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1、 新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）摘 要随着电力系统的快速发展，电网容量不断增大，结构日趋复杂，电力系统中实时监控、调度的自动化显得尤为重要，而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节，如何快速准确地采集系统中各元件的电参数（电压、电流、功率、频率等）是实现电力系统自动化的一个重要因素。基于此，此次设计采用单片机 80C51 实现电力监控系统的交流采样,即系统采集的是交流电压和电流，不需变送器进行交直流转换。模数转换器 ADC0809 对三相交流电压和电流分时进行模数转换，把得到的数字量送入单片机进行数据处理，然后通过 LCD 数码管显示电压和电流，频率，功率，功率因数等的实时值。文中论
2、述了该系统实现电参数测量的工作原理，着重介绍了该系统的实现过程，在此基础上，详细介绍了整个系统的软件开发过程。关键词：电力系统；交流采样；电气参数ABSTRACTWith the rapid development of electric power system, network capacity is increasing, and the growing complexity of the structure, electric power system real-time monitoring and Scheduling Automation is particularly impo
3、rtant. The data acquisition of the electric parameters is also an important part of automation. How quickly and accurately acquisition the electrical parameters (voltage, current, power, frequency, etc.) of system components is an important factor to achieve power system automation.Based on the pape
4、r adopts 80C51 SCM to achieve AC sampling of electric parameters. That the acquisition system is AC voltage and current, transmitter without AC-DC conversion. The A/D converter ADC0809 makes three-phase AC voltage and current be transformed to digital quantity from analog quantity at different times
5、. The SCM finishes data processing .Meanwhile, the real-time value of voltage and current, frequency, Power factor are displayed through LCD display.In the article elaborated this system to realize the electrical parameter survey principle of work, introduced emphatically this system realized the pr
6、ocess, based on this, introduced overall systems software compilation process and various subroutines realization in detail.Key words: Electric Power System; AC sampling; Digital Electrical Parameter目录1 绪论11.1 论文的选题背景11.2 论文的研究意义11.3 交流电量采集的现状及发展11.4 课题的主要内容22 系统总体设计原理32.1 交流采样法32.2 交流采样原理及相关算法32.3
7、系统的工作过程43 主控芯片相关内容简介53.1 80C51 单片机引脚53.2 80C51 单片机的基本组成结构63.3 中断系统83.4 复位电路103.5 ADC0809 A/D 转换器104 系统硬件设计124.1 复位电路及时钟电路124.2 电流、电压采样电路134.3 功率因数采样电路144.4 频率采样电路154.5 LCD1602 液晶显示154.6 总体硬件电路175 系统软件设计185.1 系统软件总流程图185.2 部分功能程序的实现185.2.1 数据采集子程序流程图185.2.2 数据处理程序流程图196 结论26致 谢27参考文献28附录29系统源程序：29 新疆
