船用發(fā)電機繼電保護試驗裝置設(shè)計-中稿不帶英文目錄.doc

I 摘要 船舶電站是船舶重要組成部分 船用發(fā)電機的繼電保護裝置是船舶電力系 統(tǒng)安全供電的重要保證 本設(shè)計首先簡要介紹了船用發(fā)電機的不正常運行和故障及其相應(yīng)的繼電保 護 針對船用發(fā)電機繼電保護裝置的重要性提出了設(shè)計本試驗裝置的必要性 接下來從概括到具體 從總體結(jié)構(gòu)設(shè)計到具體功能實現(xiàn) 介紹了船用發(fā)電機繼 電保護試驗裝置的組成部分以及相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)計 本設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)主要由 6 部分組成 分別為主控芯片選擇 模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊設(shè)計 頻率和功率因數(shù)測量模塊設(shè)計 開關(guān)量輸入和輸出模塊設(shè)計 通信模 塊設(shè)計和電源模塊設(shè)計 系統(tǒng)采用 AT89S51 為主控芯片 通過主控芯片與各 部分硬件的連接及軟件的編程 與各部分共同完成設(shè)計所需要完成的工作 關(guān)鍵詞 繼電保護 狀態(tài)監(jiān)控 AT89S51 數(shù)據(jù)采集 II Abstract Power station is an important composition of a ship Ship motor relay protection equipment is an importance guarantee for safe power supply of ship power system Firstly the thesis discusses the abnormality and failure of ship motor and relevant relay protection equipment Because of the importance of ship motor relay protection equipment it s necessary to inquire into the ship motor relay protection experiment equipment Secondly not only in summary but also in brief we introduce the constitution and design of hardware and software of the ship motor relay protection experimental equipment The introduction includes both collectivity design and idiographic realization The design of hardware structure consists mainly of six parts respectively for controlling chip selection modulus conversion module design frequency and power factor measurement module design switch input and output module design communication module design and power supply module design System select AT89S51 for controlling chip through the main controlling chip and each part of the hardware and the software programming and connecting with the parts together complete design needs Key words transmission lines condition monitoring AT89S51 data acquisition 目錄 III 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1 1 設(shè)計的背景及意義 1 1 2 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 2 1 3 本設(shè)計的主要工作 2 第 2 章 不正常運行狀態(tài)和故障分析 3 2 1 船舶同步發(fā)電機的過載保護 3 2 2 船舶同步發(fā)電機外部短路保護 4 2 3 船舶同步發(fā)電機的欠壓保護 4 2 4 船舶同步發(fā)電機的逆功率保護 5 第 3 章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計 7 3 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 7 3 1 1 系統(tǒng)設(shè)計要求及總體結(jié)構(gòu)框圖 7 3 1 2 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 9 3 2 主控芯片及接口電路設(shè)計 10 3 2 1 主控芯片的選擇 10 3 2 2 譯碼電路 13 3 2 3 看門狗電路 14 3 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 15 3 3 1 微型交流電量隔離傳感器 15 3 3 2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要性能 17 3 3 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 18 3 3 4 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的工作原理 20 3 4 頻率和功率因數(shù)測量模塊設(shè)計 20 3 4 1 波形變換單元 20 3 4 2 8253 芯片簡介 21 3 4 3 頻率和功率因數(shù)測量模塊 22 IV 3 5 開關(guān)量輸入和輸出模塊設(shè)計 23 3 