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1、测控电路课程设计报告- 工频有效值测量电路 工频有效值测量电路 1、设计思路 将待测交流电压0-500V、交流电流均通过变压器及相关电路转换为0-5V的交流电压，对此信号按照奶奎斯特抽样定理进行采样，经过A/D转化器ADC0809转化就可以得到数字量，测量后的数据经过微处理器8088进行相应的计算就可以得到要测量的量，再按比例进行相应的扩大就可以计算出实际的交流电压有效值、交流电流有效值、有功功率、无功功率的数值。 2、设计方案采样及计算方案设计 输入的交流信号经过A/D采样后，在一个周期内等间隔采样N个点，根据交流电压有效值、交流电流有效值、有功功率、无功功率的计算公式可以推出采用积分的计算
2、公式，计算公式如下： 1、交流电压有效值计算公式：U=?n?1 NNu2(n)N 2、交流电流有效值计算公式：I= N?in?12(n) N 3、有功功率计算公式：P=?u(n)i(n)n?1 N 4、无功功率计算公式：Q=2I2?P2 其中u(n)表示采样的电压值，i(n)表示采样的电流值，U表示交流电压的有效值，I表示交流电流的有效值，P表示有功功率，Q表示无功功率。 1设计原理框图 图1 系统原理框图 2 3、电路设计单元 3.1 电压信号与电流信号转化为0-5V电路图 图2 初始信号处理电路 3.2 8088微处理器 8088是一个Intel以8086为基础的微处理器，拥有16位寄存器
3、和8位外部数据总线及20位地址总线，引脚如下图所示： 图3 8088引脚图 主要功能引脚 IO/M：输入输出/存储器控制信号，三态。用来区分当前操作时访问存储 3 器还是访问I/O端口。若此引脚输出为低电平，则访问存储器；若输出为高电平，则访问I/O端口。 WR：写信号输出，三态。此引脚输出为低电平，表示CPU正在对存储器或I/O端口进行写操作。 DT/R：数据传送方向控制信号，三态。用于确定数据传送的方向。高电平时，CPU向存储器或I/O端口发送数据；低电平时，CPU从存储器或I/O接口接收数据。此信号用于控制总线收发器8286/8287的传送方向。 DEN：数据允许信号，三态。该信号有效时
4、，表示数据总线上具有有效数据。它在每次访问内存或I/O接口以及在中断响应期间有效。常用作数据总线驱动器的片选信号。 ALE：地址锁存信号，三态输出。高电平有效。当它为高电平时，表明CPU地址线上有有效地址。因此，他常作为锁存控制信号将A0 A19 锁存到地址锁存 器。 RD：读选通线号，三态输出。低电平有效。当其有效时，表示CPU正在对锁存器或I/O接口进行读操作。 3.3 8255控制电路 8255是一个可编程并行接口芯片，引脚如下图所示： 图4 8255控制电路 8255 的主要引脚功能 CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行
5、数据传输；CS=1时,8255无法与CPU进 4 行数据传输。 RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即RD=0且CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU能从8255读取信息或数据。 WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即WR=0且CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。 A0、A1:地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。 3.4 ADC0809的A/D转化电路图 ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只
6、选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。引脚如下图所示： 图5 A/D转化电路图 3.4.1 主要引脚功能 ALE：通道地址锁存信号，用来锁存ADDAADDC端的地址输入，上升沿有效。 START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 3.4.2 ADC0809的工作过程 5 首先由CPU发出3位通道地址信号ADD
7、A、ADDB、ADDC，在通道地址信号有效期间，使ALE引脚上产生一个由低到高的电平变化，即脉冲上跳沿，它将输入的3位通道地址锁存到内部地址锁存器。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器，START上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行，直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上，转换后得到的数据传送给8088进行处理。 3.5 8282锁存电路图 8282有8位信号输入管脚DI7DI0和8位三态信号输出管脚D
8、O7DO0； OE 为输出允许信号，低电平有效；STB是锁存信号。下降沿有效。引脚如下图所示： 图6 8282锁存电路图 3.6 8284时钟电路图 时钟发生器8284是为8086/8088设计的时钟发生器/驱动器。在8284中，除具有时钟信号产生电路外，还有RESET复位信号和READY准备就绪信号同步控制电路。这些电路分别向8086/8088系统提供时钟信号CLK，以及被CLK同步的复位信号RESET和准备就绪信号READY。引脚如下图所示： 图7 8284时钟电路图 3.7 6264存储电路图 6 3.7.1 6264芯片是一个8K?8bit的CMOS SRAM芯片，引脚如下图所示： 图
9、8 6264存储电路图主要引脚功能 OE：读出允许信号，输入，低电平有效。 WE：写允许信号，输入，低电平有效。 CS1：片选信号1，输入，在读/写方式时为低电平。 CS2：片选信号2，输入，在读/写方式时为高电平。 3.8 2764存储电路图 2764芯片是一个8K?8bit的EPROM芯片，引脚如下图所示： 图9 2764存储电路图 2764的主要引脚的功能 OE：输出允许信号。低电平有效。当OE?0时，芯片中的数据可由D0D7端输出。 CE：选片信号。低电平有效。当CE?0时表示选中此芯片。 7 PGM:编程脉冲输入端。对EPROM编程时，在该端加上编程脉冲。读操作时PGM?1。 3.9
10、 8286双向数据传输电路图 8286具有两组对称的数据引线A7A0和B7B0， 为双向的输入输出线，三态。OE是输出允许信号，输入，低电平有效。当OE为高电平时，A7A0和B7B0输出高阻。T端则控制数据传送方向，T=1， 表示数据从A流向B，T=0， 表示数据从B流向A。 因此，只需将8088的数据线连接8286的A组端口， 8088的数据使能DEN连接8286的OE端， 8088的数据发送接收控制DT/R连接8286的数据传送方向控制端T，便实现了8088和数据的接收或发送。引脚如下图所示： 图10 8286双向数据传输电路图 3.10 LED数码管 3.10.1 LED数码管是由多个发
11、光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。该课程设计采用的是共阴的LED数码管。共阴极LED数码管的内部结构原理如下图： 图11 共阴极LED数码管的内部结构电路图 8显示数字对应的二进制电平信号如下表： 表1 显示数字对应的二进制电平信号表 3.10.3 LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们
12、要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。该课程设计采用了动态显示驱动。数码管动态显示介面是应用中最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线，当输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于8255并行接口对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数
13、码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 9电压信号与电流信号的采样及处理电路图 图12 采样及数据处理电路图 4、电路工作原理及参数计算 由于电压信号要转化为0-5V的电压信号，则该变压器的参数为50:1，通过电压跟随器再处理降压后的信号，因此选取R1?R2?5.1K,电流信号要转化为0-5V的电压信号，则该变压器的参数为200:1，可以取 通过计算可知采用8位的A/D转化即。 可瞒住精度的要求，因此该设计中采用8位的A/D转化芯片。 10 5、整体电路图 图13 整体电路图 11 6、小结 这种方法比较直接，编写程序时的算法简单，而且能很好的满足精度的要求， 误差在允许的范围之内。 图14 程序流程图 12