8、大学科学技术学院毕业论文（设计）1 绪论1.1 论文的选题背景现代社会电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展，对电的需求量日益增加， 同时对电网运行的稳定性要求也越来越高，对电网的实时监控就显得非常重要。随着我国电力行业的迅猛发展，电网供电品质越来越受到电力部门以及用户的关注。在电力监控系统中，为了维护电网运行的稳定和安全，保证用户用电的可靠性，需要电网中各种电参量维持稳定值不变。这就需要实时的采集各种电参量，用来监控以保证电网的稳定。1.2 论文的研究意义在微机技术发展初期，电力监控系统普遍采用经过变送器的直流采样方法， 即经过
9、变送器整流后的直流量。这种方法软件设计简单，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值，因而采样周期短。由于以上特点，该方法在微机应用初期得到了广泛的应用。但经过变送器的直流采样方法存在一些问题， 如测量精度直接受变送器的精度和稳定性的影响，设备复杂，监控系统造价高等。随着科技的发展，仪器仪表的发展更新越来越进步。作为工业自动化技术工具的自动化仪表与控制装置，在高新技术的推动下，正跨入真正的数字化、智能化、网络化的时代。微机技术的发展，使微机系统主频提高，指令功能变强，模数转化芯片技术的提高，成本的降低，使得交流采样的运用成为可能。由于交流采样去掉变送器，按一定的规律对被测量的瞬时值进行采
10、样，用一定的算法求得被测量，即用软件的功能代替硬件的功能，从而降低了系统造价。从以上可见，研制一种电力参数检测装置具有非常重要的意义，它能对如电压、电流、功率因数和频率等重要的电力参数进行实时检测，还要对电力系统中的高次谐波进行实时分析，从而使人们采取进一步的措施，保证电能质量， 保证电力系统安全、可靠、经济地运行。1.3 交流电量采集的现状及发展电能质量的标准和技术是随着电力系统的发展和用户需求的变化而变化和发展的。大量电力电子设备的使用是新技术的运用，同时也是电能质量恶化的制造者和受害者。有目共睹，电力质量问题是严重的。近几十年来全球范围内因电能质量而引起的重大电力事故己达 20 多起，每
11、年电能质量扰动和电力环境污染引起的国民经济损失高达 300 亿美元。其实，供电质量问题不仅对大型企业的正常生活影响较大，同时对重大活动，政治活动安全供电影响也较大。我们需要监察分析电力系统动态和稳态两大电能质量问题，为预防和减少电能质量引起的故障，需从统计数据方面提供采取措施的依据。国外对电能质量研究起步较早，目前有关电能质量控制的研究正掀起高潮，4从所使用的理论到电能质量评价指标体系的建立；从全国性的电能质量普查、监测到用户终端电气环境的定义，各种电能质量问题分析方法的提出，以及“用户电力技术”等电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。1996 年， IEEE 将每两年召开一次的电力谐
12、波国际学术会议(ICHPS)更名为电力谐波与电能质量学术会议(ICHAP)，把电能质量提高到一个新的认识高度。在从事电能质量产品的企业中，美国的 FLUKE 公司和瑞士的 LEM 公司的产品在全球都有广泛的应用。国内致力于电能质量产品研究的企业很多。总体来看，国内广泛采用统计型电压表监测电压质量水平，这些电压监测仪能监测电压合格率，需要人工抄表，缺乏统计分析功能，而谐波和电压波动、闪变的测量则用便携式测量仪器， 分别对变电所的各级母线电压、主变压器侧的谐波电流、电容器组的谐波电流进行测量、对大、中型非线性负荷用户和电厂以及低压配电网电流进行测量， 然后根据测量数据进行汇总、统计分析，对电网的电
13、能质量水平进行评估。这种电能质量监测手段和管理模式存在实时性差、测量指标少、工作量大、测量误差大、效率低等明显的局限性。当前，电力参数检测仪器正朝着以下方向发展：(l)、体积小型化、功能多样化、功耗减小，维持电流降低化、采用新器件更高可靠性、显示方式普遍更新。(2) 、实现网络化智能、在线监测。随着传感器技术、计算机技术、信息技术等发展，系统监测技术广泛采用这些先进的科研成果，使在线监测逐步走向实用化阶段：监测装置可作为接入访问平台进入网络，可以实现设备资源和数据资源共享及远程操作。(3) 、虚拟化。虚拟仪器是建立在标准化、系列化、模块化、积木化的硬件和软件平台上的完全开发的系统，结合电力系统