5 1 開關(guān)量輸入模塊的原理和構(gòu)成 23 3 5 2 開關(guān)量輸出模塊的原理和構(gòu)成 25 3 5 3 繼電器電路設(shè)計 26 3 6 系統(tǒng)供電模塊設(shè)計 27 3 7 串行通信模塊設(shè)計 28 3 7 1 串行通信的介紹 28 3 7 2 本設(shè)計的串行通信電路 29 第 4 章 船用發(fā)電機繼電保護系統(tǒng)軟件設(shè)計 31 4 1 系統(tǒng)整體軟件流程 31 4 2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊軟件設(shè)計 32 4 3 頻率和功率因數(shù)測量模塊軟件設(shè)計 36 4 4 開關(guān)量輸入輸出模塊軟件設(shè)計 36 4 5 串行通信軟件設(shè)計 37 第 5 章 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 40 5 1 系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計 40 5 2 系統(tǒng)的軟件抗干擾設(shè)計 41 第 6 章 仿真實驗 44 6 1 單片機最小系統(tǒng)仿真 44 6 2 系統(tǒng)電源模塊仿真 45 結(jié)論 47 致謝 48 參考文獻 49 附錄 50 1 第 1 章 緒論 1 1 設(shè)計的背景及意義 船舶電站是船舶的重要組成部分 電站運行安全可靠和電站供電電能的高 質(zhì)量是船舶安全 經(jīng)濟航行的重要保證 隨著船舶向大型化和自動化方向的發(fā) 展 對船舶電站提出的要求也越來越高 船舶電站在近二十年來有了很大的發(fā) 展 其發(fā)展的突出標(biāo)志便是自動化和智能化 船舶電力系統(tǒng)在運行中 可能出現(xiàn)各種不正常運行和故障情況 其中不正 常運行情況主要有過載 欠壓 欠頻 過頻 逆功以及三相三線制中性點絕緣 系統(tǒng)發(fā)生單相接地等 上述情況發(fā)生后 往往會引起嚴重后果 嚴重的短路故 障若不及時切除 有可能使并聯(lián)運行的發(fā)電機失步 破壞并聯(lián)運行穩(wěn)定性 使 電站解列 擴大成為系統(tǒng)性事故 以致使整個電力系統(tǒng)失電 影響船舶安全運 行 本設(shè)計針對主開關(guān)繼電保護裝置的重要性和復(fù)雜性以及目前船舶人員管理 能力的不理想 我們提出對船用發(fā)電機繼電保護試驗裝置的設(shè)計 計劃當(dāng)試驗 裝置投入使用后 學(xué)生不僅可以對主開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行認識實習(xí) 而且可以通 過機旁和遙控兩種方式進行主開關(guān)的三項模擬實驗 在實驗過程中通過試驗裝 置自帶的機械儀表 指示燈或者通過上位機控制界面對實驗現(xiàn)象進行形象而直 觀的觀察 船用發(fā)電機試驗裝置的投入使用將使學(xué)生在實驗過程中將理論知識 和實際操作有機結(jié)合 從而邁出實驗教學(xué)改革的一大步 此外 由于主開關(guān)繼 電保護裝置是保證船舶電力系統(tǒng)正常工作的重中之重 在船舶維護過程中 船 舶運營商往往需要投入較大的人力和財力對船舶電站進行檢修 對繼電保護裝 置動作的可靠性進行測試 從設(shè)計的長遠規(guī)劃來看 該試驗裝置將成為微機化 船舶發(fā)電機繼電保護測試裝置的一個有力探索 功能完善的微機化船舶發(fā)電機 繼電保護測試裝置將會大大提高船舶繼電保護測試水平和工作效率 并有效的 減少人為誤差 對防止繼電保護及安全自動裝置的不正確動作 提高船舶電站 安全水平有著積極的現(xiàn)實意義 2 1 2 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 根據(jù)國際海事組織 STCW78 95 公約和我國海事局關(guān)于遠洋運輸船舶在 2002 年開始不再配備電機員的決定 管理模式從原來的機艙輪機管理模式擴 展為機電合一的管理模式 老式的船用發(fā)電機繼電保護裝置是萬能式空氣斷路器 它不僅價格昂貴 而且壽命有限 更不能適應(yīng) STC278 95 公約中提出的對輪機員的培養(yǎng)要求 綜上所述 老式的船用發(fā)電機繼電保護裝置已經(jīng)相對落后 隨著計算機的 不斷發(fā)展 船用繼電保護裝置也應(yīng)步入自動化和智能化 1 3 本設(shè)計的主要工作 本設(shè)計是一種經(jīng)濟 切實有效的綜合監(jiān)測控制系統(tǒng) 主要做了電壓 電流 頻率 功率因數(shù)和開關(guān)量這幾個方面的工作 主要工作如下 1 分析船用發(fā)電機各項關(guān)鍵參數(shù) 提出選取三相電壓 三相電流 功率 頻率 功率因數(shù)作為監(jiān)控對象 實現(xiàn)船用發(fā)電機運行狀態(tài)的監(jiān)測 2 對裝置硬件整體方案進行設(shè)計和研究 包括主控芯片的選擇 數(shù)據(jù)采 集處理單元以及開關(guān)量輸入模塊等部分的設(shè)計 3 對裝置軟件部分進行設(shè)計 4 對上位機監(jiān)控軟件進行設(shè)計 5 分析裝置可能受干擾的情況 從硬件 軟件設(shè)計上提出一些抗干擾措 施 3 第 2 章 不正常運行狀態(tài)和故障分析 發(fā)電機是現(xiàn)代船舶中的重要電源設(shè)備之一 所以保護發(fā)電機不損壞是船舶 安全航行的重要保證之一 針對船舶發(fā)電機各種常見的不正常運行狀況和故障 必須裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護裝置 船舶同步發(fā)電機的不正常運行情況主要有 l 負荷超過發(fā)電機的額定值而 形成的過載 2 外部短路 非同期合閘以及系統(tǒng)振蕩等而引起的過電流 3 發(fā)電機電壓及頻率低于或高于其額定值而形成的欠壓或過壓及欠頻或過頻 4 在 并聯(lián)運行時可能產(chǎn)生的逆功率狀態(tài) 根據(jù) 鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范 規(guī)定 對船舶低壓同步發(fā)電機 只針對 其不正常運行情況 主要設(shè)有如下繼電保護 過載保護 外部短路的過電流保 護 欠壓保護 逆功率保護 船舶上針對這幾種不正常運行狀態(tài)設(shè)定了如下繼電保護措施 