4硬件具体各个部件介绍
硬件系统流程图：
模拟开关与A/D转换电路 信号调理电路 信号放大电路 扩展I/O口及键盘显示电路 单片机 波形变化电路 流程图
4.1电压、电流信号采集：
用高精度电流互感器、电压互感器降压隔离变压器来完成电流、电压信号的获取。
1.信号的获取：
用高精度电流互感器、电压互感器降压隔离变压器来完成电流、电压信号
的获取.在这里获得输入信号电流电压信号，由于电力线路中存在复杂的谐波，会严重影响仪表的测量精度，因此将获取的电信号经过低通滤波器滤波，除去信号中的谐波干扰。电压互感器部分采集信号经过低通滤波器除去谐波干扰，再由分压电路限幅，输出极微弱的电压信号。
获得信号经过低通滤波器的去除谐波干扰： 所选择的电路如下：
左边是输入端子，右边是输出端子。得到的信号降低甚至是消除的谐波干扰，所得的信号更加精准。
输出经过分压电路限幅后输出极其微弱的电路。
这里实现了输入信号的采集工作。
交流采样的算法有一点采样、两点采样及多点采样等多种，这里用多点采样方式。根据离散积分原理得出电压、电流与功率的有关参数计算公式如下：
U?1N?um?1N2m 公式（1）
式(1)中，N为每周期采样次数，um为第m次采样的电压瞬时值。电流有效值计算公式为：
I?1N2?im 公式（2） Nm?1式(2)中，N为每周期采样次数，im为第m次采样的电流瞬时值。功率、功率因数的计算方法为：设电压超前或滞后电流时间为△T，信号周期为T，则电压、电流间的相位差为：
??360???TT 公式（3） 功率因数和功率分别为：
??cos? 公式（4） （有功功率）P?UI? 公式（5） (视在功率)S?UI 公式（6） (无功功率)Q?UIsin? 公式（7）
工频参数的计算要用到电压、电流的有效值，功率等参数，而测量系统的 CPU 从A/D 转换器读取的数据是电压、电流的瞬时值，因此应根据电压、电流的瞬时值，计算出电压、电流的有效值、功率等参数。
将电压有效值公式（2.1）
U?1TT2u?(t)dt0 式（2.1）
离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的电
压函数值，则
1TTU??u(t)dt02U? 式（2.2）
u式（2.2）中：?Tm为相邻两次采样的时间间隔；m为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N为1个周期的采样点数。
?T 若相邻两采样的时间间隔相等，即?Tm为常数 ，考虑到N=(T/)+1， ?T则有
1Tm＝1?uN2m?Tm ?1TT?u02(t)dtN12U＝?N?1m＝1um 式（2.3）
式（2.3）就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的公式。同理，电流有效值计算公式如下：
?1TT?u02(t)dtN12I＝?N?1m＝1Im 式（2.4）
计算一相有功功率的公式
1P??i?t?u?t?dtT0离散化后为
T 式（2.5）
式（2.6） ui式（2.6）中：m 、m为同一时刻的电流、电压采样值。功率因数可由下式求
cos??PUI 式（2.7）
但在实际的测量中，上式的算法很难实现，所以本文拟采用一种与接线无关的三相功率因数检测方法。具体内容会在第4章中详细讲叙。
对于频率的测量，是将交流信号经OP07电压比较器变成方波后送到89C51的P3.2脚（外中断0），由89C51计数器0在方波的一个周期内计数，然后乘以系统内部时钟就得到方波周期?T，所以频率就为1/?T。
为了对周期性交流信号进行采样，采用定时中断方式，每隔一段时间触发一次中断，在中断期间对数据进行采样，采样完后，要对其作数学运算、存储、滤波、越限检查、标尺变换，二—十进制转换等处理。然后再计算及处理各种有效值、各种功率值等参数，最后通过显示器显示结果。其中在求取电压与电流的有效值时涉及到了开平方子程序，采用了牛顿迭代公式，经过若干次迭代后使得开平方结果的误差小于01H(十六进制数)。
1NP?imum?N?1m＝1
4.2放大电路设计
因为本设计中使用的模拟电压单端输入范围为0-5V，因此应该首先通过运算放大器将其转换至合适的电压幅值范围。由于精度的要求在这里选用精度高兼容性能好的芯片INA141来实现放大电路的设计，具体设计思路如下：
实现思路：
由精密仪表放大器INA141构成放大电路，利用数字电位器AD5242作为放大器的反馈电阻，通过对不同信号幅度的判断，调整AD5242的阻值，使放大器的放大倍数改变，保证系统工作在最佳线性状态，并实现自动换档。
INI.141脚配置图：
芯片的使用介绍：2，3引脚为信号的输入端口；4,7引脚为电源的输入端口；
1,8引脚为放大信号信号的选择端口，1引脚实现信号的10倍增益而8引脚实现信号的100倍增益；6引脚是信号的输出端口；5引脚是信号的反馈端口。
得到输出电压后利用数字电位器AD5242作为放大器的反馈电阻。 先介绍数字电位器AD5242：
图2 AD5242内部结构图