基于PIC单片机使用C语言实现对交流电中电压、电流分析
摘要：电学参量测量技术涉及范围广，特别是电压、电流表广泛适用于学校、工业、科研、国
防等各种领域，供实验室和工业现场测试用。随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天。数字电压、电流表已成为电压、电流表设计的主要方向，在当前电压、电流测量系统中占有非常重要的位置。我们在分析研究和总结了单片机技术的发展历史及趋势的基础上，以实用、可靠、经济等设计原则为目标，设计出全数字化测量电压电流装置。本设计所完成的全数字电压、电流表将所测信号通过数据采集、数制处理，通过单片机控制最终使其相应值显示在四位串行数码管上，并同时利用串口发送给计算机，并以适时波形显示。而且此设计通过对被测信号的判断和量程选择器的控制，实现了在高精度仪表中的八个档位的量程自动调节，既保证了弱信号的测量精度又兼顾了强信号的测量范围。同时，克服了在采用传统的手动选择量程档位的电压、电流表时，忘记转换档位而造成仪表测量精度的下降或损坏的危险。系统主要以单片pic18f452为控制核心，整个系统由中央控制模块、量程自动转换模块、A/D模数转换模块、LED显示模块和串口通信模块组成。可实现对待测电压、电流的测量，在数码管上显示。
关键词：pic185f452 电压电流 有效值 最大值 设计要求概述：
A、以18F452单片机为核心芯片，设计一个单通道模拟电压、电流采集电路，要求对所接通道变化的模拟电压、电流值进行采集，采集来的数字量一路送至液晶显示，通过相关转换在液晶上显示出来；
B、能够对直流电压与电流进行相应的采集和转换； C、利用lcd对电压值进行显示，精确到小数点后三位； D、设计系统的硬件与软件电路，并写出相关程序进行调试； E、画出电路图；
F、完成对设计方案的论证，并做好分析和总结工作。
第一章 电压、电流信号分析
1.1 电压、电流信号的客观现象
交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的, 如果让交流电和直流电通过同样阻值的电阻, 如果它们在同一时间内产生的热量相等, 这一交流电电流的有效值就与这个直流电的电流数值相等.理论分析表明, 交流电流的有效值的定义式为1T2idt，由此可知，交流电流的有效值?0T等于电流瞬时值的平方在一周期内平均值的平方根, 因此有效值又称为均根值平均值是指在一个周期内交流电的绝对值的平均值。
1.1.1正弦交流电
正弦表示为：i?Imsin?t
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由定义的它的有效值：
正弦交流电i-t图
1T22I?Imsin?tdt
T?0 ?Im1T1?cos2?tdt ?0T2T1?Tdt??cos2?tst? ??0?0?2T??Im ?ImI1?0?m 22同理可知：正弦交流电的电压有效值为：
Um1T2 U?udt?T?02而对称交流电在一个周期内的平均值应为正半周期内的平均值：
2I2TI??2Imsin?tdt?mT0T??T20sin?td??t?
T2Im2Im2??cos?t|???0?1?1? T?T??2Im?
1.2 电压、电流信号的时序分析
时序分析即时间序列分析，它把依某一规律变化的信号（数据）看成是依时间变化而变化的先后有序的数据。在此文中，我们研究的是电压信号的时序分析。
我们此次采样的对象是50Hz的交流电，那么其周期就是20ms；其经过整流电路之后就转换成为电压正弦脉冲，其周期就缩短了一半为10ms,那么其频率就变为了100Hz。那么我们现在处
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理的对象就转换为了频率100Hz的电压正弦脉冲。在时间上，我们100us采集一个点，那么在一个周期内就可以采集100个点；在幅值上，对应时间上的100个点就有100个不同的幅值与之对应；之后根据要求对这些电压值进行相应的处理。
1.3 电压、电流信号的时序采集
整流电路
AD转换模块
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时间上的量化
幅值上的量化：
一次差分：
M1= m2 -m1
M2=
m3 -m2
二次差分：
S1=M2-M1 S2=M3-M2
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1.4 电压、电流信号采集精度和分辨率
分辨率；用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。为了缩短量化一个采样值所需的时间，一般均把采样值经过舍入变为只有有限个有效数字的整数，这个整数最大为255时，用二进制表示有8bit，最大为1024时，用二进制表示有10bit,最大为4095时，用二进制表示有12bit，分别表示量化能达到的精度；此次我们采用的18F452单片机其内部A/D转换器为10bit。
我们采集的电压信号为0-5V, A/D转换器为10bit,最大值为1024，且在实际电网中我们生活中的实际电压范围为0-999V(我们自己拟定的，当遇雷击时电网中的电压值高达999V)
精度：
实际采样电压：0-5V A/D转换位数：0-1024 电网实际电压：0-999V (1) 5V/1024=0.00488V (2) 999V/1024=0.975V
所以，在采集时可识别电压值为4.9mV,对应可识别的实际电网中的电压值为1.0V
第二章 系统设计
2.1 系统的组成
系统组成包括两个方面，硬件部分和软件部分，硬件部分主要是基于PIC18F452单片机对电压、电流信号的采集，采集模块包括：信号采样/保持电路，A/D转换电路。数据的处理模块包括过零检测电路，数据处理转换电路。软件部分主要是对采样电路以及数据处理部分的程序编写。
信号发生器 桥式整流 信号采样/保持 A/D转换 数据转换 电压、电流的分析 系统组成方框图
在信号采样过程中，有初始化程序，过零检测程序及信号采集程序，在A/D转换中，有量化编码程序，使信号能够以数字形式输出，在数据转换电路中，通过程序编写，将数字信号转换成计算机能识别的二进制形式。
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