2 1 船舶同步發(fā)電機的過載保護 當(dāng)船舶電站在運行中發(fā)電機的容量不能滿足負載增長的需要時 或應(yīng)幾臺 發(fā)電機并聯(lián)運行而未做并聯(lián)運行時 都有可能造成發(fā)電機的過載現(xiàn)象 對船舶發(fā)電機過載保護裝置的起動電流和動作時限 可做如下整定 qd It 2 1 Nkfh IKI 2 2 fh fh qd K I I 2 3 N fh k qd I K K I 其中 為返回電流 為可靠系數(shù) 對于船舶發(fā)電機過載保護 fh I k K 1 1 2 0 8 0 9 于是 船舶發(fā)電機過載保護裝置的起動電流可整定 k K fh K 為 2 4 fhfhqd III 5 1 1 1 9 0 8 0 2 1 1 船舶發(fā)電機過載保護裝置動作時限的整定 主要考慮躲開大電動機或幾臺 4 較大電動機同時起動的時間 一般電動機起動時間為 5s 10s 所以過載保護 的動作時限可整定在 10s 20s 對無分級自動卸載裝置的發(fā)電機過載保護 我國一般規(guī)定 其起動電流值 可整定在其額定電流值的 125 135 延時 15s 20s 過載保護裝置動作 使發(fā)電機自動跳閘 本文所講述的船用發(fā)電機繼電保護試驗裝置在進行過載實 驗時 起動電流值和動作時限的設(shè)定即是參照這種規(guī)定 2 2 船舶同步發(fā)電機外部短路保護 船舶同步發(fā)電機發(fā)生外部短路時 發(fā)電機定子繞組中將產(chǎn)生極大的短路電 流 電網(wǎng)電壓急劇下降 會使電動機停轉(zhuǎn) 甚至發(fā)電機全部斷開 導(dǎo)致全船停 電 外部短路故障造成的后果是非常嚴重的 為了限制短路故障的破壞作用 在技術(shù)措施方面必須裝設(shè)繼電保護裝 置 以便在故障發(fā)生后 能自動切除故障部分 保護設(shè)備 防止事故擴大 保證非故障部分得以正常的運行 處理發(fā)電機外部短路 原則上既要保護發(fā)電機 義要保證不中斷供電 因此 要著重兼顧到保護的選擇性和快速性問題 視短路點遠近而分別處 理 實現(xiàn)保護選擇性有兩個基本原則 時間原則和過電流原則 時間原則是指 以保護裝置動作時限不同 來保證選擇性 在一個系統(tǒng)中 常常采用時間和電流原則混合的方法 來滿足保護選擇性 和快速性的要求 一般在船舶發(fā)電機的短路保護裝置中 都設(shè)有兩套過電流保 護裝置 第一套為帶時限的外部過電流保護裝置 又叫短路短延時保護裝置 第二套為不帶時限的電流速斷保護裝置 又叫短路瞬時動作保護裝置 對于船 舶發(fā)電機外部短路保護 我國 鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范 作了規(guī)定 對于船 舶發(fā)電機外部短路保護一般應(yīng)設(shè)有短路短延時和短路瞬時動作保護 短路短延 時保護的起動電流整定為 3 5 倍的發(fā)電機額定電流 動作時限整定為 0 2s 0 6s 作用于發(fā)電機跳閘 短路瞬時保護的起動電流整定為 5 10 倍的發(fā) 電機額定電流 瞬時動作于發(fā)電機跳閘 5 2 3 船舶同步發(fā)電機的欠壓保護 當(dāng)調(diào)壓器失靈或由于發(fā)電機外部發(fā)生持續(xù)性短路故障等原因時 都將出現(xiàn) 發(fā)電機電壓下降的現(xiàn)象 發(fā)電機在欠壓情況下運行將引起電機的電流增加 電動機轉(zhuǎn)矩下降 發(fā)電 機過熱 絕緣損壞 這對發(fā)電機本身和異步電動機的運行等都是很不利的 發(fā)電機欠壓保護的任務(wù)是當(dāng)發(fā)電機在低電壓時 保證發(fā)電機合不上閘或從 電網(wǎng)上自動斷開 船舶發(fā)電機欠壓保護的整定電壓 應(yīng)躲開最低可能的工作電壓進行整 2 5 fhk g qd KK U U min 式中 起動電壓整定值 qd U 最低工作電壓 ming U 可靠系數(shù) k K 返回系數(shù) fh K 在進行帶時限欠壓保護起動電壓整定時 可取 Ng UU min 1 1 1 3 1 1 1 2 于是帶時限欠壓保護起動電壓值可整定為 k K fh K 2 6 N N dq U U U 80 70 2 1 1 1 3 1 1 1 由于具有良好性能快速動作的調(diào)壓器在 1 5s 之內(nèi)可把暫時性的電壓下降 回復(fù)到接近額定電壓值的 3 之內(nèi) 故欠壓保護動作時限的整定值 t 應(yīng)大于 1 5s 以躲開暫時性電壓下降時間 一般取欠壓保護的整定時限為 t 1 5 3 s 對于船舶發(fā)電機欠壓保護 我國 鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范 作了規(guī)定 對帶時限的發(fā)電機欠壓保護 整定在當(dāng)發(fā)電機電壓低于其額定電壓的 70 80 時 延時 1 5 3 s 動作于跳閘 對于不帶時限的發(fā)電機欠壓保護 整定在當(dāng) 發(fā)電機電壓低于其額定電壓的 40 75 時 瞬時動作于跳閘 6 2 4 船舶同步發(fā)電機的逆功率保護 同步發(fā)電機的逆功率運行 是指該同步發(fā)電機不是發(fā)出有功功率 而是從 電網(wǎng)中吸收有功功率 出現(xiàn)這種情況時 要求將處于電動機運行狀態(tài)的發(fā)電機 切除 因為發(fā)電機過載保護時具有時限的 所以逆功率保護也并不要求立即跳閘 即也可以有一定的時限 從避開并車時可能出現(xiàn)的短時逆功率沖擊來要求 逆 功率保護也應(yīng)具有一定的時限 發(fā)電機過載保護一般整定在額定值的 125 135 延時 15s 20s 跳閘 非同步并車出現(xiàn)的功率沖擊一般在 1s 逆功率保護的起動功率一般整定在發(fā)電機額定功率的 15 左右 延時時 間一般整定在 1s 10s 7 第 3 章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計 3 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 3 1 1 系統(tǒng)設(shè)計要求及總體結(jié)構(gòu)框圖 1 設(shè)計要求 1 系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能 該裝置通過串口通信方式遙測三相電壓 三相電流 功率 頻率和實驗屏 上 10 