AT89C52单片机数字化功率测量仪的设计+程序+PCB电路图(2)

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现在国内使用的具备电能质量分析的数字仪表大部分都是从国外进口的。由于国外设备存在价格昂贵、维修不便等原因，所以国内市场对国产高精度、多功能数字仪表的需求十分迫切。本课题的研究工作就是在此背景下展开的。基于单片机的数字功率表可用于交流电压和交流电流有效值的准确测量及功率的测量。采用 LCD 液晶显示，读数直观、准确，具有广阔的市场和发展前景。

1.2 功率测量仪的发展现状

随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，采用微处理器来设计数字仪表已经成为一种必然趋势，这不但能解决很多传统仪表不能解决或不易解决的难题，如：数字化显示、数据处理等，而且能简化电路、提高仪表的可靠性、降低仪表成本以及加快新产品的开发速度。现在大部分单片机都集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、甚至A/D转换器等，它们是仪器仪表行业目前使用得最多的处理核心器件。仪器仪表结构由于单片机的出现发生了根本性的变革，单片机取代传统仪器仪表的常规电子线路，可以很容易的将计算机技术和测量控制技术结合在一起，设计出新一代的仪表。对于这类仪表的设计，重点已经从模拟和逻辑电路的设计转向专用单片机模板或功能部件、接口电路以及输入/输出通道的设计、通用或专用软件的设计。目前，这类仪表已经具备了四则运算、逻辑判断、命令识别、自诊断自校正、甚至自适应和自学习功能。在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器来设计的。

二十世纪八十年代以来，随着数字计算机和集成电路技术的迅猛发展，数字式仪表的发展出现了根本性的变革，产生了真正意义上的数字化检测，即采用微型计算机作为测量系统的主体和核心，通过对电气信号的采样并利用数字信号处理技术对采样数据进行处理，获得所关心的电气信号的信息。这种检测方式的变革使数字式仪表充分利用微型计算机的存储、数学运算、逻辑判断能力，以及信号处理技术对信号强有力的分析和处理能力，不但解决了传统电气检测方式不能自动进行信号分析和处理的缺陷，更能实现传统方式无法实现的各种复杂测量，使数字式仪表的测量内容更广，测量精度和速度更优。

1.3 本文所做的主要工作

本文介绍了一种功率的数字测量方案。首先，利用互感器采集到电压和电流的信号，通过转换将交流电压变换成直流电压，然后送入单片机中，最后显示出功率的大小。并且，运用proteus仿真，确定了系统中单片机测量功率的功能是能够实现的。最后进行了测量对象的验证，证明了这种方案是可行的。

2 设计原理及总体电路设计

2.1 设计原理

图2-1系统设计总框图

系统设计总框图如上图2-1所示，首先利用互感器分别对电压和电流进行采样，进行降压处理后由CD4051模拟开关控制输出，AD736芯片将交流电流和电压信号变为对应直流信号。通过放大电路的信号放大，最后输出给单片机。单片机先进行一次A/D转换，然后输出对应的电压电流以及功率数值，最后是由液晶屏显示出来。来!自~751论-文|网www.751com.cn

2.2 主电路设计

本设计主要通过对电流电压的采样得到元器件两端的电流和电压以及一系列的转换与运算，来实现对器件的功率的数字测量。电流的采样实际上是通过测量器件二端的电压，这里需要明确一点是电流无法直接送到模数转换器中进行数字化处理，必须将电流转换成电压才能够进行数字化处理。但是本设计由于测量的是交流电。而单片机是不能直接处理交流电的。所以，在这个方案中最需要注意的是交流与直流的转换。因此，我选择了使用AD736芯片。这款芯片是比较典型的AC/DC转换器芯片。同时本方案测量的是瞬时功率，即视在功率。单片机是无法处理非电信号的，因此A/D转换，是一个必须解决的问题。而这个问题，可以通过单片机的型号来解决。因为有些单片机的芯片本身就带有A/D转换功能。最后是显示功率数值，LCD的液晶屏显示，目前已经比较普及。因此，我也采用液晶显示的方法来一目了然地显示数值