14、的应用，开发应用虚拟仪器技术建立的高速、高效、大容量、多功能、智能化的实时监铷系统。1.4 课题的主要内容本课题研究的主要内容是 MCS-51 单片机在交流电量参数测量中的应用，在该课题中采用 MCS-51 单片机实现电力参数的交流采样。通过 LED 显示器显示频率、功率、功率因数、三相电压和电流的实时值。在系统的软件设计中，采用模块化设计方法使得程序结构清晰，便于今后进一步扩展系统的功能。系统软件有以下模块构成：主程序、时钟中断服务程序、键盘查询服务程序、数据采集处理子程序、显示程序等。另外，我们还应考虑到电网存在谐波，还会有各种瞬时干扰，而采用硬件滤波存在硬件电路复杂等诸多弊端，因此在此系
15、统中求取电力参数实行数字滤波方法祛除干扰，此外，系统中还应采用指令冗余等抗干扰措施，以使系统具有良好的抗干扰性能。2 系统总体设计原理2.1 交流采样法根据采样信号的不同，可以分为直流采样和交流采样两大类。所谓直流采样是把交流电压、电流信号转化为 05V 的直流电压，这种方法的主要优点是算法简单，便于滤波，但是由于其投资较大，维护复杂，无法对信号进行实时采集，因而在电力系统中的应用受到了限制。交流采样是把交流量转化为 5V（或 05V）的交流电压进行采集，交流采样实时性好、相位失真小、便于维护，随着计算机和集成电路技术的发展，交流采样原有的困难如算法复杂、提高精度难、对 A/D 的速度要求高等
16、已逐步得到克服。交流采样法具有响应速度快、投资省、工作可靠和维护简单等优点，但交流采样所得到的是信号的瞬时值，是随时间而变化的交变量，人们无法直接识别其大小和传送方向(指功率)， 这就需要通过一定的算法把信号的有关特征电量计算出来。交流采样方法主要有同步采样、准同步采样和异步采样。同步采样的具体作法是将信号的一个整周期(或多个周期)进行均匀离散,在每一离散点处取其瞬时值。如被测信号频率有偏移 ,常利用锁相环电路零检测环节以保证采样同步。同步采样对采样速率 N 及采样周期的选择既要满足采样定理的要求，又要满足实时处理的要求。同步采样中由于 N 次均匀采样间隔 h 之和很难与一个周期 T 或 m
17、周期mT 严格相等，它们之间的差异 d=hN-mT，称作同步误差。在实际测量中，很小的同步误差也会产生较大的测量误差。为了减小同步误差对采样的限制，准同步采样的方法便应运而生。准同步采样是在多个周期内均匀采样，然后根据特定的数值求积公式进行递推运算，它是以较多的数据及较长的运算时间作为代价来减小同步误差对测量的影响，而且在采样期间要求信号波形必须稳定。2.2 交流采样原理及相关算法工频参数的计算要用到电压、电流的有效值，而测量系统的 CPU 从 A/D 转换器读取的数据是电压、电流的瞬时值，因此应根据电压、电流的瞬时值，计算出电压、电流的有效值、功率等参数。将电压有效值公式（2-1）T1 T
18、u2(t)dt0U =式（2-1）离散化，以一个周期内有限采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的电压函数值，则1 NTm-1u D2TmmU 式（2-2）式（2-2）中： Tm为相邻两次采样的时间间隔；Um为第 m-1 个时间间隔的电压采样瞬时值；N 为 1 个周期的采样点数。若相邻两采样的时间间隔相等，即Tm为常数 T ，考虑到N = (T / DT ) +1，N -11N u2mm-1则有U =式（2-3）式（2-3）就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的公式。同理，电流有效值计算公式如下：1N -1N I 2mm-1I =式（2-4）计算单相有功功率的公式P
19、= 1 T i(t)u(t)dt式（2-5）T 0离散化后为P =1N -1N i ummm-1式（2-6）式（2-6）中： i 、umm为同一时刻的电流、电压采样值。功率因数可由下式求cosj = PUI式（2-7）但在实际的测量中，上式的算法很难实现，所以本文拟采用一种与接线无关的三相功率因数检测方法。对于频率的测量，是将交流信号经 OP07 电压比较器变成方波后送到 80C51 的 P3.2 脚（外中断 0），由 80C51 计数器 0 在方波的一个周期内计数，然后乘以系统内部时钟就得到方波周期T ，所以频率就为1/T 。2.3 系统的工作过程系统交流采样某一工频电力参数的过程如下：（1
20、） 通过电压互感器 TV 和电流互感器 TA 获得输配电线路上的电压、电流交流信号；（2） 对电压、电流交流信号进行选择、采样/保持；（3） 进行 A/D 转换；（4） 单片机对 A/D 转换信号进行数据处理，即采样数据处理，标度变换以及输出等操作；（5） LCD 显示器来实现系统功能新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）3 主控芯片相关内容简介3.1 80C51 单片机引脚14023933843753663573483391032311180C5130122913281427152616251724182319222021图 3.1 80C51 单片机引脚单片机的 40 个引脚大致可分为 4
