的步伐。交直流同步测量技术的研究是对电力系统测量技术的发展与继承。
因此，为了简便测量操作、提高测量精度以及减小测量误差，设计交直流同步测量装置具有重要意义。
1.3设计的要求
（1）基本要求
1）设计并制作一个交直流电流电压同步测量装置（测量电压<300V，电流<5A）
2）至少提出三种以上的同步测量方法 （2）提高要求
1）交直流电流电压同步实时监测
2）测量装置与上位机组成远程联机测试系统
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第2章 系统设计方案的选择
2.1交直流同步测量系统总体设计方案与比较
方案一：用传统的万用表、功率计分别对被测电路进行各参数的测量。这种方式操作繁琐，不能达到同步测量的要求，而且若被测电路为交流电路时，其功率测出的结果精度不高，不适合在现场进行快速有效的测量。
方案二：采用多功能电力仪表计量芯片，如SA9904B，ATT7026A及CS5463。 南非微电子系统有限公司（SAMES） SA9904B 设计为测量有功与无功电能，RMS电源电压与频率的三相双向电能/功率测量集成电路。
ATT7026A是一颗高精度三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线应用。其能够测量各相以及和相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数。
CS5463是一个包含两个模-数转换器（ADC）、功率计算功能、电能到频率转换器和一个串行接口的完整的功率测量芯片。它可以精确测量瞬时电压，电流和计算Irms、Vrms、瞬时功率、有功功率、无功功率。
以上芯片均是高精度的电能计量芯片。不过它们都是面向特定交流系统（三相电路或四相电路）而设计的，本次设计是交直流电流电压同步测量，测量电压范围0-300V，因此选用这些芯片并不适合。
方案三：基于单片机设计测量装置进行交直流电流电压的同步测量
设计采样电路分别对电流、电压进行采样，经A/D转换器，将模拟量变为对应的数字量，再送往单片机进行处理，通过软件控制得出电流电压值；同时将采样后的信号通过过零比较器转换成方波，再送往单片机，通过定时器得到反映其相位差的时间，计算出相位差。这样由单片机处理得出被测电路的电流、电压、功率因数、有功功率和无功功率，然后通过液晶显示器显示出来。
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A/D转换器电流电压分别采样整流过零比较器单片机按键模块液晶显示模块 图 2-1 方案三原理框图 Figure 2-1 plan 3 principle diagram
方案四：设计采样电路分别对电流、电压进行采样，将电流转换成电压，经乘法电路将两路电压相乘，模拟量变为对应的数字量，若要使测量的精度要求高，可多次采样几组数据，然后再在程序中处理，求出平均值。这个方案没有考虑到交流电路中电流电压的相位差测量，因此功率因数、有功功率等参数的测量便无法实现，所以方案四不适合。
电压采样乘法器电流采样A/D转换器功率显示
图2-2 方案四原理框图
Figure 2-2 plan 4 principle diagram
考虑到设计要求中包含有直流部分的参数测量，选用专用电能计量芯片不太适合所以不采用方案二；考虑到测量精度与操作简便的要求，方案一和方案四都不满足。综合上述，本设计采用方案三。
2.2系统控制模块（MCU）
本系统是以单片机为控制模块来设计的，考虑到成本、功耗、可靠性等因素，采用宏晶STC90C516RD+单片机。
STC90C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。
⑴ STC90C516RD+主要功能
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1) 工作电压：5.5V-3.3V
2) 工作频率范围：0~40MHz，相当于普通8051的0~80MHz，实际工作频率可达48MHz
3) 有EEPROM功能 4) 看门狗
5) 内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M以下是，可省外部复位电路，复位脚可直接接地。
6) 3个16位定时器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。
7) 4路外部中断，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
8) 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 9) 工作温度范围：0~75℃（商业级） ⑵ STC90C516RD+各引脚功能介绍
STC90C516RD+引脚图如图2-2，各引脚功能见表2-1考虑到系统可靠性，虽然片上有复位电路，一般在设计时还是要加一个复位电路。在XTAL1和XTAL2间接上12M晶体，再接一个小电容，可使系统工作稳定，避免噪声干扰。
图2-3 STC90C516RD+引脚图
Figure 2-3 STC90C516RD + pin figure 管脚
管脚编号
说明
P0:P0口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总
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P0.0 –P0.7 39-32
P1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P2.0-P2.7
1 2 3 4 5 6 7 8 21-28
P3.0/RxD P3.1/TxD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD P4.4/PSEN P4.5/ALE P4.6/EA RST XTAL1 XTAL2
10 11 12 13 14 15 16 17 29 30 31 9 19 18
VCC Gnd
40 20
线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，上电复位后处于开端模式。P0口内部无上拉电阻，所以作I/O口必须外接10K-4.7K的上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是地位8位地址线[A0-A7]，数据线的[D0-D7]，此时无需外接上拉电阻。
P1.0:标准I/O口 PORT1[0] T2:定时器/计数器2的外部输入
P1.1:标准I/O口 PORT1[1] T2EX:定时器/计数器2捕捉/重装方式触发控制 标准I/O口 PORT1[2] 标准I/O口 PORT1[3] 标准I/O口 PORT1[4] 标准I/O口 PORT1[5] 标准I/O口 PORT1[6] 标准I/O口 PORT1[7]
Port2：P2口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高8位地址总线使用（A8-A15）。当P2口作为输出/输出口时，P2是一个8位准双向口。
P3.0:标准I/O口 PORT3[0] RxD:串口1数据接收端 P3.1:标准I/O口 PORT3[1] TxD:串口1数据发送端
P3.2:标准I/O口 PORT3[2] INT0:外部中断0，下降沿中断或低电平中断
P3.3:标准I/O口 PORT3[3] INT1:外部中断1，下降沿中断或低电平中断
P3.4:标准I/O口 PORT3[4] T0:定时器0的外部输入 P3.5:标准I/O口 PORT3[5] T1:定时器1的外部输入 P3.6:标准I/O口 PORT3[6] WR:外部数据存储器写脉冲 P3.7:标准I/O口 PORT3[7] RD:外部数据存储器读脉冲 P4.4:标准I/O口 PORT4[4] PSEN:外部程序存储器选通信号输出引脚
P4.5:标准I/O口 PORT4[5] ALE:地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚
P4.6:标准I/O口 PORT4[6] EA:内外存储器选择引脚 复位脚
内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振的一个引脚。当直接使用外部时钟是，此引脚是外部是钟源的输入端。 内部时钟电路反相放大器输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源是，此引脚可浮空，此时XTAL2实际将XTAL1输出的时钟进行输出。 电源正极 电源负极，接地
表2-1 单片机引脚功能表
Table 2-1 single chip microcomputer pin function table
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