数字功率表（本科）毕业论文设计.doc

第一章 概 述 第一节 概 述 在测量、控制仪表中引入微机，不仅能解决传统仪表不能解决或不易解决的问题，而且能简化电路、增加功能、提高精度和可靠性、降低售价以及加快新产品的开发速度。由于这类仪表已经实现人脑的一部分功能，例如四则运算、逻辑判断、命令识别等，有的还能够进行自教正、自诊断，并具有自适应、自学习的能力，因此人们习惯上称它们为智能仪表。数字功率表也是一种简单的智能仪表。 功率表一直重要的工业仪表， 本次毕业设计的主要任务是与做硬件的同学配合，用汇编语言编制出一套数字功率表系统软件用来测量频率为50Hz的交流电路的各种参数，包括电压有效值、电流有效值、功率、功率因数。在完成对数据的处理后能在液晶显示器上显示出电路中的电压、电流、功率因数、功率。为了能够圆满的完成这次毕业设计，在这段时间里，需要完成以下几个任务：1.要熟悉课题的基本要求，通过课题的分析，明确主要任务；2.在课题任务明确后，有些难以下手的，或是没有碰到过的问题要及时地向指导老师请教，并且充分的利用学校图书馆这一庞大的资源，查找有关资料，熟悉有关方面的内容。3.在课题任务基本明确，设计方案基本形成之后，完成开题报告的写作。4.设计过程中要查找相关的英文资料，并把它们翻译成中文。5.在编程之前，要熟悉相应的开发语言，主要是熟悉汇编语言的语法结构，开发和调试方法。6.完成测量和显示程序这两个主要模块的编制，涉及到的一些通用的子程序的编程，寄存器的定义，一些测量算法的确定。7.程序编辑好之后，利用SE-52单片机调试系统进行软件的调试。8.调试完成之后，完成毕业设计论文，准备毕业设计答辩。 本次的毕业设计由我和侯东东同学共同完成，他主要负责的是硬件电路方面的设计,而我则是要在他硬件基础上完成数字功率软件系统的设计。 第二章 总体方案简介 本次所设计的数字功率表就是对于如图2.1所示的二端网络中的电路参数进行测量，假设端电流i及端电压u是在关联参考下，并分别为2i=Isinωt,u=Usin(ωt+φ)，式子中φ是电压超前于电流的相位角。则网络的瞬时功率为p=ui=Usin(ωt+φ)Isinωt=UI[cosφ-cos(2ωt+φ)]= UIcosφ- UI cos(2ωt+φ)，其中U、I分别是电路中电压和电流的有效值，U的范围为0~600V，I的范围为0~10A。由于二端网络能量消耗表现为网络中存在有功功率，故有功功率P为P= UIcosφ，式子中的U，I，P，cosφ就是本次设计的数字功率表所要测量的量。 图 2.1 第二节 基本设计思想 由于这个课题要求就是设计一个系统可以对电路正在运行时的参量进行测量、保存、显示，对于单片机软件的开发，可以选用C语言或者汇编语言。在这次设计中本人选择了汇编语言来进行开发，因为汇编语言具有指令简单，运行速度快，便于开发的优点，而且在学单片机编程的时候主要学的语言就是汇编语言，虽然感觉它不像高级语言那样通用性强，但是对这个系统来说并不需要考虑它的移植性，所以选用汇编语言来开发这个系统是完全可以的。这个系统的设计总的思路如下：对于电路中的电压和电流的测量，可以通过系统的前置电路把其转换成可供采样电压信号，再通过AD转换送入单片机处理，由软件读出，然后进行处理，处理后参数由液晶显示器显示出来。对相位角的测量，采用过零比较的方法利用单片机的定时器对电压与电流的过零点的时间差进行确定，再通过计算就可以确定电压与电流的相位差，此时定时器如果采用定时的方式就会产生很大的误差，所以在软件编程时选用定时器计数的方式而不是定时方式。而对于功率因数的测量则相对简单，由于相位角经被测量得到，所以可以通过功率因数等于COS来查表得到.功率的测量则是通过公式P=U*I*COS计算出来的。这样用这个系统就可以测量出电路在运行时候的各个参数，并可以将电路每一个时刻所对应的电压、电流、功率、功率因数四个参数当成一组数据通过液晶显示器显示出来。再通过功能键的调用可以将当前显示的数据保存到片外存储器中，也可以将当前显示的数据从片外存储器中删除，也可以显示上组数据或者下组数据。另外与传统仪表不相同的一个地方就是它可以与上位机进行通信，当上位机发送要求与仪表进行通信的请求信号后，数字功率表可以把我们保存在片外存储器的数据发送给上位机。 根据仪表的功能要求和技术经济指标，由大到小地按仪表功能层次把软件分为若干个模块，分别进行设计和调试，然后把各个模块连接起来形成整个系统，最后与系统的硬件联调。 根据数字功率表的硬件电路和上面所述的软件设计思路将软件分为监控主程序、相位角测量子程序、电压有效值测量子程序、电流有效值测量子程序、显示子程序、键盘处理子程序、通信子程序等几个模块分别进行设计与调试，最后将它们整体连接起来进行形成总的软件系统与硬件电路联调观测能否达到