在其下降沿鎖定低8位地址，以實(shí)現(xiàn)P0口的地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)的分時(shí)復(fù)用。當(dāng)單片機(jī)上電正常工作以后該引腳上就會(huì)以時(shí)鐘震蕩頻率的1/6的固定頻率向外輸出正脈沖信號(hào)，該信號(hào)可以作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖。（2）PSEN（第29腳）：程序存儲(chǔ)允許輸出端。片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。（3）EA/VPP（第31腳）：片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳接地時(shí)，只選用片外程序存儲(chǔ)器，這時(shí)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器沒(méi)有作用。該引腳接高電平時(shí)，選用片內(nèi)ROM。（4）RST（第9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端。在此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平有效信號(hào)，就可以完成復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始化狀態(tài)。上電時(shí)，也是利用該引腳使單片機(jī)有效復(fù)位。一般上電時(shí)，由于振蕩器有一定的起振時(shí)間，為了保證有效復(fù)位，該引腳必須保持10m以上的高電平。上電復(fù)位電路如圖所示：上電復(fù)位電路其中電容C1和電阻R1取值要求保證復(fù)位條件，一般對(duì)12MH中的晶振，C1取4μF，R1取10K歐，可以可靠復(fù)位。RST引腳還有掉電保護(hù)功能，如果在該端接有+5V的備用電源，在Vcc突然掉電時(shí)，可以保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失。4．6．2振蕩器和時(shí)鐘電路80C51單片機(jī)內(nèi)含一個(gè)高增益的反相放大器，通過(guò)XTAL1和XTAL2外接晶振后，即可構(gòu)成自激震蕩器，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器向主機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。其接法如圖所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接晶體的接法C1、C2是兩個(gè)電容，與晶體構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。振蕩器的頻率主要取決于晶體，其范圍為1.2M~12MHz，并聯(lián)的電容有微調(diào)作用，一般取30pF左右。4．6．3CPU時(shí)序振蕩器輸出的脈沖經(jīng)2分頻（即頻率變?yōu)樵瓉?lái)的1/2）成為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，用作單片機(jī)內(nèi)部各功能部件按序協(xié)調(diào)工作的控制信號(hào)，其周期稱(chēng)為時(shí)鐘周期。6個(gè)時(shí)鐘周期稱(chēng)為一個(gè)機(jī)器周期。CPU執(zhí)行一天指令的時(shí)間稱(chēng)為指令周期。80C51有111條指令，這些指令執(zhí)行的周期并不相等。指令周期以機(jī)器周期為單位，分為單周期指令、雙周期指令和4周期指令，只有乘法、除法指令是4周期指令。若選用12M晶振，則震蕩周期為1/12us，時(shí)鐘周期為2×1/12us，機(jī)器周期為6×2×1/12us，即1us，乘法和除法指令為4us。4．6．480C51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器4．7顯示器件的選擇在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器件包括發(fā)光二極管LED顯示器、液晶顯示器LCD、熒光管顯示器等。該系統(tǒng)選用發(fā)光二極管LED顯示器作為顯示器件，用來(lái)顯示電壓電流的采樣值。LED顯示器是由發(fā)光二極管組成的、用來(lái)顯示特定字段的顯示器。發(fā)光二極管使用靈活，簡(jiǎn)單方便，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管就被點(diǎn)亮；當(dāng)電流消失沒(méi)有電流時(shí)，發(fā)光二極管就熄滅。發(fā)光二極管有共陰極和共陽(yáng)極兩種。所謂共陰極，即是把所有的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)，公共陰極接地，這樣當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極加有高電平時(shí)，那個(gè)發(fā)光二極管就被點(diǎn)亮，而加低電平時(shí)則不點(diǎn)亮。同樣共陽(yáng)極LED顯示器，就是將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起，構(gòu)成公共陽(yáng)極，使用時(shí)，公共陽(yáng)極接高電平，這樣當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極加有低電平時(shí)，那個(gè)發(fā)光二極管就被點(diǎn)亮，而加高電平時(shí)則不點(diǎn)亮。常用的有7段碼LED顯示器結(jié)構(gòu)如圖所示：控制a、b、c、d、e、f、g、dp各點(diǎn)和公共點(diǎn)的電位，就可以控制各發(fā)光二極管的亮暗，而不同的發(fā)光二極管的亮暗組合就可以顯示不同的數(shù)字（其中dp點(diǎn)是用來(lái)表示小數(shù)點(diǎn)的，在顯示數(shù)字中不起作用）。對(duì)應(yīng)每一個(gè)數(shù)字都有一個(gè)特定的字型碼，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：字符顯示gfedcba字型碼共陰極共陽(yáng)極001111113FC01000011006F9210110115BA4310011114FB0411001106699511011016D92611111017D827000011107F8811111117F80911011116F90A11101117788B11111007C83C011100139C6D10111105EA1E11110017986F1110001718E由表可知，共陽(yáng)極顯示器的段碼和共陰極顯示器的段碼之間是邏輯非的關(guān)系。