盞狀態(tài)指示燈的亮滅狀態(tài) 通過串口通信方式對船用發(fā)電機繼電保護實 驗柜進行遠程控制 船用發(fā)電機繼電保護試驗裝置一方面秉承了船用發(fā)電機繼 電保護實驗柜的特點 另一方面 船用發(fā)電機繼電保護裝置應(yīng)用單片機技術(shù) 通信技術(shù)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言開發(fā)了界面友好 功能強大的人機對話界 面 從而在原有裝置的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了上位機對試驗狀態(tài)的遙測功能和上位機對 原有試驗裝置的遙控功能 用戶可以便捷的進行船用發(fā)電機繼電保護實驗 并 且直觀地對實驗現(xiàn)象進行觀察 2 對系統(tǒng)成本的要求 本設(shè)計盡量使用成熟的 通用的技術(shù)實現(xiàn)功能 盡量采用常用的 市面價 格不是很昂貴的硬件 真正做到達到裝置各項要求的同時 降低軟硬件投入及 人力成本 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)由繼電保護試驗裝置 波形變換單元 交直變換單元 繼電器驅(qū)動單 元 周期測量單元 相位測量單元 A D 轉(zhuǎn)換單元 開關(guān)量輸出單元 開關(guān)量 輸入單元 中央處理單元以及串行通信構(gòu)成 這些構(gòu)成單元的邏輯關(guān)系原理如 圖 3 1 所示 8 繼電保護 試驗裝置 波形變 換單元 交直變 換單元 繼電器驅(qū) 動單元 相位差測 量單元 周期測 量單元 A D轉(zhuǎn) 換單元 開關(guān)量輸 出單元 開關(guān)量輸 入單元 中央處 理單元 通信電平 轉(zhuǎn)換單元 上位機 圖 3 1 系統(tǒng)邏輯關(guān)系原理框圖 其中與繼電保護裝置有直接電氣連接的有波形變換單元 交直變換單元 繼電器驅(qū)動單元和開關(guān)量輸入單元 由于周期測量單元和相位差測量單元可以識別的只有方波信號 所以波形 變換單元的功能就是將從繼電保護試驗裝置采集來的單相電壓 單相電流正弦 波信號分別轉(zhuǎn)換為與之同頻 同相的方波信號 由于 A D 轉(zhuǎn)換單元可以識別的信號只限于 0 5V 的直流信號 從繼電保護 試驗裝置采集來的三相電壓 三相電流信號首先要先經(jīng)過交直變換單元轉(zhuǎn)換為 與之成線性關(guān)系的直流信號 即將交流電量轉(zhuǎn)換為交流電量的有效值 上位機通過單片機系統(tǒng)對試驗裝置進行遙控時 考慮到開關(guān)量輸出單元的 驅(qū)動能力 上位機送來的開關(guān)量動作信號使繼電器驅(qū)動單元動作 相應(yīng)觸點開 9 合 觸點信號直接連到試驗裝置中 同理 當(dāng)上位機通過單片機系統(tǒng)對試驗裝置進行遙測時 試驗裝置的狀態(tài) 反映到與指示燈并聯(lián)的繼電器線圈上 線圈的通斷電通過其常開觸點的狀態(tài)量 反映出來 該狀態(tài)量被作為開關(guān)量輸入單元的輸入信號 3 1 2 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 1 系統(tǒng)概述 船用發(fā)電機繼電保護試驗裝置主要由發(fā)電機繼電保護試驗裝置和微機控制 系統(tǒng)兩部分組成 其中 發(fā)電機繼電保護試驗柜是相對獨立的一套試驗裝置 可以以手動方式實現(xiàn)船用發(fā)電機繼電保護的四項實驗 過載實驗 外部短路實 驗 欠壓實驗和逆功率實驗 微機控制系統(tǒng)則由一套小型單片機控制系統(tǒng)和 一臺計算機組成 其中 單片機控制系統(tǒng)中的單片機固化了 INTEL HEX 文件 在計算機上使用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言 Visual Basic 編制了 EXE 文件 單 片機系統(tǒng)和計算機通過串行通信實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)和作業(yè)命令的傳輸 最終實現(xiàn)上 位機對試驗裝置的遙控和遙測 2 發(fā)電機繼電保護試驗裝置的構(gòu)成 發(fā)電機繼電保護試驗裝置主要指的是船用發(fā)電機繼電保護實驗柜 在船用 發(fā)電機繼電保護實驗柜中 選用了 AH 6B 型的萬能式自動空氣斷路器 過載 保護裝置和外部短路保護裝置都是由萬能式自動空氣斷路器中的過電流脫扣器 來擔(dān)當(dāng)?shù)?同時萬能式自動空氣斷路器中的失壓脫扣器實現(xiàn)了欠壓保護的功能 實驗柜中裝設(shè)了逆功率繼電器 用來實現(xiàn)對發(fā)電機出現(xiàn)逆功率狀態(tài)的繼電保護 試驗裝置的內(nèi)部工作原理如圖 3 2 所示 控制 電源 萬能式空 氣斷路器 實驗 電源 電壓互 感器 電流互 感器 控制 電源 逆功率 繼電器 電壓互 感器 cba UUU a I 圖 3 2 繼電保護試驗裝置內(nèi)部工作原理 試驗裝置內(nèi)部的實驗動作裝置還包括成比例變換電流的電流互感器 成比 例變換電壓的電壓互感器 實現(xiàn)延時動作的時間繼電器以及進行過電流保護的 熔斷器等等 這些裝置的設(shè)置對于試驗裝置的功能實現(xiàn)都是必不可少的 10 3 2 主控芯片及接口電路設(shè)計 3 2 1 主控芯片的選擇 本設(shè)計采用 AT89S51 單片機 該系列單片機是以 8031 為核心的 它和 8051 單片機是兼容的 AT89 系列單片機有以下特點 內(nèi)部含有 Flash 存儲器 與 8051 引腳兼容 靜態(tài)時鐘方式 可反復(fù)進行系統(tǒng)實驗 其最小系統(tǒng)如圖 3 3 所示 EA VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 AD0 P0 0 39 AD1 P0 1 38 AD2 P0 2 37 AD3 P0 3 36 AD4 P0 4 35 AD5 P0 5 34 AD6 P0 6 33 AD7 P0 7 32 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 GND 20 VCC 40 U1 AT89S51 12 Y1 11 0592M 20pF C1 20pF C2 P1 0 P1 1 P1 2 INT0 RST RD WR ALE TXD