一．应用需求。
1. 功能。
1）能够选择查看某一谐波幅值；
2）最高谐波次数为20次；
3）被显示的谐波幅值用相对值表示（谐波幅值/基波幅值）。
2. 指标。
—— 测量精度：0.1％。
二．测量原理及其算法。
算法原理：利用加窗插值fft理论，加窗算法可以很好地解决由于采样频率不是信号频率的整数倍而产生的频谱泄漏现象，从而改进计算信号参数准确性，基本满足准确的谐波测量要求。一般电网信号主要含有整数次谐波，所以在实际应用中选取基于余弦窗的组合窗。
1. 余弦窗函数。
余弦窗的表达式为：
n=0,1,…,n-11 )式中：k为窗函数的项数。
当k=3时，称为加4项blackman-harris窗插值。
2. 加窗插值算法原理。
设被检测的电源信号可表示为：
式中 、、分别i次谐波的频率、幅值和相位；p为最高谐波次数。
以采样频率将式( 2 )离散化得序列x(n):
其中，ts=1/fs 为采样周期，。
x(n)的频谱（dtft）为：
若有离散窗w(n)，其频谱可表示为。
式中为一实函数，c为一实数。
用长度为n的窗序列w(n)对x(n)加权截断，得离散加窗信号。
x(n)·w(n) n=0,1,2,…,n-16 )的频谱为：
用dft可求出的离散频谱xw (k)。
xw (k)= k=0,1,2,…,n-18 )
其中（对应） 。
考虑采样不同步，即时间窗不为信号周期的整数倍，不妨设。
其中为接近的整数，为取整后的余数，一般=0.5 。
所以，对于第i次谐波。
i=1,2, …p ( 10 )
由( 10 )容易得到，对于i=1,2, …p
由( 7 )(8 )(11 )，具体对于第i=次谐波， 13 )
用插值法求，再用dft求的xw (kl),由式 ( 12 ) 14 ) 15 ) 可求得第l次的谐波参数。
测量方法法：
以单片机为核心，配以适当的硬件电路和软件的设计，实现对单相谐波的测量。
1. 通过互感器将输入信号线性变换为-5v - 5v 电压信号。
2. 由于传感器、放大电路本身的影响，造成在信号进入采样保持器之前，所采信号中混有各种频率的信号。为保证谐波分析的精确性，采用max293进行抗混叠滤波，滤去谐波中的高频成分，使输入到模数转换器的信号为有限带宽，防止信号的频谱发生混叠及高频干扰。
3. 将滤波后的信号输入到芯片max125进行a/d转换。
4. 利用核心芯片at89c55wd，用c语言编程，对经a/d转换后的信号进行采集，采集的信号先存储到外接数据存储器。当达到所要求的点数时，进行fft算法，计算出电参数，将数据存入存储器。
5. 将计算的出的电参数进行显示。
硬件电路原理图。
三． 硬件设计方案。
1. 采集电流电路如图所示，次级并联一个滑动变阻器，可调节输出电压大小，电流互感器采集电路。
2. 采集电压电路如下图所示，其中r’是限流作用，无用电压多大，可通过调节它来调节输入电流。副边电路是电压电流变化电路，反馈电阻r和r的的值可得到所需的电压输出。
两个反并联二级管起保护放大器的作用。
电压互感器采集电路。
3. 信号预处理模块如下图所示，为保证谐波分析的精确性，用输入时钟频率控制输出转角频率的方式来实现对信号的滤波，滤去谐波中的高频成分，使输入到模数转换器的信号为有限带宽，防止信号的频谱发生混叠及高频干扰。，这里芯片的clk采用外接一个小电容的方式产生内部时钟信号。
max293接线原理图。
4. a/d转换模块如下图所示，a／d选用了maxim公司生产的同步采样数据采集芯片maxl25是一种高速多通道的数据采集芯片，14位字长，16mhz外部时钟，每个通道的转换时间为3us。参考电压可选用器件内部提供的2．5v，也可选用外部参考电压。
片上带有4个采样／保持电路，每个采样／保持电路可同时用于2路输入。此处用输入通道chi来实现a/d转换。
处于低电平有效，也处于低电平有效，数据在或上升沿被读入器件内锁存，之后等待转换。的一个地脉冲到来，则可进行一次数模转换，每进行一次a/d转换，则检测一次信号，若出现低电平，则转换结束。
a/d转换电路。
4. 转换后的的信号输出到单片机进行分析，电路如下图。max125器件的数字量输出位d0~d7分别接在8051 p0的p0.
0~p0.7，实现并行不接，而输出数字量端口d8~d13则与8051的p1口中的p1.0~p1.
5相连接。clk接8051的ale端，使用8051的p2口中的p2.0~p2.
4对max125器件进行控制操作。
a/d转换与单片机连接图。
6.显示模块如下图所示，数据总线d0~d7与外部数据总线的低8位相连。
显示模块。四．谐波分析软件流程图如下图所示。
a/d转换流程图。
主程序流程图。