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。
+ `$ u6 [# H! R0 X1 S4 A在低压电力系统中实现自动化的过程．电力系统
5 Z* t8 F+ d, q' }4 ?的参数普遍采用直流采样，直流采样是把交流电压、
6 ~: r8 f# n) P6 I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
, ?) b$ B6 g0 d3 L# o集．交流采样是将二次测得的电压、电流经高精度的
CT、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
' T6 M7 a0 }9 J; g& d; h+ Y时性好。
7 v% A9 B6 |4 o) p
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。
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
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。
. D0 M1 O/ ~0 [+ W( E
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。
7 ]1 s7 A' M$ e" Z+ p& J% D! p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)，
' D! h) p5 o- z, s( c1 X& V1 [5 t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
! U+ {* E  A5 F6 C" c; Y+ K& b的比较信号频率低时，输出为逻辑”0”；反之则输出

7 S+ L# C8 o8 U9 @, y2 S7 J) z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
- E. q+ v9 X/ c+ Y! ~+ O) i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
/ l- Q# k4 P) J: g+ z% `" T0 U) \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
的频率和相位均相同时,相位比较器I的输出为高阻
# Z3 |* _/ F! L- H3 U态,则1脚输出高电平。
: b, l/ q9 \# j, ^3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、
% b8 e1 D  S  h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
8 L& }6 A$ z8 D  m7 p' p9 r* k人输出设置、中断设置等。下面给出了主程序流程图、
2 q& S2 B& q1 A8 o3 X中断服务程序流程图。
: F/ {/ C9 s  g" E, r

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锁相环CD4046可以实现相位角的采样

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