RXD A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 圖 3 3 AT89S51 最小系統(tǒng)圖 單片機的最小系統(tǒng)是指單片機能正常工作所必須的外圍元件 1 主要性能 工作電壓為 5V 4KB Flash 程序存儲器 可寫入 擦除 1000 次 全靜態(tài)工作 0 24MHz 三級程序存儲器加密 11 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 條可編程 I O 線 兩個 16 位定時器 計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行口 通道 片內(nèi)時鐘震蕩電路 2 引腳功能說明 1 I O 口 P0 口 8 位漏極開路型的雙向 I O 端口 本設(shè)計中與 A D 轉(zhuǎn)換模塊 開 關(guān)量輸入輸出模塊和頻率功率因數(shù)測量模塊相連接 P1 P2 P3 口 8 位準(zhǔn)雙向 I O 端口 具有內(nèi)部上拉電阻 其中 P3 口還用于一些復(fù)用功能 情況如下 P3 0 RXD 串行輸入口 P3 1 TXD 串行輸出口 P3 2 外部中斷 0 申請 本設(shè)計與頻率功率因數(shù)模塊相連接 INT0 P3 3 外部中斷 1 申請 INT1 P3 4 T0 定時器 0 的外部輸入 P3 5 T1 定時器 1 的外部輸入 P3 6 外部數(shù)據(jù)存儲器 RAM 寫選通 本設(shè)計與 A D 轉(zhuǎn)換模塊相連WR 接 P3 7 外部數(shù)據(jù)存儲器 RAM 讀選通 本設(shè)計與 A D 轉(zhuǎn)換模塊相連RD 接 2 控制信號線 RST 復(fù)位輸入信號 高電平有效 Vpp 外部程序存儲器訪問允許信號 EA 片外程序存儲器讀選通信號 低電平有效 PSEN ALE 低字節(jié)地址鎖存信號 PROG 3 電源線 VCC 電源電壓輸入引腳 接 5V 電壓 GND 電源地 4 外部晶振引線 XTAL1 片內(nèi)振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端 12 XTAL2 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端 本設(shè)計采用的是 AT89S51 芯片 它內(nèi)部自帶 4K 的 Flash 程序存儲器 一 般情況下 這 4K 的存儲空間足夠使用 單片機的時鐘電路由一個 11 0592MHz 的晶振和兩個 20pF 的小電容組成 主控模塊中的時序電路為單片機工作提供了統(tǒng)一的時鐘脈沖 時序電路包 括振蕩器和時鐘電路兩部分 AT89S51 內(nèi)部由一個高增益反相放大器 用于 構(gòu)成振蕩器 89S51 的時鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種 如 圖 3 3 所示采用的是內(nèi)部時鐘方式 利用芯片內(nèi)部的振蕩器 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體諧振器 就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器 其發(fā)出的脈沖 直接送入內(nèi)部時鐘電路 為了減少寄生電容 更好的保證振蕩器穩(wěn)定 可靠地 工作 振蕩器和電容盡可能安裝得與單片機芯片靠近 3 2 2 譯碼電路 本設(shè)計的譯碼電路選用常規(guī)的 3 8 線譯碼器 74LSl38 譯碼電路規(guī)定了單 片機控制系統(tǒng)中各個芯片的地址 當(dāng) 74LSl38 的輸入使能端和接A2OEB2OE 低電平 地 接高電平 5V 時 譯碼器工作在直通方式 對于任何一組1OE 輸入同時產(chǎn)生與之對應(yīng)的輸出信號 譯碼芯片與單片機的連接圖如圖 3 4 所示 EA VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 AD0 P0 0 39 AD1 P0 1 38 AD2 P0 2 37 AD3 P0 3 36 AD4 P0 4 35 AD5 P0 5 34 AD6 P0 6 33 AD7 P0 7 32 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 GND 20 VCC 40 U1 AT89S51 12 Y1 11 0592M 20pF C1 20pF C2 A 1 B 2 C 3 OE2A 4 OE2B 5 OE1 6 Y7 7 GND 8 Y6 9 Y5 10 Y4 11 Y3 12 Y2 13 Y1 14 Y0 15 VCC 16 U2 74ALS138 VCC VCC P1 0 P1 1 P1 2 INT0 RST RD WR ALE TXD RXD A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SEL0 SEL1 SEL2 SEL3 SEL4 SEL5 SEL6 SEL7 圖 3 4 譯碼芯片與單片機的連接圖 在本系統(tǒng)中 譯碼輸出地址分配如表 3 1 所示 13 表 3 1 譯碼電路輸出地址分配 P2 7P2 6P2 5SELADDRESS 3FFFH8253 控制字寄存器地址 P2 1P2 2計數(shù)初值寄存器地址 00計數(shù)器 03CFFH 0011 01計數(shù)器 13DFFH 01025FFFH0809 片選地址 01137FFFH1 244 片選地址 10049FFFH2 244 片選地址 1015BFFFH1 373 片選地址 1106DFFFH2 373 片選地址 3 2 3 看門狗電路 若單片機受到某些干擾 使程序計數(shù)器 PC 中的值發(fā)生改變 則會誤把操 作數(shù)當(dāng)成操作碼 程序陷入 死循環(huán) 為了防止出現(xiàn)死循環(huán) 通常采用程序 運行監(jiān)視技術(shù)和出錯自動復(fù)位技術(shù) 俗稱 看門狗 技術(shù) 看門狗 技術(shù)就 是不斷監(jiān)視程序一次循環(huán)的運行時間 若發(fā)現(xiàn)某一次循環(huán)時間超過一致的循環(huán) 設(shè)定時間 就認為系統(tǒng)陷入了死循環(huán) 此時強迫單片機復(fù)位 從初始狀態(tài)重新 運行程序 