基于AVR单片机的中频电源测试系统的设计
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2020-11-10
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基于基于AVR单片机的中频电源测试系统的设计单片机的中频电源测试系统的设计
1 引言 电参数的测量和监控是电力系统的重要组成部分，本文从测试系统的工程学实际出发，完成了对中
频电源系统的电压、电流、频率、功率因数、有功功率等参数的测量和实时监控，较好的实现了中频电源测试
系统的功能和工程要求。 AVR单片机相对传统的 51系列单片机，具有更高的集成度和更强的功能，与 C语
言有很好的兼容性，RISC指令架构使其运行速度可达 1MIPS/MHZ。随着其越来越广泛的应用，必将取代 51系
列成为单片机的主流。其主要功能包括看门狗、FLASH程序存储器、 E2PROM、 A/D转换器、定时器、计数
器、USART接口等多种功能，这使得本测试系统的硬件实现变得简单，可靠。 2
1 引言引言
电参数的测量和监控是电力系统的重要组成部分，本文从测试系统的工程学实际出发，完成了对中频电源系统的电压、电
流、频率、功率因数、有功功率等参数的测量和实时监控，较好的实现了中频电源测试系统的功能和工程要求。
AVR单片机相对传统的 51系列单片机，具有更高的集成度和更强的功能，与 C语言有很好的兼容性，RISC指令架构使其
运行速度可达 1MIPS/MHZ。随着其越来越广泛的应用，必将取代 51系列成为单片机的主流。其主要功能包括看门狗、
FLASH程序存储器、 E2PROM、 A/D转换器、定时器、计数器、USART接口等多种功能，这使得本测试系统的硬件实现变
得简单，可靠。
2 硬件结构设计与实现硬件结构设计与实现
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，昀大功
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 AVR单片机（ ATMEGA8535）、信号转换、交流采样、数码管显示、
LCD显示，按键选择和报警等功能模块组成。2.1信号转换和数据采集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 CD4052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 CD4052准备采集。三
相电压信号和电流信号经过 CD4052后送入两片采样保持器 LF398，CD4052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。
频率测量是通过将 CD4052输出的单相电压信号经电压比较器 LM339转变为方波信号，由锁相器 74HC4046进行频率跟
踪，再用分频器 74HC4020分频后输入单片机的 PORTD.6，利用单片机的输入捕获功能测量频率。
2.2显示接口、按键接口和报警功能
数据显示部分由数码管和 LCD显示两部分组成，按键主要用来进行显示切换和系统复位。其接口和驱动电路如下图所
示：
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