21、类：电源、时钟、控制和 I/O 引脚。 电源:（1） VCC - 芯片电源，接+5V；（2） VSS - 接地端； 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。控制线:控制线共有 4 根（1） ALE/PROG:地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲（2） ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址（3） PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。（4） PSEN:外 ROM 读选通信号。（5） RST/VPD:复位/备用电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。VPD 功能：在掉电情况下，接备用电源。（6
22、） EA/VPP:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。EA 功能：内外 ROM 选择端。VPP 功能：片内有EPROM 的芯片，在EPROM 编程期间，施加编程电源 VPP。 I/O 线80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0、P1、P2、P3 口，共 32 个引脚。 P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。73.2 80C51 单片机的基本组成结构1.80C51 单片机的基本组成CPU 系统:1 个 8 位微处理器 CPU，内部时钟电路，总线控制逻辑。内部存储器:4KB 的片内程序存储器（ROM/EPROM/Flash），128B 数
23、据存储器（RAM）和 128B 特殊功能寄存器 SFR（80C51 只用到其中 21B）I/O 接口及中断定时功能:4 个 8 位可编程的 I/O（，输入/输出）并行接口； 5 个中断源的中断控制系统，可编程为 2 个优先级；2 个 16 位定时/计数器，既可以定时，又可以对外部事件进行计数；1 个全双工的串行 I/O 接口，用于数据的串行通信80C51 的内部结构中央处理器:CPU 是 80C51 内部的 1 个字长为 8 位的中央处理单元，它由运算器、控制器两部分组成。实际上构成了单片机的核心。运算器:以算术逻辑单元 ALU（Arithmetic Logic Unit）为核心，还包括累加器
24、 A、程序状态字寄存器 PSW（Program Status Word）、B 寄存器、两个 8 位暂存器 TMP1 和 TMP2 等部件。控制器 :包括程序计数器 PC、指令寄存器、指令译码器、振荡器、定时电路及控制电路等部件；存储器:片内 ROM 是程序存储器；片内 RAM，可用于存放输入、输出数据和中间计算结果，或作为数据堆栈区。I/O 口:有 4 个 8 位并行 I/O 口 P0P3，均可并行输入输出 8 位数据。有 1个串行 I/O 口，用于数据的串行输入输出。定时器/计数器:产生定时脉冲，实现单片机的定时控制；用于计数方式，记录外部事件的脉冲个数。280C51 单片机的存储器结构80
25、C51 系列单片机有两个存储器：程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM），且各自独立编址。从用户使用角度，80C51 单片机的存储器可以分为三个存储空间： 片内、片外统一连续编址的 0000H0FFFFH 共 64KB 的程序存储器空间。地址从 0000H 0FFFFH 的片外数据存储器空间。地址从 00H0FFH 的 256B 的片内数据存储器空间，其中只有前 128B 能供用户作存储器使用。程序存储器 ROM:程序存储器包括片内和片外程序存储器两个部分；程序存储器主要用来存放编好的用户程序和表格常数；它以 16 位的程序计数器 PC 作为地址指针，能寻址 64KB。部分关键的程序存储单元
26、。存储单元 0000H0002H： 80C51 上电复位后引导程序的存放单元。80C51 上电复位后 CPU 总是从 0000H 单元开始执行。数据存储器 RAM:数据存储器主要用于存放运算的中间结果、数据等，它可以分为片内数据存储器和片外数据存储器两大部分。片外数据存储器可以扩展到64KB，对应地址范围为 0000H 0FFFFH 。片内数据存储器共有256B，在功能上分为两部分 ，低 128B（地址为 00H 7FH）是真正的数据存储区高 128B（地址为 80H 0FFH）用于特殊功能寄存器。特殊功能寄存器(SFR):SFR 是 80C51 内部具有特殊用途的寄存器；80C51 内部共有
