电力运行参数测量装置设计.doc

1、 电力运行参数测量装置设计摘 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AT89C51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AD574A对三相交流电压和电流分时进行模数转换，把得到的数字量送单片机进行数据处理，然后通过LED数码管显示电压和电流，频率，功率，功率因数等的实时值。文中论述了该系统实现电参数测量

2、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；AT89C51；交流采样；单片机；电参数测量Electricity to run the parameter measurementdevice designABSTRACTWith the rapid development of electric power system, network capacity is increasing, and the growing complexity of the structure, electric power system real-time

3、 monitoring and Scheduling Automation is particularly important. 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 f

4、actor to achieve power system automation. Based on this,the paper adopts AT89C51 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 AD574A makes three-phase AC voltage and current be transfo

5、rmed to digital quantity from analog quantity at different times . The SCM finishes data processing .Meanwhile, the real-time value of voltage and current , frequency, Power , Power factor are displayed through LED display. In the article elaborated this system to realize the electrical parameter su

6、rvey principle of work, introduced emphatically this system realized the process, based on this, introduced overall systems software compilation process and various subroutines realization in detail.Key words: Electric Power System；AC sampling；Single-Chip Microcontroller, Digital Electrical Paramete

7、r Comprehensive MeterI目 录摘 要IABSTRACTII1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系统整体设计原理32.1交流采样法32.2交流采样原理及相关算法32.3系统的工作过程43器件介绍53.1单八路模拟开关CD405153.2 AD574A的性能特点63.3集成采样/保持放大器LF39873.4 LM339电压比较器83.5 74LS245 LED驱动芯片83.6定时器/计数器93.6.1 TMOD和TCNO寄存器93.6.2定时器/计数器的初始化113.7中断系统113.7.1中断系统概述11

8、3.7.2中断源113.7.3中断控制124 硬件模块设计144.1信号转换和数据采集144.2单片机最小系统部分154.3电压、电流采样电路154.4显示接口、按键接口和报警功能155系统软件设计165.1系统软件的编译环境165.2系统软件总流程图175.3数据采集子程序流程图195.4数据处理程序流程图195.4.1电压处理模块195.4.2电流处理模块215.4.3频率测量模块215.4.4功率因数测量模块225.5工作原理235.6 LED显示266系统组装调试277总结28致 谢29参考文献30附录31附录A31附录B36附录C4319江西理工大学应用科学学院毕业设计1绪论1.1论

9、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

10、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

11、能，从而降低了系统造价。所以，研究运用交流采样技术实现电量的数据采集具有很大的意义。1.3交流电量采集的现状及发展 在微型机应用初期，电力系统的参数普遍采用直流采样技术。直流采样，即通过变送器采样经过整流后的直流量，此方法软件设计简单，计算简便，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值。但直流采样方法存在一些问题，比如：测量精度直接受整流电路的精度和稳定性的影响；整流电路调整困难，而且受波形因数的影响较大等。此方法计算容易，计算量小，准确度较高（取决于变送器的精度）。但因变数器多，造价较高，占用体积也较大，也无法实现实时信号采集。随着技术的发展，现阶段用于电量测量仪表中的越来越多的采用交

12、流采样算法。交流采样技术是将被测电流、电压直接送入数据采集装置，在装置中经弱电用精密电流、电压互感器( SA/O.OSA, 100V/SV)变成小电压(或小电流)在标准电阻上的压降，通过A/D转换和CPU计算得到电流、电压的有效值、有功功率、无功功率、有功电度和无功电度等值。此方法可省去各种变送器和电度表，造价较低，准确度也很好，具有较好的实时性。交流采样技术将以往用硬件来实现的电参量计算用软件来实现。采用交流采样技术的好处有:(1)可以减少变送器等硬件设备的投入，省去了直流采样必须的交直流转换硬件单元，提高了计算速度;(2)可以充分的利用一些计算机算法本身具有的滤波功能，省略实际的滤波电路，

