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
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
精度受到整流电路的影响且无法实现实时信号的采
集．交流采样是将二次测得的电压、电流经高精度的
! m0 ]8 F, @7 F& I  |  aCT、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
时性好。
0 u0 ]% M! A2 ~% V9 M  t
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
" w& F7 {8 N# |% j4 |& N+ b器、打印机组成。
数据采集将大信号的三相电流使用电流互感器
2 U1 X  s  f& G3 x/ k2 s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
# v. ^0 o: f/ Q" s7 g$ C3 {7 c器和电流互感器的交流信号经限幅电路后选通多路
模拟开关送到A／D转换器转换成数字量后，送入8051
/ o' T' {' ^1 A+ u" \单片机进行处理。

相位角的采样使用了锁相环CD4046．交流电压、
6 P% |2 M8 f- _7 i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。
/ [$ n9 o# H) U比较器I采用异或门结构，当两个输人端信号ui、uo
: k& D7 H. d; L4 c/ M. d9 u的电平状态相同时(即一个高电平，一个为低电平)，
- v; f- c( q8 n9 ^( X( U输出端信号u皿为高电平：反之，ui、uo电平状态相同
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
5 m) n3 z3 W/ }脉冲,当相位超前时则输出为负脉冲。在这两种情况
下,1脚都有与上述正、负脉冲宽度相同的负脉冲产
! ^- g9 t7 E1 _6 U4 Y8 S生。相位比较器II输出的正、负脉冲的宽度均等于两
个输人脉冲上升沿之间的相位差。而当两个输人脉冲
( t5 A/ E) B+ h1 J' e3 g( I! l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。
7 h, Z: h; N) t. g/ e7 t7 E3系统软件设计
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
$ j, N/ d% `4 c* F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、
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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