单片机监测电路硬件设计(电路图+框图+波形图)
监测电路硬件设计要以监测的参数要求为依据，寻求最简最优的设计方案，结合学生理论课程学习内容的特点，不必追求过高的性能指标，本着简单够用、能实现、懂得、易操作的原则，重点在于教给学生设计方法、操作过程。
本节首先介绍测量频率和功率因素所需的部分电路的设计，而后介绍单片机部分电路的设计，最后是该部分电路的连接方法
一、监测电路设计
经过训练项目1的介绍，监测电路测量电压和电流的条件已经满足，无非是后面接上采样保持器、A/D转换器、单片机、键盘、显示器而已。但是，其他诸参数如频率、功率因素、有功和无功功率等参数的测量还是无法进行。
要测量以上介绍的参数，毕业论文http://www.751com.cn仅有电压和电流转换电路还是不够的，如要测量功率因素，我们知道功率因素是取决于有功功率和视在功率的之间的大小关系的，视在功率由前面电压和电流电路测出数据直接做乘法，但有功功率却还无法得到，因此这条路行不通。
但是我们可以通过别的渠道先求出功率因素，然后根据视在功率和功率因素求出有功功率，也就很方便的求出无功功率来了。
频率参数也不能直接从电压和电流电路测出，那么，频率参数和功率因素怎么测出呢？
功率因素表面上看是有功功率和视在功率的比例关系，实际上就是电压和电流的相位差的余弦值，因此，只要测出电压和电流的相位差，就不难获得以上各个参数了。所以，这个问题变换到相位的测量领域里来了，而相位的测量还是离不开频率参数，而不管是频率还是相位都要先进行一个交流电周期时间的测量。
1．脉冲变换电路
从交流电取出脉冲的实现方法可以采用过零比较器，将交流电一个周期的信号取出来，具体的电路为如图S2-1(a)所示（测电压和测电流电路相同，只画出一个）,其相应的波形图如图S2-1(b) 所示。
当交流电输入信号为正半周时，由于从反向端输入，则输出为负，这里由于连接有稳压二极管，应该处于正向导通状态，所以输出电压为-0.7V，接近0，属于数字信号的低电平范畴。
当交流电输入信号为负半周时，也从反向端输入，则输出为正，稳压二极管处于反向击穿状态，所以输出电压为稳压管击穿值，若取5.1V的稳压管，则输出电压为+5.1V，接近5V，属于数字信号的高电平范畴。
该输出信号用于后续电路作为脉冲信号。
图中，2个输入端电阻器选择10K，输出电阻器选择1.2K，稳压管选择5.1V,两个二极管选4148，其作用是防止较高的交流信号电压损坏运算放大器输入端，即保护作用，使得运算放大器输入端正、负均不超过0.7V，运算放大器选取OP07。
2．频率测量接口电路设计
该测量频率值被限制在了50Hz左右，约48Hz~52 Hz的范围之内（实际上，现代发电厂提供各种电参数控制能力已经相当强大，频率参数能保证在50 +/-0.5Hz，与20世纪不在同一个水平上），因此，给电路设计带来了极大的方便。由于频率范围比较窄，可以采用单片机中两个简单的中断接口直接连接在图S2-1的过零比较器电路图的输出端。如果我们采用MCS-51系列单片机的话，其硬件联结电路如图S2-2所示。
以第一路检测电压的频率为例本文来自辣/文-论/文|网原文请找QQ,752018766，当比较器输出从高电平到低电平转换时，送到单片机的INT0引脚上，使单片机引起一次中断事件，在该中断事件中，启动定时器，到下一次中断再次到来时，关闭定时器，该定时时间对应一个交流信号的周期，取反便得到其交流信号的频率参数。
实际上，如果仅仅测频，则只需要一路输入就可以了，因为电流频率和电压频率是相同的。但是，根据题目要求，我们不仅要测频，更重要的是还要测量相位，测相位的目的又是为了能得到功率因素参数，有了功率因素参数便很容易得到有功功率和无功功率了。因此，需要将电流和电压两路的变换信号都要分别连接至单片机中断接口。测相的思路为：首先，电压回路引起一个下降沿，引起INT0中断，启动定时器，当等到电流回路又引起一个下降沿时，停止定时器，取出定时器的值，即为两信号的时间差，只要除以上述已经求出的周期再乘以360，即为其相位差。与功率因素相关联。
3．电压和电流测量的接口电路设计
本着简单的原则出发，我们采用工作台上成品AD转换器电路MC14433来设计，该AD转换器能实现3又1/2位的模拟量到数字量的转换，即显示的值为从0000~1999。
MC14433为单路的AD转换器，采用工作台上的CD4067来进行分路测量，CD4067共可分配16路输入，我们只用两路，其由A、B、C、D四个端子通往单片机选择路数，单片机只用一根线如P3.7接到A便可选择两路，即第0路和第1路。其余B、C、D接地。单片机发往A的值分别为0和1，对应着电压测量和电流测量。其显示装置仍采用原工作台上的显示器。但是其转换数据要接到单片机中，因为计算电路的功率要用到显示的电压和电流值。
MC14433的DS3、DS2、DS1和DS0分别为显示千、百、十和个位数时的选通信号，D8、D4、D2和D1分别为输出相应选通位时的8421-BCD码，最大为9，最小为0，其中在显示到千位数时只有个位有效，为1或0，我们把这八个端子联到单片机的数据口，就可检测出其A/D转换的结果。另外，MC14433的EOC端为一次转换结束信号，由它传送给单片机指示出一次A/D转换结束，使单片机的程序转向读取A/D转换结果。图S2-3 单片机与A/D转换接口电路1389