基于单片机的工频电压(电流)表的设计

检测系统实习报告

题目：基于单片机的工频电压（电流）表的设计姓名：

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摘要

在实际中，有效值是应用最广泛的参数，电压表的读数除特殊情况外，几乎都是按正弦波有效值进行定度的。有效值获得广泛应用的原因，一方面是由于它直接反映出交流信号能量的大小，这对于研究功率、噪声、失真度、频谱纯度、能量转换等是十分重要的；另一方面，它具有十分简单的叠加性质，计算起来极为方便。

本文详细介绍了一个数字工频电压、电流表设计，以AT89S52单片机为控制核心，由电压、电流传感器模块，真有效值测量模块，信号调理模块，AD采集模块及控制、显示模块等构成。系统采用电压、电流互感器对输入信号进行降压处理，经AD736转换得到原信号的真有效值，由TLC549转换为数字量后送入单片机内进行简要的数据处理并将结果通过LCD实时显示，达到了较好的性能指标。

关键词：工频数字电压（电流）表真有效值AD736 TLC549 AT89S52

Abstract

In practice, RMS is the most widely used parameters. Except in special circumstances,voltage meter readings almost all carried out by the RMS of sine wave . The reasons of RMS is widely available, on the one hand, because it directly reflects the size of the exchange of signal energy, which the study of power, noise, distortion, spectrum purity, energy conversion, such as it is very important; On the other hand, it has a very simple superposition of the nature of the calculation will be extremely convenient. The design of single-chip Atmel Corporation AT89S52 as control core, by the current sensor module, True RMS measurement modules, signal conditioning modules, AD acquisition and control module, display module. System uses a current sensor circuit for step-down of the input signal processing, has been converted by the original AD736 True RMS signal by the TLC549 convert into single-chip digital conducted after the brief and the results of data processing in real time through the LCD display, achieve a better performance.

Keyword: Digital voltage(current) meter True RMS AD736 TLC549

AT89S52

目录

第一章绪论 (1)

§1.1 选题背景及意义 (1)

§1.2 系统设计任务 (1)

第二章系统总体设计 (2)

§2.1 方案论证与比较 (2)

2.1.1 电压、电流变换部分 (2)

2.1.2 有效值测量部分 (2)

§2.2 系统总体设计 (2)

第三章硬件设计 (4)

§3.1 传感器电路设计 (4)

3.1.1 电压互感器 (4)

3.1.2 电流互感器 (4)

§3.2 真有效值转换电路设计 (5)

3.2.1 电压、电流切换电路 (5)

3.2.2 真有效值测量电路 (6)

§3.3 信号调理电路设计 (7)

§3.4 A/D转换电路设计 (7)

§3.5 单片机及显示电路设计 (9)

第四章软件设计 (10)

§4.1 LCD1602液晶显示程序 (10)

§4.2 A/D转换程序 (10)

§4.3 主程序设计 (12)

第五章系统调试及误差分析 (13)

§5.1 系统调试及测试结果 (13)

5.1.1 AD736测试结果 (13)

5.1.2 OP07测试结果 (13)

5.1.3 TLC549测试结果 (13)

5.1.4 工频电压测量精度 (14)

5.1.5 工频电流测量精度 (14)

§5.2 误差分析 (14)

§5.3 改进方法 (15)

结束语 (16)

致谢 (17)

参考文献 (18)

附录 (19)

附录一完整电路图 (19)

附录二程序清单 (20)

第一章绪论

§1.1 选题背景及意义

在日常的生产、生活和科研中，工频电无处不在，所谓工频就是电力供电系统交流电的频率，我国国家规定工频为50赫兹，即周期为0.02秒，英、美等国规定的工频为60赫兹。因此，对工频电的测量也是一个应用广泛的实际问题。传统的测量仪器在使用时需要预先估计待测值的测量范围，多数情况下都要从较大量程档位逐次向小量程档位切换，增加了操作的复杂性，且易发生误操作损坏仪器。

近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制日新月异更新。在实时监测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用。电子计算机的飞跃进步，单片机的普及与推广，为数字多用表智能化做出了贡献。

作为重要的测量工具，工频有效值多用表的发展可以说见证了现代工业的发展和科技进步。从传统的模拟多用表，到现在精确度和灵敏度越来越高的数字仪表，多用表的发展可谓是日新月异。目前的工频有效值多用表的设计大概可以分为以下几类：

（1）基于单片机的数字工频有效值多用表，这类仪表中，最有代表性的是89C52系列的。由于8位机在价格和性能方面的优点，这类仪表可以说是越来越成熟，并且能根据不同的场合选用不同的核心芯片来满足实际的要求。

（2）将传统测量方法和现代数字化测量方法有机结合起来，能适用于工频交流电特征，同时也能适用于非工频电参数测量，以提高通用性。在这类系统中，由单片机实现测量控制、数据分析处理、显示和量程自动转化等功能；由CPLD 器件和高速A/D芯片组成双通道高速同步数据采集电路，由锁相倍频电路实现工频周期内均匀等样间隔。

§1.2 系统设计任务

题目：基于单片机的工频电压（电流）表的设计

1. 设计任务：

（1）基本任务（必做）：了解工频电压有效值的检测原理，设计及制作电路，实现对50Hz，220V交流电压有效值的检测及显示；

（2）扩展部分（选做）：实现对50Hz，220V交流电流有效值的检测及显示。

2. 性能指标：

误差：±5%