基于單片機的工頻相角源

0概述

具有一定相位差的兩列正弦信號(簡(jiǎn)稱(chēng)相角源)，在電力系統各種計量?jì)x表的自動(dòng)化校驗與繼電保護中使用的繼電器的檢驗電源等領(lǐng)域中有著(zhù)廣泛的使用，為此，我們設計了一種工頻相角源，該相角源的設計方法也是目前國內外電力系統及其他一些行業(yè)正積極推廣的新技術(shù)，它以單片機為控制核心，通過(guò)間接頻率合成器 (IS)改變信號的頻率，通過(guò)數字波形發(fā)生器產(chǎn)生兩列信號并實(shí)現數字調角，通過(guò)程控衰減器實(shí)現幅度調整?？傮w框圖如圖1所示，可實(shí)現的技術(shù)指標如下：頻率范圍為1Hz～1kHz，最小步長(cháng)為1Hz，相角范圍為0°～360°，最小步長(cháng)為0.5°，電壓有效值范圍為0～10V，調整的最小步長(cháng)為0.01V。

1間接頻率合成器(IS)

在相角源系統中，時(shí)鐘信號fCLK的穩定是很重要的，無(wú)論是相角精度，還是信號的頻率穩定度都與fCLK有關(guān)。為了達到要求，我們選擇了32768Hz的晶體振蕩器產(chǎn)生基準信號，用定時(shí)/計數器8253以及CD4046鎖相環(huán)構成間接頻率合成器。電路圖如圖2所示。8253的T1作為固定的2048分頻器，則fr=32768÷2048=16Hz，T2用作可編程分頻器，分頻系數M=N×45(N=1,2,3,…，1000)于是，得到了fCLK=Mfr=N×45×16=N×720Hz。

2數字波形發(fā)生器

該部分電路由兩個(gè)可預置的720進(jìn)制計數器，兩片EPROM，兩片DAC08320及運放等組成。電路如圖3所示，把一個(gè)周期的正弦信號按每0.5°劃分成720個(gè)點(diǎn)，對應的量化數據分別存放在兩片EPROM2716中，以?xún)蓚€(gè)可預置的720進(jìn)制計數輸出與兩片EPROM的地址線(xiàn)連接，用同一時(shí)鐘fCLK同時(shí)讀出兩片EPROM的數值分別送給兩路D/A轉換器產(chǎn)生兩列正弦波。通過(guò)對兩個(gè)地址計數器預置不同的初值，產(chǎn)生所需的相角，兩列正弦信號對應的頻率為上述分頻器中的N值。第1個(gè)計數器的置數端全部接地，設第2個(gè)計數器的預置初值為Z，可得v′01與v′02之間的相角為△φ=Z×0.5°，這兩個(gè)計數器用1片GAL器件實(shí)現。由于十進(jìn)制數720轉換成二進(jìn)制數后10位，而所用單片機為8位，我們用 74LS377，74LS74等實(shí)現了8位到10位數據的拼裝。0832接成直通型，第一級運放實(shí)現了電流到電壓的轉換，輸出電壓為0～-5V，第二級運放把單極性的0～-5V轉換成雙極性-10.242V～10.242V，有效值為10.24V。

3程控衰減器

該部分電路如圖4所示，只畫(huà)第一路，第二路與第一路相比只是程控衰減器的片選信號不同。在實(shí)際應用中往往需要輸出信號電壓的有效值可調，為此，我們用AD7520設計了程控衰減器，使輸出信號的電壓有效值從0～10V，以0.01V為步長(cháng)可預置步進(jìn)調整。由于=0.01V，可達到步長(cháng)為0.01V的精度要求。8位單片機與10位AD7520之間需要接口轉換，可參考圖3中8位到10位數據拼裝的轉換電路。

圖中低通濾波器的作用是濾除波形中的小臺階，功率放大器的作用是提高該信號源的帶負載能力，關(guān)于功放電器已有很多電路可供選用，此處不再贅述。

4單片機最小系統及軟件流程

單片機最小系統構成如下：89C51單片機，鍵盤(pán)顯示專(zhuān)用芯片8279，譯碼器74LS154。軟件流程如圖5所示，由于篇幅所限，此處不再詳細介紹。需要說(shuō)明的是，上述設計我們只討論了兩路信號，采用與第二路同樣的電路可以擴展第三路以滿(mǎn)足三相交流電路中儀表之用。お

參考文獻
1宋定華.單片機原理及接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2001.4
2江大川.多功能電度表的功能自動(dòng)考檢系統.電測與儀表，2001.1