13、而且计算机算法本身又具有计算精度高的优点。基于交流采样技术的优点以及微机技术的发展，电力监控系统越来越多的采用交流采样技术进行电参量的测量。电力系统交流电量采集是指把电力系统的交流电压及电流等经过变换、滤波、S/H及A/D转换后得到对应该交流电量的离散化数据序列，并存放到存储器中的过程。交流电量的同步采集是指在电力系统的不同采样点同时开始采样，使不同采样点的采样结果在时间上具有同步性。电力系统随着自身的发展变得越来越复杂，电力系统的各种监测与保护装置都要用到交流电量采集这个环节，并且在诸多场合都要求交流电量的同步采集，这对电力系统继电保护、故障判断和系统稳定的分析与控制等都具有重要意义。1.4

14、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

15、干扰性能。2系统整体设计原理2.1交流采样法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、调度的自动化就显得十分重要，电量的数据采集是实现自动化的重要环节，尤其是如何准确、快速的采集系统中各元件的模拟量（电压、电流、功率等），是电力系统自动化的一个重要因素。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

16、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,常利用锁相环电路或过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

17、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个周期mT严格相等，它们之间的差异dhNmT，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。同步、准同步采样适用于已知信号在某种频率范围内变动的情况，若要对频率范围很宽的信号采样，则宜采用异步采样的方法。异步采样采取等间隔采样方式，在

18、较多周期上利用高采样率获取大量数据，对其求平均值，这样即使存在同步误差，其影响也将大为缩小。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，功率等参数，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） 式（2.1）离散化，以一个周期内有限个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 式（2.2）式（2.2）中：为相邻两次采样的时间间隔；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，即为常数 ，考虑到N=(T/)

19、+1，则有 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： 式（2.4） 计算一相有功功率的公式 式（2.5）离散化后为 式（2.6）式（2.6）中： 、为同一时刻的电流、电压采样值。功率因数可由下式求 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。具体内容会在第4章中详细讲叙。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）通过电压互感器PT和电流互感器CT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；

20、（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）LED显示器来实现系统功能。3器件介绍3.1单八路模拟开关CD4051模拟多路开关是一种重要的器件，在多路被测信号共用一路A/D转换器的数据采集系统中，通常用来将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换，以便计算机能对多路被测信号进行处理。 模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输入端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输入端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输入端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作

21、用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。本次设计的系统中用到的是CD4051，具体内容如下：单八路模拟开关CD4051图3.1 CD4501引脚图CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。其真值表见表3.1。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号。例如，

22、若模拟开关的供电电源VDD=5V，VSS=0V，当VEE=5V时，只要对此模拟开关施加05V的数字控制信号，就可控制幅度范围为5V5V的模拟信号。表3.1 4051真值表输入状态接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通3.2 AD574A的性能特点将模拟量转换成数字量的过程称为模数转换，即A/D转换，A/D转换是数据采集系统的重要环节。 常见的A/D转换器有四种类型:计数式A/D转换器;逐次逼近型A/D转换器,双积分型A/D转换器和并行A/D转换器。A/D转换器的品种繁多，性能各异，但从使用的

23、角度看，各类A/D转换器的外特性都包括:模拟信号输入端;数字信号并行输出端;启动转换的外部控制信号;转换完毕转换器发出的转换结束信号等。在将这些信号与CPU接口时要涉及到A/D转换器的输出方式和对启动信号的要求。图3.2 AD574A引脚图在数据采集系统中以逐次逼近式A/D转换器在与微型计算机接口时用得最广、最普遍，因此，本系统使用的即是这种A/D转换器，下面介绍其工作原理。AD574A是AD公司出品的12位逐次逼近型模数转换器，本系统采用它来实现将采集到的模拟电压和电流转换成数字量。其主要特性如下:具有内部参考电压源和内部时钟，输出带有三态输出缓冲器，因此使用方便，也便于和微机直接接口。转换