27、 21 个特殊功能寄存器，每个 SFR 占用 1 个 RAM 单元，它们分布在 80H0FFH 的地址范围内；程序计数器PC 不属于 SFR，它是独立的在21 个 SFR 中，有11 个 SFR 既可以位寻址，也可以进行字节寻址。PSW 格式:CY，进位/借位标志。有进位/借位时 CY=1，否则CY=0；AC，辅助进位/借位标志。低 4 位向高 4 位有进/借位时 AC=1，否则 AC=0；F0，用户标志位，由用户自己定义；RS1、RS0，当前工作寄存器组选择位;OV，溢出标志位。有溢出时 OV=1，否则 OV=0；P，奇偶标志位。ACC 中结果有奇数 1 时 P=1，否则P=0。指针类寄存器
28、:堆栈指针 SP:8 位，用来指示堆栈的位置，它总是指向栈顶。数据指针 DPTR :16 位，它是 80C51 内部唯一供用户使用的 16 位寄存器。DPTR 使用灵活，即可用作 16 位寄存器，对外部数据存储空间的 64K 范围进行访问， 也可拆成两个 8 位的寄存器 DPH 和 DPL 使用。接口类寄存器;并行 I/O 口 P0、P1、P2、P3 均为 8 位，通过对这 4 个寄存器的读写，可实现数据从相应口的输入输出。串行口数据缓冲器 SBUF；串行口控制寄存器 SCON；电源控制寄存器 PCON。中断类寄存器:中断允许寄存器 IE，中断优先级寄存器 IP定时/计数类寄存器：定时/计数器
29、 T0，由两个 8 位计数初值寄存器 TH0、TL0 组成，在构成 16 位计数器时，TH0 存放高 8 位，TL0 存低 8 位；定时/计数器 T1。由两个 8 位计数初值寄存器 TH1、TL1 组成，在构成 16 位计数器时，TH1 存放高8 位，TL1 存低 8 位。定时/计数器的工作方式寄存器 TMOD；定时/计数器的控制寄存器 TCON。3.80C51 单片机的并行 I/O 接口80C51 内部有 4 个 8 位并行 I/O 接口，分别称为P0、P1、P2 和 P3 口。并行I/O 接口的特点:都具有“数据锁存器+输入缓冲器+输出驱动电路”的典型结构； I/O 接口的复用功能，P0、
30、P2 口的总线复用 80C51 单片机在作并行总线扩展时， P0 口可作为数据/地址总线使用，分时作地址、数据的传送： 先传送低 8 位地址，然后传送 8 位数据信号； P2 口用来传送高 8 位地址信号。P3 口的功能复用。并行 I/O 口的应用特性:P0P3 口作通用输入/输出口使用时的硬件连接。P0P3 口都能用于输入或输出操作。而且对每个接口都可将一部分管脚定义为输入，另一部分管脚定义为输出。由于 P0P3 口的内部结构不同，所以在作通用输入/输出口使用时，其外部的硬件电路也不相同：（1） P0 口既可用作通用 I/O 口，也可作为地址/数据总线使用。当单片机系统需要扩展片外存储器或者
31、需要扩展具有地址/数据线的芯片时，P0 口只能用作地址/数据线，而不能再作通用I/O 口使用。P0 口作为地址/数据总线使用时， 无需外接上拉电阻。P0 口用作通用 I/O 接口使用时，必须外接上拉电阻。（2） P1 口只能作为通用 I/O 口使用，没有第二功能。P1 口在作为通用输出口使用时，不需要再外接上拉电阻。（3） 当 P2 口作为通用 I/O 口使用时，不需要外接上拉电阻。当系统有外部扩展存储器或 I/O 接口时，P2 口作为地址高 8 位信号线，此时P2 口只能作地址线用，而不能作通用 I/O 口。（4） P3 口除可作为通用 I/O 口使用外，还具有第二功能。当某些口线作第二功能
32、使用时，不能再把它当作通用输入/输出口使用。其它未用的口线仍可作通用输入/输出口线使用。 P3 口作通用 I/O 口使用时，不需要外接上拉电阻。准双向口的输入操作，由于 P0P3 口是准双向口结构，所以在进行输入操新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）作时，必须先向相应口的锁存器写“1”，以保证输入数据的正确。读引脚与读锁存器:读引脚就是读芯片引脚上的数据端口处于输入状态时单片机进行读引脚操作。MOV 类传送指令进行的读操作就是读引脚。锁存器,许多涉及到 I/O 端口的操作，实际上只是对口锁存器中所存储的内容进行“读出修改写入”操作。4.时钟与时序时钟电路为单片机的工作提供基准步调，这样，当单片
33、机执行指令时，就能按照“从程序存储器中取出指令代码译码完成指令功能”的顺序有条不紊地进行。80C51 单片机内部有一个振荡器，其XTALI 端和 XTAL2 端外接石英晶体和微调电容，其中电容 C1、C2 对振荡频率有稳定作用；振荡器的频率选择范围为1.212MHz。单片机也可以使用外部时钟。3.3 中断系统当 CPU 正在处理某事件时外界发生了更为紧急的请求，要求 CPU 暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。处理完成后，再回到原来被中断的地方继续原来的工作，这样的过程称为中断。实现这一功能的部件称为中断系统，请示CPU 中断的请求源称为中断源。中断系统是使处理机对外界异步事件具有处理能力
