1、 1 引言引言 传统的电工量（电压、电流、频率、功率因数、各种功率、纹波系数等）测量使 用各种各样的测量仪表，但计算机技术的发展已经为新型电工测量系统的设计提供了 可能。对用户负载的电压、电流进行取样，应用数据采集与数据处理技术可以方便地 给出电压（电流）的各次谐波成分的幅度、频率与相位，从而利用计算方式可以一次 性地给出前述众多电工量，实现一机多用。 1.1 课题课题研究的研究的背景背景 电学参数测量技术涉及范围广，特别是微电压、微电流、高电压以及待测信号强 弱相差极大的情况下，既要保证弱信号的测量精度又要兼顾强信号的测量范围，在技 术上有一定的难度。传统的低成本仪表在测量电压、电流时都采用
2、手动选择档位的方 法来转换量程。在使用中，当忘记转换档位时，会造成仪表测量精度下降或损坏。 现 代电子测量对系统的精度要求越来越高且智能化程度也越来越高。 近十几年来，单片机作为微计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已 经对人类社会产生了深远的影响。单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集及处 理、科技计算、商业管理及办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积 小、重量轻、耗能省、价格低可靠性和通用灵活性等特点，尤其是美国 Intel 公司生产 的 MCS-51 系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性好、结构简单、 价格低廉、易于使用等优点，在我国已经得到广泛的应用
3、。由于 MCS-51 单片机易于 学习、掌握、性能价格比高，另外以 MCS-51 单片机的基本内核为核心的各种扩展型、 增强型的单片机不断推出，所以在今后若干年内，MCS-51 系列单片机仍是我国在单 片机应用领域中首选机型。单片机技术在自动控制领域中有着十分广泛的应用。如汽 车、航空、电话、传真、视频等，很多行业设计自动控制情况下，通常会涉及单片机 技术。 1.2 课题课题研究研究的的意义意义 电压、电流是基本的物理量，对电压、电流进行测量的要求是普遍存在的，无论 在科学研究生产实践，或是在日常生活中，人们都需要对电压进行测量。不仅电量， 即使是非电量也常常是借助电压、电流测量的方法来进行研
4、究。本设计的最基本的功 能就是实现一定范围内的电压、电流的测量。 功率因数是交流电路的重要技术数据之一。功率因数的高低，对于电气设备的利 用率和分析、研究电能消耗等问题都有十分重要的意义。因此,在电力系统和工业生产 中,功率因数的在线精确检测对电量计算及无功功率补偿计算十分重要。所谓功率因 数，是指任意二端网络（与外界有二个接点的电路）两端电压 U 与其中电流 I 之间的 位相差的余弦。在二端网络中消耗的功率是指平均功率，也称为有功功率，它等于 T 09 = 500 由此可以看出，电路中消耗的功率 P，不仅取决于电压 V 与电流 I 的大小，还与 功率因数有关。电路的功率因数定义为有功功率 P 与视在功率功率 S 的比值，即： PP cos= SU I 其中，角表示功率因数角，代表了电压 U 与电流 I 之间的夹角。功率因数也就 是功率因数角的余弦，因此，测出电压与电流间的相位差，就可以计算出功率因数。 功率因数的大小，取决于电路中负载的性质。对于电阻性负载，其电压与电流的位相 差为 0，因此，电路的功率因数最大（cos=1） ；而纯电感电路，电压与电流的位相差 为