24、时间为25s，属于中档速度。输入模拟信号范围可为010V和020V，05V和010V两档四种。数模转换可以为12位，也可以为8位，故可适用于不同场合。输入控制信号有: 片选端，低电平有效。CE: 片使能端，高电平有效。必须和/CS同时有效时，AD574A才工作，否则处于禁止状态。R/C: 读出和转换控制。当R/C=0时，启动模数转换过程；当R/C=1时，读出模数转换的结果。A0和12/8:这两个控制信号用来决定是进行12位转换还是进行8位转换。STS：工作状态指示信号端。当STS=1时，表示转换器正处于转换状态；当STS=0时，AD转换结束。通过此信号可以判别AD转换器的工作状态，作为单片机的

25、中断或查询信号之用。各控制信号的组合功能如表3.2所示：表3.2 AD574A逻辑控制真值表CER/C12/8A0工作状态0XXXX禁止X1XXX禁止100X0启动12位转换100X1启动8位转换101接+5VX12位并行输出有效101接0V0高8位并行输出有效101接0V1低4位并行输出有效3.3集成采样/保持放大器LF398LF398是一种反馈型采样/保持器，也是目前较为流行的通用型采样/保持放大器。LF398是由场效应管构成，具有采样数度高、保持电压下降慢和精度高等特点。LF398由输入缓冲级、输出驱动级和控制电路三部分组成。模拟信号进行A/D转换时，从启动转换到转换结束输出数字量，需要

26、一定的转换时间。在这个转换时间内，模拟信号要基本保持不变。否则转换精度没有保证，特别当输入信号频率较高时，会造成很大的转换误差。要防止这种误差的产生，必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住，而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化。能完成这种功能的器件叫采样/保持器。采样/保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。图3.3 LF398引脚图当作为单一放大器时，其直流增益精度为0.002%,采样时间小于6us时精度可达0.01%;输入偏置电压的调整只需在偏置端(2脚)调整即可,并且在不降低偏置电流的情况下,带宽允许1MHz,其主要技术指标有: （1）工作电压：+5+18V； （2）采

27、样时间：10us； （3）可与TTL、PMOS、CMOS兼容； （4）当保持电容为0.01uF时，典型保持步长为0.5mV； （5）低输入漂移，保持状态下输入特性不变； （6）在采样或保持状态时高电源抑制。采样保持放大器LF398的直流和交流调零电路:调节1k电位器可使DC失调电压Vos为零。在保持设置模式下，调节10k电位器可使AC失调电压Vos为零。3.4 LM339电压比较器LM339电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见LM339引脚图的集成电路。利用LM339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路。图3.4 LM339引脚图LM399的特点与一些参数：（1）电压失

28、调小，一般是2mV； （2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v； （3）他对比较信号源的内阻限制很宽； （4）LM339 Vcc电压范围宽，单电源为236V，双电源电压为1V18V； （5）输出端电位可灵活方便地选用。 （6）差动输入电压范围很大，甚至能等于Vcc；3.5 74LS245 LED驱动芯片74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。图3.5 74LS245引脚图74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245

29、等总线驱动器。 当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；（接收） DIR=“1”，信号由A向B传输；（发送）当CE为高电平时，A、B均为高阻态。 由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得RD且PSEN有效时，74LS245输入（P0.1D1），其它时间处于输出（P0.1D1）。3.6定时器/计数器由于在本课题的设计中会用到单片机的定时/计数功能，所以在这里将定时器/计数器的特点详细介绍。定时和计数

30、是计算机控制系统中两个重要的功能，在实际系统中应用极为普遍，89C51单片机内部有两个16位可编程定时/计数器，即定时器T0和定时器T1。89C51单片机内部还有两个专用寄存器TMOD、TCON，可通过编程来设定有关参数，如方式选择、定时计数选择、运行控制、溢出标志、触发方式等控制字。3.6.1 TMOD和TCNO寄存器89C51单片机内部设置的两个16位可编程的定时器/计数器T0和T1，它们可以处于计数方式或定时方式。可通过设置特殊功能寄存器TMOD中都有一个控制位来选择T0或T1位定时器还是计数器。其状态字均在响应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，用户可以方便地选择适当的4中工作

