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电压传感器完成对电压的检测，其中 1-3端用于检测电源电压 U1、1-2端用于检测附加电阻电压 U2、2-3端用于检测负载电压 U3。

单片机选用 PIC16F877单片机，该芯片是目前集成外围设备模块最多、功能最强的单片机系列之一 [4]。该单片机芯片带有 8通道、10位分辨率的数模转换器 ADC模块，并具有 4K的 FLASH程序存储器。RA端口是一个只有 6个引脚的双向 I/O端口，它在基本输入/输出功能的基础上复合了 A/D转换器功能，通过端口方向控制器可定义端口引脚为输入或输出。RB、RC分别为具有 8个引脚的输入/输出可编程接口，每个I/O口能提供或吸收 20mA的电流，能直接驱动发光二极管和固态继电器，并有看门狗电路。具有外部电路结构简单，使用方便，性能可靠的特点。功率因数由单片机直接输出通过 4位红色高亮度数码管，对功率因数进行显示，显示精度达到0.001。

3个检测电压经输入接口 RA的 RA0、RA1、RA2管脚输入给单片机，首先经 A/D转换器将功率因数转换成数字信号并进行保存，并将经转换后的数据经 RC和 RB接口进行实时显示。另外还可经过串行接口与监控系统实现通信，及时将线路的功率因数传送给监控系统。目前常用的串行通信有两种 [5]，一种为 RS-232串行通信，另一种为 RS-485串行通信。但由于 PIC16F877单片机串行输入、输出接口均为 TTL或 CMOS电平，而监控系统的 PC机通常为 RS-232规范的外部总线标准串行接口，并采用负逻辑，因而 PIC16F877单片机的串行输入、输出接口电平不匹配，需要进行转换，这里采用 MAX232芯片来实现电平转换的功能。MAX232芯片的外围电路简单，只需外接 4个 0.1μF电容即可。

4.软件设计[6]

软件主要任务是完成 A/D转换、数据的运算、显示和通信等，为方便起见，软件编写时采用模块结构，主程序主要包括程序初始化、调用子程序、显示等。

(1)A/D转换子程序

该子程序主要是选择 A/D输入通道、选择 A/D转换时钟;设置 A/D中断，开放相应的中断使能位;等待所需要的采样时间;启动A/D;等待 A/D完成;读取 A/D转换结果，并存入指定的存储单元。

(2) 数字滤波子程序

为避免在工业现场产生的干扰噪声对功率因数测量造成误差，在软件设计时增加了数字滤波。通常数字滤波方法有多种，这里采用了中值滤波法。即对电压 U1、U2、U3连续采样 5次，然后将这些采样值进行排序并选取中间值。这种滤波方法对滤除脉冲性质的干扰比较有效。

(3)运算子程序

首先将经过数字滤波后的电压 U1、U2、U3读入，然后通过乘法指令完成平方运算，得到U12 、U22 、U32 ，再经减法运算、乘法和除法运算最后得到

　，即得到被测功率因数。

通信子程序的任务是完成串行通信的初始化。PIC16F877单片机带有的同步异步接收发送模块(USART)，它是利用 C口的RC6、RC7两个引脚作为二线制的串行通信接口，为使 USART分别工作与发送和接收状态，编程时首先将 USART的接收状态和控制寄存器的 bit 7和 TRISC寄存器的 bit 7均置为1，把 TRISC寄存器的 bit 6均置为0。其次，要使 USART工作在异步通信方式，还必须设置发送和接收速率即波特率。最后通过对发送状态和控制寄存器 TXSTA的 bit 4设置为“0”，从而使 USART工作于异步通信模式。

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