4．7．1LED靜態(tài)顯示方式當(dāng)使用靜態(tài)顯示方式時(shí)，較小的電流就可以得到較高的亮度，所以很多器件都可以直接驅(qū)動(dòng)LED。但是，使用靜態(tài)顯示方式時(shí)，需要的I/O口線(xiàn)數(shù)量較多，因此一般只有當(dāng)顯示的位數(shù)較少時(shí)，才采用靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示指顯示器顯示某一子符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或截至。單片機(jī)除可用本身的并行端口或擴(kuò)展的I/O端口直接與LED接口外，也可利用本身的串行端口TXD、RXD與LED接口。4．7．2LED動(dòng)態(tài)顯示方式當(dāng)顯示LED位數(shù)較多時(shí)，常常采用動(dòng)態(tài)顯示方式。在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化硬件電路，常常將所有位的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位的I/O口控制，而各位的共陽(yáng)極或共陰極引腳則分別由單獨(dú)的I/O口來(lái)控制，以實(shí)現(xiàn)各位得分時(shí)選通。事實(shí)上，其工作時(shí)，任一時(shí)刻只選通一個(gè)LED塊。其工作過(guò)程如下：（1）選通第一個(gè)LED塊，然后由8位I/O口輸入要顯示的段碼數(shù)據(jù)，點(diǎn)亮第一個(gè)LED塊。（2）關(guān)掉第一個(gè)LED塊，選通第二個(gè)LED塊，同樣由8位I/O口輸入要顯示的段碼數(shù)據(jù)，點(diǎn)亮第二個(gè)LED塊。（3）以此類(lèi)推，當(dāng)關(guān)掉最后一個(gè)LED塊時(shí)，再次選通第一個(gè)LED塊，這樣反復(fù)循環(huán)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作速度很快，各LED循環(huán)點(diǎn)亮的速度也很快，肉眼很難感覺(jué)到它的變化，這樣就可以達(dá)到顯示的目的。5硬件電路設(shè)計(jì)5．1主電路設(shè)計(jì)主電路采用80C51單片機(jī)，擴(kuò)展一片A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用交流采樣技術(shù)，對(duì)輸入的兩路交流信號(hào)（電壓、電流）進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)數(shù)碼管顯示。當(dāng)電壓超過(guò)其變化范圍時(shí)，電壓報(bào)警電路將進(jìn)行報(bào)警。5．2分頻電路設(shè)計(jì)由于ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器沒(méi)有內(nèi)部時(shí)鐘，所以必須外接時(shí)鐘。此電路中借用80C51的地址鎖存信號(hào)ALE輸出80C51晶振頻率1/6的時(shí)鐘信號(hào)，因?yàn)?0C51的外接晶振頻率太高。當(dāng)80C51的時(shí)鐘頻率為12MHz時(shí)，ALE的頻率則為2MHZ，這個(gè)頻率高于ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器的最高頻率。所以，需要通過(guò)兩個(gè)D觸發(fā)器，對(duì)80C51的地址允許鎖存信號(hào)ALE輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行四分頻處理，從而得到500KHz的時(shí)鐘信號(hào)，為ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供時(shí)鐘信號(hào)。5．3ADC0808與單片機(jī)的接口電路ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器共有8路模擬輸入通道，該電路只用到其中的兩個(gè)輸入通道（IN0、IN1）。其中，IN0作為電壓檢測(cè)通道，IN1作為電流檢測(cè)通道，ADC0808與單片機(jī)的接口電路見(jiàn)主電路圖。圖中ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)電壓輸入選擇地址引腳A、B、C與地址鎖存器輸出的單片機(jī)地址總線(xiàn)的低3位相連接，則對(duì)應(yīng)的兩路通道地址為FEF8H--FEFFH，用于選通不同的模擬通道信號(hào)。它的數(shù)字信號(hào)輸出與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連接。由于輸入是雙極性，所以參考電壓輸入引腳VREF(+)和VREF(-)分別接+5v和-5v。在ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制方面，將P2.0和寫(xiě)控制信號(hào)端WR經(jīng)與非門(mén)后，連接到ADC0808的啟動(dòng)端STAR和地址鎖存端ALE，這樣，在鎖存模擬通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)單片機(jī)的片選信號(hào)P2.0和寫(xiě)控制信號(hào)WR都為低電平時(shí)，引腳ALE和引腳START出現(xiàn)高電平，它的模擬信號(hào)電壓輸入選擇地址被鎖存，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換過(guò)程被啟動(dòng)。查詢(xún)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)端EOC，當(dāng)EOC為高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換完成。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換完成之后，在讀取結(jié)果時(shí)，單片機(jī)的片選信號(hào)P2.0和讀控制信號(hào)RD都為低電平，經(jīng)過(guò)或非門(mén)后，產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器，單片機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)上出現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。5．