31、模式中的一种。89C51单片机定时器/计数器的结构如图3.5所示。 微处理器CPUTH1TL0TH0 TL1TMODTCONT1T2图3.5 89C51单片机定时器/计数器的结构图 其中，特殊功能寄存器TMOD用于控制和确定个定时器/计数器的功能和工作模式；特殊功能寄存器TCON用于控制定时器/计数器T0、T1的启动和停止计数，同时包含定时器/计数器的状态。它们的内容靠软件设置。系统复位时，寄存器的所有位都被清零。（1）工作方式控制寄存器TMODTMOD用于设定定时器/计数器的工作方式及四种工作模式中的一种，其各位的定义如图3.6所示。图3.6 TMOD寄存器个为定义TMOD地址为89H，高4

32、位位定时器T1的方式控制字段，低4位位定时器T0的方式控制字段。 门控位GATE：当GATE=0时，定时器/计数器只有软件控制位TR0或TR1来控制启停。TRi位为1，定时器启动开始工作；位0时，定时器调整工作。当GATE=1时，定时器/计数器的启动要由外部中断引脚和TRi为共同控制。只有当中断引脚和为高时，TR0或TR1置1才能启动定时器工作。 C/: C/=0为定时器方式，采用晶振脉冲的12分频信号作为计数器的计数脉冲，即对机器周期进行计数。若选择12MHz晶振，则定时器的计数脉冲为1MHz。从定时器的计数值便可求得技术时间，故称为定时器方式。 C/=1为计数器方式，采用外部引脚（T0为P

33、3.4，T1为P3.5）的输入脉冲作为计数脉冲。当T0（或T1）输入发生高到低的负跳变时，计数器加1，最高计数频率为晶振频率的1/14。M1 M0：定时器的工作方式由M1M0二位的状态确定，对应关系如下所示。M1 M0 工作方式 功能描述0 0 方式0 13位的计数器，TLi只用低5位0 1 方式1 16位的计数器1 0 方式2 8位的自动重装计数初值的计数器1 1 方式3 T0分成2个独立的8位计数器（2）定时器/计数器控制寄存器TCON 控制寄存器TCON的主要功能是用于定时器的启动、停止以及在溢出时设定标志位和外部中断触发方式。它的字节地址位88H，位地址位88H8FH。其控制字各位的定

34、义如图3.7所示。 图3.7 TCON寄存器个位定义 低4位与外部中断有关，高4位的功能如下： TF1位T1的溢出标志位 当定时器T1溢出时，由硬件将TF1置1，并申请中断。当进入中断服务程序时，硬件又自动将TF1清零（也可以用软件清零）。 TR1位定时器T1的运行控制位 该位由软件置位和复位。当GATE(TMOD.7)为0时，TR1为1时允许T1计数，TR1为0时禁止T1计数；当GATE为1时，TR1为1时而且输入高电平时，才允许T1计数，TR1为0或输入为低电平时禁止T1计数。 TF0为定时器T0的溢出标志位 当定时器T0溢出时，由硬件将TF0置1，并申请中断。当进入中断服务程序时，硬件又

35、自动将TF0清零（也可以用软件清零）。 TR0为定时器T0的运行控制位该位由软件置位和复位。当GATE（TMOD.3）为0时，TR0为1时允许T0计数TR0为0时禁止T0计数；当GATE为1时，TR0为1而且输入高电平时，才允许T0计数，TR0为0或输入为低电平时，禁止T0计数。3.6.2定时器/计数器的初始化 定时器的功能是由软件来设置的，所以一般在使用定时器/计数器前均要对其进行初始化。初始化的步骤：（1）确定工作模式（是计数还是定时）、工作方式、启动控制方式，将其写入TMOD寄存器。（2）设置定时或计数器的初值：可直接将初值写入TH0、TL0或TH1、TL1中。16位计数初值必须分两次写

