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摘 要

功率是电力设备中的重要物理量，对它的测量有一定的实用价值。本文中的数字功率测量仪以AT89C51单片机为核心，由电压、电流互感器模块，模拟乘法器模块，A/D转换模块及控制、显示模块等构成。系统采用电压，电流互感器对输入信号进行处理，用模拟乘法器实现两个模拟信号的相乘，经ADC0809将模拟信号转换为数字信号送入单片机内处理后通过LCD显示出来。文中介绍了数字功率测量仪的测量原理以及测量仪的硬件和软件的设计。本设计的硬件电路比较简单，这大大的降低了成本，调试和维护起来更加的方便。

关键词：功率测量，AT89C51，模拟乘法器，A/D转换，LCD

Abstract: Power is an important physical quantity of electrical equipment, thus it has practical value for the measurement of it.This article takes AT89C51 single chip microcomputer as the core.The system adopts the voltage and current mutual inductor module,analog multiplier module,A/D converter module,the control module and so on.Voltage and current transformers are used in this system for processes the input signals.The two analog signals are multiplied by the analog multiplier. The ADC0809 converts the analog signal into the microcontroller for digital signal processing. The signals display on the LCD.This article introduces the principle of the digital power meter ,the design of the hardware and software.The hardware circuit of the article is simple, the cost is low, and the debug and matain is more convenient.

Keywords: Power measurements，AT89C51，1analog multiplier，A / D conversion，LCD

目 录

1 前言 5

1.1 功率测量仪的发展状况 5

2 功率测量仪的电路设计 5

3 各部分总体电路的设计 6

3.1 电压、电流互感器 6

3.2 模拟乘法器 7

3.3 A/D转换电路 8

3.4 AT89C51单片机的工作原理 10

3.4.1 单片机的复位电路 12

3.4.2 单片机的时钟电路 13

3.5 液晶显示 14

4 系统的软件设计 16

4.1 主程序设计 16

4.2 A/D转换设计 17

4.3 液晶显示设计 17

5 设计扩展 18

结论 19

参考文献 20

致谢 21

附录一:完整电路图 22

附录二:程序清单 23

1 前言

在科学技术迅猛发展的时代，电子技术在不断发展与更新，其产品几乎渗透到了社会的各个领域，同时电子产品性能有了进一步提高，产品更新也越来越快。在电工与电子技术应用中，经常要测量功率。功率测量仪在生产生活中起着无法替代的作用，因而设计出安全、可靠、廉价的功率测量仪是非常有必要的。本文中的数字功率测量仪以AT89C51单片机为核心，由电压、电流传感器模块，模拟乘法器模块，A/D转换模块及控制、显示模块等构成。

1.1功率测量仪的发展状况

功率测量仪是一种电测仪表，电测仪表的发展经历了几个阶段:首先是指针式仪表，如模拟万用表，电流表，电压表。然后是数字测量仪表，将模拟信号转化为数字信号，经过计算处理并显示出来。之后又是智能仪表，指含有相应的处理器控制数据的采集，并且对数据进行分析处理。

以前的指针式仪表的测量方法大多数采用直接测量或间接测量，电子线路比较复杂，不便于测量与维护。本文的数字功率测量仪以单片机为核心，不但能达到相应的技术指标而且还缩小了体积，功效，可靠性明显提高。

2 测量仪的总体电路设计

本方案的功率测量仪以AT89C51单片机为核心，采用数字化测量方法，实现对功率的测量。本设计由电压,电流互感器、模拟乘法器、A/D转换和液晶显示器组成。功率是用互感器后的电压和电流通过模拟乘法器获得。再通过A/D转换经液晶显示器显示出来，系统总体框图如图2-1所示:

用电设备

图2-1 系统框图

图中给出了整个系统设计的系统框图，系统主要由五个主要部分组成:电流，电压互感器模块、模拟乘法器模块、 A/D转换模块、单片机控制模块、液晶显示模块。

3 各部分电路的设计

3.1 电压,电流互感器

电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。而电压互感器变换电压的目的，主要是给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。

电流互感器的作用就是用于测量比较大的电流。电流互感器把大电流按一定比例变为小电流，提供各种仪表使用和继电保护用的电流，并将二次系统与高电压隔离。它不仅保证了人身和设备的安全，也使仪表和继电器的制造简单化、标准化，提高了经济效益。输入电流时次级会产生一个与变比相应的输出电流。通过运算放大器将电流信号转换成电压信号，调节反馈电阻Rf的值在输出端得到所要求的电压输出。

图3-1 电压互感器 图3-2 电流互感器

本文采用的电压传感器如图3-3所示, 电压传感器工作原理为: 不同输入电压通过限流电阻，使一次测流过不同的电流，二次测得到一个与一次相同的电流。经运放或者电阻直接取样，得到不同的输出电压，采用运放取样精度更高。

图3-3 电压互感器电路图

本文采用的电流互感器如下图3-4所示，图中T2为电流互感器TAI2-200。其工作原理为:次级电流将初级电流衰减，得到小电流，再通过电阻或运放取样得到电压信号。

图3-4 电压互感器电路图

3.2 模拟乘法器

模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口，即X和Y输入端口。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。

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