34、而设置的。功能越强的中断系统，其对外界异步事件的处理能力越强。89C51 单片机有 5 个中断源，当中断源同时向 CPU 请求中断时，就存在 CPU 优先响应哪个中断源的问题。它可分为两个中断优先级，即高级优先级和低级优先级；可实现两级中断嵌套。用户可以用关中断指令（或复位）来屏蔽所有的中断请求，也可以用开中断指令使 CPU 接受中断申请。即每一个中断源的优先级都可以由程序来设定。1. 中断源在 89C51 单片机中，有 5 个中断源：两个外部 INT 0（P3.2）和 INT 1（P3.3） 输入的中断源、两个定时器 T0 和 T1 的溢出中断和一个串行发送/接收中断。(1)外部中断源： I
35、NT 0 和 INT180C51 外部中断 0 和外部中断 1 的中断请求信号分别有P3.2 和P3.3 引脚输入。并允许外部中断源以低电平负边沿两种中断取法方式来输入中断请求信号。请求信号的有效电平可由定时器控制寄存器 TCON 的 IT0 和 IT1 设置，如图 3.2 所示图 3.2 定时器控制寄存器TCON 各位的定义8新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）80C51 会在每个机器周期的 S5P2 时对INT0 和INT1 线上中断请求信号进行一次检测，检测方式和中断触发方式的选取有关。若 80C51 设定为电平触发方式（即 IT0=0 或 IT1=0），则 CPU 检测到INT0/IN
36、T1 上低电平时就可认定其上中断请求有效；若设定为边沿触发方式（即 IT0=1 或 IT1=1 时），则 CPU 会在相继的两个周期内两次检测INT0/INT1 线上电平才能确定其上的中断请求是否有效。由于外部中断信号每个机器周期被采样一次，有引脚INT1 和INT1 输入的信号应至少保持一个机器周期，即 12 个振荡周期。如果外部为边沿触发方式，则引脚出输入的信号的搞电平低电平至少各保持一个周期，才能确保 CPU 检测到电平的调变；而如果采用电平触发方式，外部中断源应一直保持中断请求有效，直到得到响应为止。2. 中断控制CPU 对中断源的开放和屏蔽，以及每个中断源是否被允许中断，都受中断允许
37、寄存器 IE 控制。每个中断源优先级的设定，则由中断优先级寄存器 IP 控制。寄存器状态可通过程序由软件设定。(1)中断的开放和屏蔽80C51 没有专门的开中断和关中断指令，中断的开放和关闭是通过中断允许寄存器 IE 进行两级控制的。所谓两级控制是指有一个中断允许总控制位 EA，配合各中断源的中断允许控制位共同实现对中断请求的控制。这些中断允许控制位集成在中断允许寄存器IE 中，如表 3.1 所示为中断允许寄存器各位的定义。表 3.1 中断允许寄存器IE现对 IE 各位的说明如下：EA(IE.7) 为 CPU 中断总允许位，EA=0，CPU 关中断，禁止一切中断。EA=1,CPU开放中断，而每
38、个中断源是否开放还是屏蔽分别由各自的允许位确定。（IE.6） 保留位。ET2（IE.5） 为定时器 2 中断允许位，仅用于 52 子系列单片机中，ET2=1 允许定时器 2 中断，否则禁止中断。ES（IE.4） 为串行口中断允许位。ES=1，允许串行口的接收和发送中断；ES=0 禁止串行口中断。ET1（IE.3） 为定时器 1（T1 溢出中断）中断允许位。ET1=1，允许 T1 中断， 否则禁止中断。EX1(IE.2) 为外部中断 1（ INT 1）的中断允许位。EX1=1 允许外部中断 1 中14断；否则禁止中断。ET0(IE.1) 为定时器 0（T0 溢出中断）的中断允许位。ET0=1 允
39、许 T0 中断， 否则禁止中断。EX0(IE.0) 为外部中断 0（ INT0 ）的中断允许位。EX0=1 允许外部中断 0 中断，否则禁止中断。3.4 复位电路任何单片机在工作之前都要有个复位的过程，对单片机来说，复位则是在程序执行前进行的一种准备工作。显然，准备工作不需要太长的时间，因此复位时间不超过 5ms。复位方式:80C51 单片机有一个复位信号引脚 RST/VPD，只要在该引脚上保持2 个机器周期以上的高电平，单片机就会被复位。复位后，单片机从程序存储器0000H 单元开始执行程序。当单片机运行出错或进入死循环后，为摆脱困境，也可以利用复位操作重新启动。单片机复位后不改变片内 RA
40、M 中的内容。复位方法:上电复位，打开电源后利用 RC 充电自动完成。上电复位兼手动复位，既可以上电复位，又可以利用按键闭合使单片机复位引脚保持 2 个机器周期以上的高电平完成手动复位功能。3.5 ADC0809 A/D 转换器8272625242IIIAB322C120291817161512N1N0NELA7D6D5D4D0DF2ERDVADC08093N45NN67NNTCO3EKCFEDN1IIIIISEDOLCCVRVGDADC0809 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 模数转换器。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
