本科毕业论文---数字式工频有效值多用表

目录

摘要 (Ⅰ)

Abstract (Ⅱ)

1 绪论 (1)

1.1 数字式工频有效值多用表的功能 (1)

1.2 数字式工频有效值多用表的研究背景 (1)

1.3 数字式工频有效值多用表开发意义 (2)

2 总体方案论证 (3)

3 硬件设计 (5)

3.1 放大电路设计 (5)

3.2 数据采集电路设计 (8)

3.3 相角测量电路设计 (13)

3.4 键盘/显示电路设计 (13)

3.5 看门狗电路设计 (16)

3.6 数字式工频有效值多用表的工作原理 (18)

3.7 单片机的选用 (19)

4 软件设计 (21)

4.1 数字式工频有效值多用表的总流程图 (21)

4.2 交流信号的相角测量 (22)

4.3 交流信号的采集程序 (23)

4.4 计算电压、电流有效值程序 (24)

4.5 功率因数子程序- (28)

4.6 看门狗子程序 (29)

4.7 键盘/显示子程序 (30)

4.8 数字式工频有效值多用表的自检 (32)

4.9 数字式工频有效值多用表的自动量程转换 (37)

结论 (39)

致谢 (40)

参考文献 (41)

摘要

本次设计的数字式工频有效值多用表采用 89C52单片机作为核心 ,充分利用其内部的 8KB程序存储器和 256B的数据存储器来进行数据的实时采样与处理；外围使用12位的A/D转换器可使测量精度高；利用数字电位器实现增益自动控制,从而满足各种量程的测量精度。该表可测量电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数等参数。

本文首先介绍了数字式工频有效值多用表的作用,描述了系统的设计过程,给出了系统的组成框图及各部分的原理图；说明了核心部件数字式电位器X9241的结构、性能特点；简述了交流采样法的原理及实现过程；对系统的软件设计也进行了叙述,给出了部分软件流程图。

该数字式工频有效值多用在器件上尽量做到使硬件线路简单，充分利用软件编程，弥补元器件的精度的不足。

关键词：多用表单片机数字电位器交流采样

Abstract

The design of power frequency RMS DMM based on AT89C52 microcomputer. Data gathering and calculating only depend on the inner 8KB code-RAM and 256B data-RAM of 89C52.The exterior 12bit A/D and digital electric-device improve the precision, can measure effective value of voltage and effective value of electric current, active power, reactive power, power factor and so on.

In this paper, the functions of digital alternating current parameter Multi-function meter are introduced. The system design process is described. The constitute frame diagram and each part on-lines diagram are given. The construction and function characteristics of core digitally controllable variable resistors X9241 are elucidated. The principle with realized process of AC sampling methods are described in brief. The software design of system is described also. The part software blocks are given.

The digital DMM spent on devices do as much as a simple hardware circuits, and make full use of software programming, Components make up for the lack of accuracy. Due to limited, and there is a need to improve the design of the paper. For example, before using high precision components, and measurement algorithm further perfect.

Keywords：DMM single chip microcomputer Digital potentiometer Exchange sampling

1 绪论

1.1 数字式工频有效值多用表的功能

本设计实现了一个多功能的数字多用表。此表除了能测直流电压，直流电流，还利用单片机的控制、运算功能，根据离散积分公式，基于对电力系统参数进行交流采样的思想，实现了同时对一路工频交流电的频率、电压有效值、电流有效值的测量。用软件计算出有功功率、无功功率、功率因数、利用数字电位器，使系统具有自校准、自动量程转换功能。系统充分发掘了单片机的运算能力，以软件代替硬件电路，使硬件电路大大简化。本系统利用了数字电位器调节准确方便，使用寿命长，受外部环境影响小，性能稳定等特点。

1.2 数字式工频有效值多用表的研究背景

所谓数字式仪表，就是将被测对象离散化、数据处理后以数字式显示的仪表。第一台数字仪表出现于20世纪50年代初，之后随着电子技术的迅速发展，数字式仪表与数字化测量技术获得了迅速的发展。目前国内外已生产有许多种测量并具有很宽技术特性范围的数字仪表，如电压表、电流表、功率表、电能表、计数器、万用表、频率计等。

数字仪表与模拟式指示仪表相比具有很多优点。比如：准确度高、灵敏度高、输入阻抗高、操作简单、测量速度快等。数字式仪表目前主要缺点是：结构复杂、成本高、维修困难、观察动态过程不直观。但是，随着电子工业的发展，大规模集成电路工艺水平的提高，数字式仪表的上述缺点将越来越小。

从模拟到数字，从单一通道到综合多通道测量的发展，从单个仪表向测量信息系统过度，将各种电学量和非电学量变换成统一量（时间、频率、直流电压）后进行测量等，是近十年来测量技术发展的主要趋势。按仪器出现的先后顺序和先进性，可将仪器仪表划分为三大类产品。第一类产品是模拟式仪器仪表。这种仪表至今仍在广泛地使用着。比如指针式的电压表、电流表、功率表等。第二类产品是数字肢仪器仪表，它在准确度和灵敏度等方面都远远优于模拟式仪表。这类仪器仪表的基本工作原理是将模拟量变为数字量，采用逻辑运算硬件电路实现测量功能。这类仪器仪表的发展很快，目前正在各个领域被广泛地使用。第三类产品是智能仪器仪表，它的基本原理是借助计算机（PC）采用软件替代部分硬件实现逻辑运算与数据传输、存储等功能，所以也被称之为微机化仪器仪表。它具有数据采集、显示数字处理及