交直流数据采集系统的研制

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1、交直流数据采集系统的研制

2、第1，称作同步误差。同步误差总是存在的，即使周期Ｔ获得的可信度已很高，但无论是预先确定采样间隔τ，实时确定采样次数500)this.style.ouseg(this)">，还是预先确定采样次数Ｎ，实时确定采样间隔500)this.style.ouseg(this)">，由于取整的原因，这种由计算带来的截断误差500)this.style.ouseg(this)">总是在所难免的。在实际测量中，很小的同步误差也会产生较大的测量误差。据此分析使我们想到，如果采样次数和采样间隔都不预先确定，微处理器在

3、得到信号的实测周期后，用寻优的方法来确定采样参数N和т，以期最大限度地减小同步误差或周期截断差，使系统的运作更接近于同步采样的理想式N.т=T。这就提出了参数自寻优等间隔同步采样的基本思路。按照这个思路，我们可以让微处理器实时计算m个T周期内，采样次数的下限Ｎｄｗ和上限Ｎｕｐ间使误差判据最小的N值和τ值，作为ｍ个信号周期内的采样次数和采样间隔。用ｍ个信号周期来做为采样周期，一是为了找到更为优化的Ｎ和τ；二是能使（ｍ·Ｔ）／Ｎ足够长，以便有充裕的时间完成所需进行的实时运算。Ｎｄｗ的确定应满足香农采样定理，即使Ｎｄｗ／ｍ大于

4、2倍的最高次谐波的次数ｋｍａｘ。Ｎｕｐ的确定受微处理器运算速度和Ａ／Ｄ转换器转换速度的限制。总之，ｍ、Ｎｄｗ、Ｎｕｐ的确定既有各自的限制又要有相关联的考虑。误差判据可以采用使同步误差ΔＴ最小，也可以采用使周期截断误差500)this.style.ouseg(this)">最小。1.2软件编程图１是采样参数自寻优子程序的框图。图中的符号ΔＴｍｉｎ、ΔＴｍａｘ为较小、较大同步误差暂存单元；Tｍｉｎ、Tｍａｘ为较小、较大同步误差时的采样间隔暂存单元；Ｎｍｉｎ、Ｎｍａｘ为较小、较大同步误差时的采样次数暂存单元；Nn、тn是循环

5、比较中采样次数和采样间隔的暂存单元；No、тo是最优采样次数和采样间隔的暂存单元。仪器的微处理器采用89C52单片机，在时钟频率为12MHz时，采样参数自寻优子程序的运行时间约为18ms左右（Ｎｕｐ－Ｎｄｗ＝80时）。在工频测量中采样周期取５个信号周期时，每秒可更新显示数据4～5次，这样的测量速度显然已能满足大多数现场测量的要求。采样参数的自寻优使同步误差大大地下降，使由同步误差引起的测量误差下降到可忽略不计。仪器采用12bitA/D转换器，使交流电压电流的测量精度达到0.1级交流功率的测量精度达到了0.2级。　　　　

6、　　　　　　　　　　　　　　２双向过零鉴相技术2.1单向过零鉴相的缺陷单向过零鉴相的原理是两个同频正弦信号A和B，经过比较器过零比较和整形后，输出两个占空比为50%的方波脉冲ＰＡ和ＰＢ，ＰＡ和ＰＢ通过一鉴相电路得到ΦＡＢ，我们称ΦＡＢ为信号A和信号B的相位差。但实际的情况并非如此理想，由于受失调和温漂的影响，将使比较器不能在实际的过零点及时翻转。正失调时，比较器输出脉冲的占空比小于50%，负失调时，比较器输出脉冲的占空比大于50%。由此，不管我们是用正向过零鉴相还是负向过零鉴相，都将给相位测量带来误差。除非两个比较通道具

7、有相同的失调极性和相同的失调量，而这又是一种不现实的理想状况。2.2双向过零鉴相的原理与实现既然误差是由过零脉冲偏离了50%的占空比而引起的，那么我们可以将两个失调方波脉冲修正成理想方波后再进行鉴相，或者用测量两个方波脉冲中心点的时间差来得出相位差。最简单的方法是对正向过零鉴相的结果和负向过零鉴相的结果取均值，把这个均值作为所期望的鉴相结果。这是运用了计量学中的系统误差正反向抵消法，我们称之为双向过零鉴相技术。频率、周期以及相位差的数字化测量，其基本思想都是通过门控技术将输入的未知量与已知的基准量进行比较后，量化计数再处

8、理显示。单片机本身就含有定时器／计数器，为解决定时门控和计数填充提供了基本条件。信号的正向过零和负向过零使比较器的输出从高到低或从低到高翻转，单片机的外中断口在响应这种变化时，就需要具有信号的高电平与低电平均能触发中断的功能。51系列的单片机在许多方面都具有优秀的性能，但它的外中断口只能低电平或下降沿触发，这给许多实际应用带来了困难。500)this.style.ouseg(this)">据此，我们只好给单片机重构一个外中断口，它在仪器进行相位测量时，高电平或低电平都能触发单片机的外中断口。具体线路原理如图2所示。这

9、个重构的外中断口由一个异或门电路和单片机的外中断口加一条I/O线组成。它是这样工作的：第一步，单片机置I/O线为低电平送与异或门的一个输入端，则异或门的输出端的电平高低反映了它另一个输入端电平的高低。第二步，单片机从/INT线测得信号电平的高低，取反后再从I/O线输出，使异或门的两个输入端处于不同的电平，则异或门的输