4顯示電路設(shè)計(jì)如主電路圖所示，將數(shù)碼管各位的相應(yīng)位連在一起，由P1口控制，各位的公共端則分別由P2.2—P2.7控制。在顯示控制時(shí)，同一時(shí)刻各位中只能有一位是有效的，即P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7被輪流點(diǎn)亮。適當(dāng)選擇掃描速度，利用人眼的“視覺(jué)暫留”作用，使得看上去所有數(shù)碼管是被同時(shí)點(diǎn)亮的，并不察覺(jué)有閃爍現(xiàn)象。6軟件設(shè)計(jì)#include<stdio.h>#include<math.h>#include<absacc.h>#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0xfef8]//設(shè)置ADC0809的通道0地址sbitad_busy=P3^5;//即EOC狀態(tài)sbitP3_0=P3^0;unsignedcharcodedisplay[12]={0x0C0,0x0F9,0x0A4,0x0B0,0x99,0x92,0x82,0x0F8,0x80,0x90,0xC1,0x88};//LED顯示庫(kù)voidqq(void);//延時(shí)子程序voidxianshi0(floats0);//電壓顯示子程序voidxianshi1(floats1);//電流顯示子程序voidbaojing(void);//電壓報(bào)警子程序voidmain(void)//主函數(shù){floats,sum;unsignedchari,j,n,m,b,x[64];ucharxdata*ad_adr;for(;;){ad_adr=&IN0;TMOD=0x00;//定時(shí)器0工作方式1TH0=0x0EC;//付初值TL0=0x0F;TR0=0;//關(guān)定時(shí)器*/for(i=0;i<2;i++)//處理2通道{sum=0;for(j=0;j<64;j++)//采64個(gè)點(diǎn){ *ad_adr=1;//啟動(dòng)轉(zhuǎn)換while(ad_busy==0);//查詢(xún)等待轉(zhuǎn)換結(jié)束x[j]=*ad_adr;//存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果TR0=1;//開(kāi)定時(shí)器 while(!TF0); TF0=0; TR0=0;TH0=0x0EC; TL0=0x0F; } for(j=0;j<64;j++)//數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 { b=1;s=0;if(x[j]&1==1);//判斷x[j]最低位elsex[j]=~x[j];//給x[j]取反for(n=1;n<8;n++){ x[j]=x[j]>>1;//讓x2右移一位m=x[j]&1;//取x2最低位 b=b*2;s=s+(float)m/b;//電壓轉(zhuǎn)換}s=s*5;//乘以參考電壓 sum=sum+s*s;//有效值計(jì)算 } sum=sqrt(sum/64)+0.03;//有效值if(i==0) {sum=sum*220/3; if(sum>=242||sum<=198) {baojing();}//調(diào)用電壓報(bào)警子程序 xianshi0(sum);//調(diào)用電壓顯示子程序 }elsexianshi1(sum);//調(diào)用電流顯示子程序ad_adr++;//轉(zhuǎn)下一通道 }}}voidbaojing(void)//電壓報(bào)警子程序{intj,i;for(i=0;i<5000;i++){P3_0=0; for(j=0;j<50;j++); P3_0=1; for(j=0;j<50;j++); }}voidxianshi0(floats0)//電壓顯示子程序{unsignedinti,j;longm0;m0=100*s0;//擴(kuò)大100倍for(j=0;j<200;j++){i=m0%10;//取最低位P2=0x04;P1=display[i];//調(diào)用LED顯示庫(kù) qq();//調(diào)用延時(shí)子程序P1=0x0ff;i=m0%100/10;P2=0x08;P1=display[i];qq();P1=0x0ff;i=m0/100%10;P2=0x10; P1=0x07f; qq();P1=display[i]; qq();P1=0x0ff; i=m0/1000%10;P2=0x20;P1=display[i]; qq();P1=0xff; i=m0/10000;P2=0x40;P1=display[i]; qq();P1=0xff; P2=0x80;//顯示字符UP1=display[10]; qq();P1=0xff; }}voidxianshi1(floats1)//電流顯示子程序{unsignedintj,i;longm1;m1=100*s1;for(j=0;j<200;j++){ i=m1%10;P2=0x04;P1=display[i]; qq();P1=0x0ff;i=m1%100/10;P2=0x08;P1=display[i];qq();P1=0x0ff; i=m1/100%10;P2=0x10; P1=0x07f; qq();P1=display[i]; qq();P1=0x0ff; i=m1/1000%10;P2=0x20;P1=display[i]; qq();P1=0xff; i=m1/10000;P2=0x40;P1=display[i]; qq();P1=0xff; P2=0x80;//顯示字符IP1=display[11]; qq();P1=0xff; }}voidqq(void)//延時(shí)子程序{intj;for(j=0;j<50;j++);}3．1模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理1取樣與保持取樣是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化為時(shí)間離散的模擬量。取樣的過(guò)程如圖1所一個(gè)理想采樣器可以看成是一個(gè)載波為理想單位脈沖序列的幅值調(diào)制器，即理想采樣器的輸出信號(hào)，是連續(xù)輸入信號(hào)調(diào)制在載波上的結(jié)果，如圖6-6所示。采樣就是將時(shí)間連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間不連續(xù)的離散信號(hào)。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。模擬開(kāi)關(guān)每隔一定的時(shí)間間隔T(稱(chēng)為采樣周期）閉合一次，一個(gè)連續(xù)信號(hào)通過(guò)這個(gè)開(kāi)關(guān)，一系列脈沖信號(hào)，稱(chēng)為采樣信號(hào)。采樣過(guò)程如圖8-14所示