本系統(tǒng)選用 MAX813L 芯片構(gòu)成看門狗電路 MAX813L 芯片和單片機連接如圖 3 5 所示 14 EA VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 AD0 P0 0 39 AD1 P0 1 38 AD2 P0 2 37 AD3 P0 3 36 AD4 P0 4 35 AD5 P0 5 34 AD6 P0 6 33 AD7 P0 7 32 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 GND 20 VCC 40 U1 AT89S51 12 Y1 11 0592M 20pF C1 20pF C2 P1 0 P1 1 P1 2 INT0 RST RD WR ALE TXD RXD A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 MR 1 Vcc 2 GND 3 PFI 4 PF0 5 WDI 6 RESET 7 WDO 8 U3 MAX813L D5 4148 VCC RST 圖 3 5 MAX813L 芯片和單片機連接 MAX813L 芯片是專門用來實現(xiàn)電源電壓檢測的 在這里主要利用它內(nèi)部 自帶的看門狗定時電路來充當(dāng)單片機控制系統(tǒng)的復(fù)位電路 MAX813L 的引腳 是看門狗檢測輸入端 當(dāng)此端跳變?yōu)榈碗娖交蚋唠娖綍r 片內(nèi)的看門狗WDI 定時器開始計數(shù) 若低電平或高電平的維持時間等于 1 6s 時看門狗定時器完 成計數(shù) 輸出低電平 引腳是人工復(fù)位輸入端 當(dāng)其電壓降到 0 8VWDOMR 以下時 片內(nèi)產(chǎn)生一高電平有效的復(fù)位脈沖 寬度為 140ms 280ms 可有效 地消除機械開關(guān)的抖動 使系統(tǒng)進入復(fù)位狀態(tài) 引腳 RST 是復(fù)位信號輸出端 高電平有效 當(dāng) MR 端由低電平變?yōu)楦唠娖胶?該端仍保持 200ms 有效高電 平 根據(jù)看門狗的工作原理 當(dāng) 89S51 正常工作時 管腳 P1 0 向 MAX813L 的 WDI 端輸出矩形波 即 MAX813L 的 WDI 端輸入相同矩形波 時間不超過 1 6s 這樣保持高電平 端保持高電平 系統(tǒng)正常工作 當(dāng)干擾信WDOMR 號使系統(tǒng)程序跑飛或進入死循環(huán) 89S51 的 P1 0 端不能正常輸出脈寬小于 1 6s 的矩形波 使 WDI 端的高或低電平持續(xù)時間超過 1 6s 看門狗定時器溢出 15 端由高電平變?yōu)榈碗娖?由于端有一內(nèi)部 250mA 的上拉電流 D5WDOMR 導(dǎo)通 獲得有效低電平 RST 端輸出復(fù)位脈沖 單片機復(fù)位 看門狗定時MR 器清零 又回復(fù)為高電平 WDO 3 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計 本設(shè)計需要采集的模擬量包括三相電壓和三相電流共計六路模擬量 單片 機控制系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)了單片機對模擬量的采集功能 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 主要由電量變換單元和 A D 轉(zhuǎn)換單元兩部分組成 根據(jù)本設(shè)計對 A D 轉(zhuǎn)換芯 片的分辨率 量化誤差 轉(zhuǎn)換進度和轉(zhuǎn)換速率的要求 A D 轉(zhuǎn)換單元選用了 ADC0809 芯片實現(xiàn) A D 轉(zhuǎn)換功能 根據(jù) A D 轉(zhuǎn)換芯片的輸入模擬量要求 電 量變換單元選用微型交流電量隔離傳感器 3 3 1 微型交流電量隔離傳感器 電量變換單元主要由微型交流電壓電量隔離傳感器和微型交流電流電量隔 離傳感器構(gòu)成 分別實現(xiàn)了求取三相交流電壓和三相交流電流有效值的功能 交流電量隔離傳感器的輸入和輸出均不共地 從而實現(xiàn)了交流電量輸入端和直 流電量輸出端完全的電氣隔離 微型電量隔離傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)如表 3 2 所示 表 3 2 微型電量隔離傳感器的主要技術(shù)指標(biāo) 主要技術(shù)指 標(biāo) 微型交流電壓電量隔離傳感 器 微型交流電流電量隔離傳感 器 輸入范圍0 400V0 5A 精度等級0 5 級0 5 級 工作溫度 0 50 C 0 50 C 溫漂特性 500ppm C 500ppm C 隔離耐壓 2500 DC V 2500 DC V 16 負載能力 電壓輸出 2K 電流輸出 300 電壓輸出 2K 電流輸出 300 響應(yīng)時間 300ms 300ms 靜態(tài)功耗 30mW 30mW 輸入過載能 力 10 倍標(biāo)稱值10 倍標(biāo)稱值 輸出范圍輸出電流 0 20mA輸出電流 0 20mA 由于 A D 轉(zhuǎn)換單元選用了 ADC0809 芯片 該芯片的輸入范圍為 0 5V 電 壓量 而我們選用的交流電量隔離傳感器均為電流輸出型 所以輸出電流量在 送到 ADC0809 的輸入端需要經(jīng)過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)?0 5V 電壓量 電流變換單元原理如圖 3 6 所示 NC 1 NC 2 OUT 5 GND 4 Vcc 3 U24 TRAN CUR 250 R5 1 2 J5 CON2 12V GND 圖 3 6 電流變換單元電路原理圖 電壓變換單元原理如圖 3 7 所示 IN1 1 IN2 2 OUT 5 GND 4 Vcc 3 U27 TRAN VOL 250 R11R8 1 2 J11 CON2 12V GND 17 圖 3 7 電壓變換單元電路原理圖 3 3 2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要性能 1 分辨率 A D 轉(zhuǎn)換器的分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓 的變化量 常以 A D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的二進制位數(shù)表示 