8051单片机基于交流采样的设计与实现

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摘要：本文舟绍了以单片机为基础的交流电压、电流直接采样的设计与实现并用锁相环CD4046来实现相位角的采样。
在低压电力系统中实现自动化的过程．电力系统
, ]! I8 s$ r9 n. {. @3 ]的参数普遍采用直流采样，直流采样是把交流电压、
电流信号经过整流后进行采样测量．此采样只需作一
次比例变换即可得到被测量的数值．但直流采样测量
7 r. i1 q/ C- e$ H+ h精度受到整流电路的影响且无法实现实时信号的采
4 B+ b9 L. W0 G, f+ A2 a集．交流采样是将二次测得的电压、电流经高精度的
$ b/ W2 z& l3 ?& \" kCT、PT变成交流小信号。再进行微机处理。这种交流
采样是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，实
5 }4 O. S$ W, p1 W- A- p" y时性好。

5 ~3 F  q5 _) E+ J3 _由电源、8051单片机、程序存储器(EPROM2764)、数据
存储器(6264)、键盘显示控制电路(8279)、键盘、显示
器、打印机组成。
1 ?. W  U2 [6 M( o数据采集将大信号的三相电流使用电流互感器
得到交流小信号，三相电压用电压互感器得到小信号
电压，为保证有功功率、无功功率和电量的精度．选用
一致性好，相位误差小的精密互感器。取白电压互感
器和电流互感器的交流信号经限幅电路后选通多路
( d2 I( `9 q  w8 e模拟开关送到A／D转换器转换成数字量后，送入8051
单片机进行处理。
/ f. `! R# [+ D) a
* f& z2 S* M- p$ L& h) R相位角的采样使用了锁相环CD4046．交流电压、
电流信号送至电压比较器LM339，由LM339的输出送
至CD4046。CD4046主要由相位比较器I、Ⅱ、压控振
荡器VCO、线性放大器、源跟随器、整形电路等构成。
比较器I采用异或门结构，当两个输人端信号ui、uo
的电平状态相同时(即一个高电平，一个为低电平)，
输出端信号u皿为高电平：反之，ui、uo电平状态相同
2 y5 I( _3 X! E6 p时(即两个均为高，或均为低电平)，u屯输出为低电
平。对相位比较器Ⅱ而言，当14脚的输入信号比3脚
的比较信号频率低时，输出为逻辑”0”；反之则输出

辑"1"。如果两信号的频率相同而相位不同，当输人信
号的相位滞后于比较信号时,相位比较器I输出为正
脉冲,当相位超前时则输出为负脉冲。在这两种情况
0 [$ m" Z. e( }下,1脚都有与上述正、负脉冲宽度相同的负脉冲产
: Y/ E3 ^" D/ A* f5 L" Q4 {生。相位比较器II输出的正、负脉冲的宽度均等于两
3 }- w' }' V  U! w: g  c个输人脉冲上升沿之间的相位差。而当两个输人脉冲
% U$ }& \: p2 U. O  ~9 g' ~; r. T的频率和相位均相同时,相位比较器I的输出为高阻
态,则1脚输出高电平。
3系统软件设计
) e% L& d& d  V* k% r本系统主要采用模块化的设计方法，有主程序、
数据采集处理子程序、显示程序、打印程序等。主程序
主要完成系统初始化，系统初始化包括CPU各端口输
人输出设置、中断设置等。下面给出了主程序流程图、
) s. W- u( t7 F. [: A中断服务程序流程图。

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锁相环CD4046可以实现相位角的采样

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