基于单片机c8051f005的谐波分析仪设计

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1、基于单片机C8051F005的谐波分析仪设计摘要本文介绍了基于C8051F005谐波分析设计。谐波测量在电力系统中占有重要的地位和作用，及时、准确地掌握电网中谐波的实际状况对于电力系统的安全、运行具有重要的意义。由于谐波具有固有的非线性、随机性、非平稳性和影响因素的复杂性等特征，难以对谐波进行准确测量。本设计以C8051F005为CPU,由于此CPU运算速度快,利用数字信号处理技术进行谐波分析的实时性比较好，提高了快速离散傅立叶变换(FFT)的处理速度,实现了256点FFT单片处理.根据电力系统谐波测量的

2、基本要求，概述了电力系统谐波测量的硬件实现，并对应用于谐波测量的方法进行了分析和评述。实验表明,用C8051F005单片机实现FFT的算法,对电力系统谐波进行分析是一种可行的方案.关键词C8051F005单片机,快速傅立叶变换,谐波,电力系统；1引言随着电力电子技术的发展，电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大影响。谐波被认为是电网的一大公害，同时也阻碍了电力电子技术的发展。因此，对电力系统谐波问题的研究已被人们逐渐重视。谐波问题涉及面很广，包括对畸

3、变波形的分析方法、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿和抑制、谐波限制标准以及谐波测量及在谐波情况下对各种电气量的测量方法等。谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，也是研究分析谐波问题的出发点。由于谐波具有固有的非线性、随机性、非平稳性和影响因素的复杂性等特征，难以对谐波进行准确测量，这里介绍对谐波测量方法之一。随着现代工业的高速发展，电力系统中的非线性负荷日益增多，电力系统谐波污染问题受到了广泛的重视。及时、准确地掌握电网中谐波的实际状况对于电力系统的安全、经济运行具有重要的意义。 1、电力系统谐波测量

4、的基本要求　　（1）精度要求。为提高测量的精确，测量仪器需具备抗御噪声、杂波等非特征信号的能力。　　（2）速度要求。要求测量仪器具有较快的动态跟踪能力。　　（3）稳定性好。在电力系统的正常、异常运行情况下测量仪器都能测出谐波。2、电力系统谐波测量的主要方法　基于傅立叶变换的谐波测量是当今应用最多也是最广泛的一种方法。使用此方法测量谐波，精度较高，功能较多，使用方便。其缺点是计算量大，计算时间长，从而使得检测时间较长，检测结果实时性较差。而且在采样过程中，当信号频率和采样频率不一致时，会产生频谱泄漏效应和栅

5、栏效应，使计算出的信号参数(即频率、幅值和相位)不准确，尤其是相位的误差很大，无法满足测量精度的要求，因此必须对算法进行改进。 2谐波分析仪的结构框图系统的组成框图见图1，包括数据采集电路，键盘显示单元、C8051F005控制单元、控制单元。数据采集电路由交流衰减和信号调整电路组成。电力系统的动态信号被数据采集电路处理后，送到C8051F005处理器，实时有关的电力系统，如电压、谐波分量等参数测量，并监测电力系统正常与否。C8051F005控制单元除监测和测量外，还能根据参数测量结果和事先先设定的逻辑对控

6、制单元的动作加以控制，并记录异常事件的数据，建立了数据库，数据库的内容包括事件的性质（如过压、谐波超标等）。谐波分析仪可通过人机交换接口（菜单、键盘）实现整个系统的参数和控制逻辑设置，对系统线路控制。C8051F005控制单元数据采集电路键盘显示单元图1系统框图3谐波分析仪硬件3.1C8051F005单片机的特点C8051FXX系列单片机是美国CYGNAL公司推出的一种与51系列单片机内核兼容的单片机。（1）内核采用流水线结构，速度可达25MIPS（25MHZ晶振），比普通的51单片机快10倍；其指令与标

7、准系列51单片机兼容，因而掌握开发过程非常容易；该芯片的JTAG调试方式支持在系统、全速、非插入调试和编程，且不占用片内资源。（2）片上集成有32KBFLASH、2304B内部RAM、32个I／Ｏ口、8通道12位100KSPS的可编程增益ADC、8通道10位100KSPS可编程增益ADC、２路12位DAC、2路模拟比较器、内部电压基准和看门狗等功能。由于C8051F005的高集成度，因而无需外扩ROM、RAM、AD、DA、WATCHDOG、可编程I/O口和EEPROM（用片内FLASH实现），从而大大简化

8、了硬件电路，并为构成以C8051F005为核心的单片机系统创造了条件，同时也提高了系统的可靠性。（３）片内集成有２个UART、1个SM（兼容I2C）和1个SPI，在工业控制设计时更方便，控制可靠性也增强了。（４）可编程的16位计数器阵列PCA有5个捕捉／比较模块和4个通用16位计数器／定时器，这一为要求定时器／计数器具有较多的测控节点提供了方便。（５）C80581F005能满足绝大多数工业测控节点的要求，能够形成以C805