36、入对应的计数器。（3）根据要求是否采用中断方式：直接对IE为赋值。开放中断时，对应位置位；采用程序查询方式IE位应清0进行中断屏蔽。（4）启动定时器工作：可使用SETB TRi启动。若第一步设置为软启动，即GATE设置为0时，以上指令执行后，定时器即可开始工作。若GATE设置为1时，还必须由外部中断引脚(其中i为0或1)共同控制，只有当引脚电平为高时，以上指令执行后定时器方可启动工作。定时器一旦启动就按规定的方式定时或计数。3.7中断系统3.7.1中断系统概述当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

37、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。通常根据中断源的轻重缓急排队，优先处理最紧急事件的中断请求源，即规定每一个中断源有一个优先级别，CPU总是最先响应级别最高的中断。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

38、每一个中断源的优先级都可以由程序来设定。3.7.2中断源在89C51单片机中，有5个中断源：两个外部（P3.2）和（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。外部中断源：和89C51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活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3.8所示。图3.8 定时器控制寄存器TCON各位的定义89C51会在每个机器周期的S5P2时对和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89C

39、51设定为电平触发方式（即IT0=0或IT1=0），则CPU检测到/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/线上电平才能确定其上的中断请求是否有效，即前一次检测为高电平和后一次检测到为低电平时/上中断请求才有效。 由于外部中断信号每个机器周期被采样一次，有引脚和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个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。3.7.3中断

40、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。 中断的开放和屏蔽 89C51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，如图3.9所示为中断允许寄存器各位的定义。图3.9 中断允许寄存器IE现对IE各位的说明如下：EA(IE.7) 为CPU中断走允许位，EA=0，CPU关中断，禁止一

41、切中断。EA=1,CPU开放中断，而每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（）的中断允许位。EX1=1允许外部中断1中断；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允许T0中断，否则禁

42、止中断。EX0(IE.0) 为外部中断0（）的中断允许位。EX0=1允许外部中断0中断，否则禁止中断。中断允许寄存器IE的单元地址是A8H，个控制位（位地址为A8HAFH）也可位寻址，可以进行字节寻址也可位寻址。所以既可以用字节传送指令又可以用位操作指令来对各个中断请求加以控制。4 硬件模块设计本文所提及的中频电源测试系统所测试的对象为三相四线制的中频电源，额定输出电压为115V，频率为400Hz，有功功率14KW。需要精确测量和监控的电力参数主要有电压(V)、电流(A)、频率(Hz)、有功功率 (KW)和功率因数，系统对于负载变化所引起的电参数变化要求有较好的实时响应能力，能够实时显示当前电

43、力参数并对过压、欠压、过流、相序错等故障进行声光报警。根据功能要求，系统硬件结构如下图所示，由 AT89C51单片机、信号转换、交流采样、数码管显示、LED显示，按键选择和报警等功能模块组成。4.1信号转换和数据采集（1）电流变送器和电压变送器电流变送器和电压变送器是将交流电信号转换成直流电信号,输出的直流量与其输入电量成比例,经A/D转换接口电路进入主机。（2）数据采样通过电量变送器后交流大电压、大电流被变换成直流小电压、小电流。这样,运行人员可随时用键盘启动对信号的采样及A/D转换,以开始数据采集过程。采样的时间间隔由单片机内的硬件定时器确定, 即由定时器的定时中断信号启动片内的A/D转换

44、器开始新一轮 A/D转换。被测中频电源的输出电压经过变压器后滤去高频谐波送入 CD4501准备采集，输出电流经过互感器后滤去干扰信号，再经过精密采样电阻转换为电压信号送入CD4051准备采集。三相电压信号和电流信号经过CD4051后送入两片采样保持器 LF398，CD4051集成芯片的双路选择结构能够确保输出同相的电压信号和电流信号，其通道地址由 PORTA.0和 PORTA.1给出。两片采样保持器 LF398的逻辑控制信号同时由 PORTD.2给出，确保能够采集到同一时刻的电压信号和电流信号。LF398的输出信号由 PORTA.6、PORTD.7输入单片机，由采集程序完成数据采集。uBuA电 压变压器电 流互感器信号调理信号调理通道选择频率检测采样保持89C51单片机 按键选择LED显示数码管 显示 报警uCuAiCiBiA图4.1 硬件