测控电路课程设计报告- 工频有效值测量电路
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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 8286 双向数据传输电路图 8286 具有两组对称的数据引线 A7～A0 和 B7～B0， 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，A7～A0 和 B7～B0 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
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 A 、 ADD B 、 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。
LED 数码管显示 结束
图 14 程序流程图
12
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：
8255 的主要引脚功能
图 4 8255 控制电路
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 进行数据传输； CS =1 时,8255 无法与 CPU 进
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：
电流的采样 A/D 转化
变压器 电压信号的处理
电压的采样 A/D 转化
电压值的测量
电流值的测量
功率的测量 LED 显示
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 位寄存器和 8 位外部数据总线及 20 位地址总线，引脚如下图所示：
———
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：
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。
附图一 程序流程图
开始 初始化 8255 ADC0809 转换完一次 8255 不断从 PA 口读入转换完的数据 将数据存储，然后处理
处理完后的数据送到 PB 口，同时 PC 口的低四位送出控制位选信号
N
u(n)i(n)
3、有功功率计算公式：P= n1 N
4、无功功率计算公式：Q= U 2I 2 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
2.2 设计原理框图
电压信号
电流信号
变压器 电流信号的处理
9
3.11 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 R3 1 , R4 3.9K , R5 180 , R6 1.1K 。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。
3.7 6264 存储电路图
图 7 8284 时钟电路图
6
3.7.1 6264 芯片是一个 8K 8bit 的 CMOS SRAM 芯片，引脚如下图所示：
3.7.2 主要引脚功能
图 8 6264 存储电路图
OE ：读出允许信号，输入，低电平有效。
WE ：写允许信号，输入，ຫໍສະໝຸດ Baidu电平有效。
CS1 ：片选信号 1，输入，在读/写方式时为低电平。
3.5 8282锁存电路图
8282有8位信号输入管脚 DI7～DI0和8位三态信号输出管脚 DO7～DO0； 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：
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，表示数据总线上具有有效数
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。
图 11 共阴极 LED 数码管的内部结构电路图
8
3.10.2 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。
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 ADD A ~ ADD C 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）。
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。
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
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 D0 ~ D7 端输出。 CE ：选片信号。低电平有效。当 CE 0 时表示选中此芯片。
主要功能引脚
图 3 8088 引脚图
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。
2、设计方案
2.1 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 积分的计算公式，计算公式如下：
1、交流电压有效值计算公式：U=
N
u2(n)
n1
N
N
i 2 (n)
2、交流电流有效值计算公式：I= n1 N
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 8286 双向数据传输电路图 8286 具有两组对称的数据引线 A7～A0 和 B7～B0， 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，A7～A0 和 B7～B0 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
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 A 、 ADD B 、 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。
LED 数码管显示 结束
图 14 程序流程图
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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：
8255 的主要引脚功能
图 4 8255 控制电路
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 进行数据传输； CS =1 时,8255 无法与 CPU 进
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：
电流的采样 A/D 转化
变压器 电压信号的处理
电压的采样 A/D 转化
电压值的测量
电流值的测量
功率的测量 LED 显示
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 位寄存器和 8 位外部数据总线及 20 位地址总线，引脚如下图所示：
———
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：
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5、整体电路图
图 13 整体电路图
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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。
附图一 程序流程图
开始 初始化 8255 ADC0809 转换完一次 8255 不断从 PA 口读入转换完的数据 将数据存储，然后处理
处理完后的数据送到 PB 口，同时 PC 口的低四位送出控制位选信号
N
u(n)i(n)
3、有功功率计算公式：P= n1 N
4、无功功率计算公式：Q= U 2I 2 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。
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2.2 设计原理框图
电压信号
电流信号
变压器 电流信号的处理
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3.11 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 R3 1 , R4 3.9K , R5 180 , R6 1.1K 。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。
3.7 6264 存储电路图
图 7 8284 时钟电路图
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3.7.1 6264 芯片是一个 8K 8bit 的 CMOS SRAM 芯片，引脚如下图所示：
3.7.2 主要引脚功能
图 8 6264 存储电路图
OE ：读出允许信号，输入，低电平有效。
WE ：写允许信号，输入，ຫໍສະໝຸດ Baidu电平有效。
CS1 ：片选信号 1，输入，在读/写方式时为低电平。
3.5 8282锁存电路图
8282有8位信号输入管脚 DI7～DI0和8位三态信号输出管脚 DO7～DO0； 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：
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，表示数据总线上具有有效数
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。
图 11 共阴极 LED 数码管的内部结构电路图
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3.10.2 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。
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 ADD A ~ ADD C 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）。
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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。
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
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 D0 ~ D7 端输出。 CE ：选片信号。低电平有效。当 CE 0 时表示选中此芯片。
主要功能引脚
图 3 8088 引脚图
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
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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。
2、设计方案
2.1 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 积分的计算公式，计算公式如下：
1、交流电压有效值计算公式：U=
N
u2(n)
n1
N
N
i 2 (n)
2、交流电流有效值计算公式：I= n1 N