41、的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。1234567890112113411 主要特性编辑图 3.3 ADC0809 A/D 转换器1）8 路输入通道，8 位 A/D 转换器，即分辨率为 8 位。2） 具有转换起停控制端。3） 转换时间为 100 s(时钟为 640KHz 时)，130 s（时钟为 500KHz 时）。4） 单个+5V 电源供电。5） 模拟输入电压范围 0+5V，不需零点和满刻度校准。6） 工作温度范围为-40+85 摄氏度。7） 低功耗，约 15mW。2 内部结构编辑ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，内部结构如图所示，它由
42、 8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 A/D 转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。外部特性（引脚功能）ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能：IN0IN7：8 路模拟量输入端。2-12-8：8 位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存允许信号，输入端，高电平有效。START： A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns 宽）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
43、出端，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）。OE：数据输出允许信号，输入端，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。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHz。REF（+）、REF（-）：基准电压。VCC：电源，单一+5V。GND：地。3 工作过程首先输入 3 位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。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，
44、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。转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。（1） 定时传送方式对于一种 A/D 转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如 ADC0809 转换时间为 128s，相当于 6MHz 的 MCS-51 单片机共 64 个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定
45、已经完成了，接着就可进行数据传送。（2） 查询方式A/D 转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。（3） 中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE 信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。4 系统硬件设计变压器模拟负载过零检测频率采样电压采样接入相位差单片机电流采样键盘过零检测此系统是以 80C51 为主控制器，系统把取样采集
46、电路得来的两路信号分别通过放大、整流, 再通过 A/D 转换芯片，实时把模拟量转化为数字量，再经单片机分析处理，进行数值积分，可得到变压器副边电压值、电流值、电源的频率以及该系统的功率因实时数，并送到外部显示单元显示。系统整体的方框图如图4.1 所示：图 4.1 系统整体的方框图硬件设计具体包括单片机最小系统部分（键盘、显示）、信号采集部分、数模转换部分。下面将各部分详细介绍如下：4.1 复位电路及时钟电路RST单片机RST单片机复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种：上电复位（图 4.2）和手动复位（图 4.3）。图 4.2 上电复位图 4.3 手动复位高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。但是对系统要求较高，而且功耗大，运行环境