例如分辨率為 12 位的 A D 轉(zhuǎn)換器 表示該轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)可以用 212個二進制數(shù)進行量化 故一個 10V 為滿刻度的 12 位 A D 轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入電壓變化的最小值為 10V 212 2 4mV 2 量化誤差 量化誤差是由 A D 轉(zhuǎn)換器的有限分辨率而引起的誤差 在不計其他誤差 的情況下 一個分辨率有限的 A D 轉(zhuǎn)換器的階梯狀特性曲線與既有無限分辨 率的 A D 轉(zhuǎn)換器特性曲線 直線 之間的最大偏差 稱量化誤差 3 轉(zhuǎn)換精度 A D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度反映了一個實際 A D 轉(zhuǎn)換器在量化值上與理想 A D 轉(zhuǎn)換器的差值 可以表示成絕對誤差或相對誤差 4 轉(zhuǎn)換速率 A D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率就是能夠重復(fù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度 即每秒轉(zhuǎn)換的 次數(shù) 而完成一次 A D 轉(zhuǎn)換所需時間 則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù) 3 3 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 ADC0809 轉(zhuǎn)換器包括 8 路模擬量輸入開關(guān) 地址鎖存與譯碼 8 位 A D 轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存器 多路開關(guān)接 8 路模擬量輸入端 可對 8 路輸入模擬 電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換 輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存器 可直接連到單片機數(shù)據(jù) 總線上 A D 轉(zhuǎn)換器與 AT89C51 單片機接口電路如圖 3 8 所示 18 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 EOC 7 D3 8 OE 9 CLK 10 VCC 11 VREF 12 GND 13 D1 14 D2 15 VREF 16 D0 17 D4 18 D5 19 D6 20 D7 21 ALE 22 ADD C 23 ADD B 24 ADD A 25 IN0 26 IN1 27 IN2 28 U10 ADC0809 VCC 34 U4B 74ALS04 P1 2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC SEL2R EA VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 AD0 P0 0 39 AD1 P0 1 38 AD2 P0 2 37 AD3 P0 3 36 AD4 P0 4 35 AD5 P0 5 34 AD6 P0 6 33 AD7 P0 7 32 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 GND 20 VCC 40 U1 AT89S51 A 1 B 2 C 3 OE2A 4 OE2B 5 OE1 6 Y7 7 GND 8 Y6 9 Y5 10 Y4 11 Y3 12 Y2 13 Y1 14 Y0 15 VCC 16 U2 74ALS138 VCC VCC P1 0 P1 1 P1 2 INT0 RST RD WR ALE TXD RXD A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SEL0 SEL1 SEL2 SEL3 SEL4 SEL5 SEL6 SEL7 2 3 1 U9A 74ALS02 5 6 4 U9B 74ALS02 RD SEL2 WR SEL2 SEL2R SEL2W D2 7 O1 5 O3 9 GND 10 O5 15 D3 8 O4 12 O7 19 D0 3 D7 18 D5 14 O0 2 D4 13 D1 4 VCC 20 D6 17 OE 1 O2 6 LE 11 O6 16 U32 74LS373 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC 圖 3 8 A D 轉(zhuǎn)換器與 AT89C51 單片機接口電路 ADC0809 轉(zhuǎn)換器引腳功能說明如下 IN0 IN7 8 位模擬量輸入端口 本設(shè)計與微型電量隔離傳感器相連接 D0 D7 8 位數(shù)字量輸出端口 本設(shè)計與單片機 P0 口相連接 START 啟動控制輸入端口 加正脈沖后 其上升沿將內(nèi)部寄存器清零 下降沿啟動 A D 轉(zhuǎn)換開始 ALE 地址鎖存控制允許信號 高電平時把三個地址信號送入地址鎖存器 并經(jīng)譯碼器得到地址輸出 以選擇相應(yīng)的模擬輸入通道 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸入端 轉(zhuǎn)換開始后 EOC 信號變低 轉(zhuǎn)換結(jié)束時 EOC 返回高電平 這個信號可以作為 A D 轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號供查詢 也可以 用作中斷請求信號 OE 輸出允許控制端 OE 端的電平由低變高時 打開輸出鎖存器 將轉(zhuǎn) 換結(jié)果的數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上 CLK 時鐘信號輸入端 VREF 和 VREF 參考電壓輸入端 一般 VREF 與 Vcc 相連 VREF 與 GND 相連 被轉(zhuǎn)換的模擬電壓為 VREF 與 VREF 之差 ADDA ADDC 8 路模擬開關(guān)的 3 位地址選通輸入端 用以選擇對應(yīng)的輸 入通道 本設(shè)計與 74LS373 相連接 Vcc 電源電壓 本設(shè)計電源電壓為 5V GND 地 A D 轉(zhuǎn)換單元主要包括一片 ADC0809 芯片 它是一種 8 位逐次逼近式 A D 轉(zhuǎn)換器 采用雙列直插式封裝 共有 28 個引腳 19 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由八路模擬開關(guān) 地址鎖存與譯碼器 比較器 256 電阻階梯 樹狀開關(guān) 逐次逼近式寄存器 SAR 控制電路和三態(tài)輸出鎖存器 等組成 八路模擬開關(guān)用于輸入 IN0 IN7 上八路模擬電壓 地址鎖存和譯碼 器在 ALE 信號控制下可以鎖存 ADDA ADDB ADDC 上的地址信息 經(jīng)譯 碼后控制 IN0 IN7 上相應(yīng)那一路模擬電壓送入比較器 256 電阻階梯形成 256 個標(biāo)準(zhǔn)電壓供給樹狀開關(guān)使用 SAR 在 A D 轉(zhuǎn)換過程中存放暫態(tài)數(shù)字量 在 A D 轉(zhuǎn)換完成后存放數(shù)字量 并可送三態(tài)輸出鎖存器鎖存 當(dāng) CPU 使 ADC0809 的 OE 引腳變?yōu)楦唠娖綍r取走鎖存的數(shù)字量 EOC 經(jīng)過反相器和 AT89S51 的 P1 2 口相連 采用查詢方式讀取 ADC0809 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) ADC0809 的 CLOCK 信號是由 89S51 的 ALE 信號提供的 89S51 的 ALE 信號通常是每個機器周期出現(xiàn)兩次 故它的頻率是單片機時鐘頻率的 1 6 我 們選用的 89S51 主頻為 11 0592MHZ ALE 信號頻率為 1 8432MHZ 將其經(jīng) 觸發(fā)器四分頻后接到 ADC0809 的 CLOCK 輸入端 就可獲得小于 500KHZ 的 A D 轉(zhuǎn)換脈沖 3 3 4 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的工作原理 輸入模擬電壓量通過電容濾波后送到 ADC0809 的 IN 端 ALE 和 START 互連可使 ADC0809 在接收模擬量路數(shù)地址時啟動工作 START 啟動信號由 89S51和譯碼器輸出端 SEL2 經(jīng)或非門產(chǎn)生 平時 START 因譯碼器輸出端WR SEL2 上高電平而封鎖 3 4 頻率和功率因數(shù)測量模塊設(shè)計 頻率和功率因數(shù)測量模塊由波形變換單元 周期測量單元和相位差測量單 元三部分組成 本設(shè)計采用 8253 芯片作為頻率和功率模塊的主芯片 因為本設(shè)計運用計 數(shù)法測量頻率和功率因數(shù) 計數(shù)法具有測量精度高 速度快 操作簡單等特點 是目前最好的測量方法 頻率和功率因數(shù)測量模塊主要實現(xiàn)了對三相電量周期 和電壓電流相位差折合時間量的測量 兩個時間量送上位機后經(jīng)過運算處理得 到電網(wǎng)的頻率和工作電壓工作電流之間的相位差 20 3 4 1 波形變換單元 波形變換單元由兩片 LM339 電壓比較器作為主要芯片 電壓電流波形變換單元如圖 3 9 所示 D3 DIODE D1 DIODE D4 DIODE D2 DIODE 2 4 5 312 U7A LM339 312 1 6 7 U7B LM339 1 2 3 4 J4 CON4 做做做做做做做做 20K R2 3K R1 3K R3 20K R4 VCC VCC VOLTAGE CURRENT 圖 3 9 電壓電流波形變換單元 經(jīng)過波形變換單元 電壓 電流輸出變成與之同頻同相的方波波形 VOLTAGE CURRENT 3 4 2 8253 芯片簡介 8253 是一片具有三個獨立的 16 位計數(shù)器通道的可編程定時器 計數(shù)器芯 片 每個通道都可以編程設(shè)定 6 種工作方式之一 每個計數(shù)器可設(shè)定為按二進 制或 BCD 碼計數(shù) 最高計數(shù)速率可達 2 6MHZ 使用單一 5V 電源 具有 24 條引腳 雙列直插封裝的 NMOS 工藝的大規(guī)模集成電路芯片 它的所有輸入 21 輸出引腳均與 TTL 兼容 由于 Intel8253 的讀 寫操作 對系統(tǒng)時鐘沒有特殊的要求 因此它幾乎可 以用于由任何一種微處理器組成的系統(tǒng)種 作為可編程的方波頻率發(fā)生器 分 頻器 實時時鐘 事件計數(shù)器和單脈沖發(fā)生器等 3 4 3 頻率和功率因數(shù)測量模塊 頻率和功率因數(shù)測量模塊由波形變換單元 周期測量單元和相位差測量單 元三部分組成 經(jīng)過波形變換單元 單相電壓的輸出變成與之同頻同相的 ab U 方波波形 VOLTAGE 單相電流的輸出則變成與之同頻反相的方波波形 a I CURRENT 周期測量單元和相位差測量單元的主要功能都是通過 8253 的計數(shù)器來完 成的 由于頻率和周期互為倒數(shù)關(guān)系 故測出其中一個值就可以得到另一個值 由于電壓和電流取自市電 而市電標(biāo)準(zhǔn)頻率為 50Hz 考慮到電網(wǎng)波動 該值 變化也不是很大 對于這種情況如果直接采用測量頻率的方法 假設(shè)測量時間 為 1 秒 則分辨力僅為 2 如果要做到分辨率為 0 1 的話 則測量時間需變 為 20 秒 因此我們采用了測量周期從而間接測量頻率的方法 對于功率因數(shù) 的測量我們也是通過先測量出功率因數(shù)角 然后求出功率因數(shù) 8253 芯片與單片機接口電路如圖 3 10 所示 22 EA VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 AD0 P0 0 39 AD1 P0 1 38 AD2 P0 2 37 AD3 P0 3 36 AD4 P0 4 35 AD5 P0 5 34 AD6 P0 6 33 AD7 P0 7 32 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 GND 20 VCC 40 U1 AT89S51 P1 0 P1 1 P1 2 INT0 RST RD WR ALE TXD RXD A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D0 8 D1 7 D2 6 D3 5 D4 4 D5 3 D6 2 D7