AD536真有效值数字电压表
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：院（系）：专业：指导教师：职称：评阅人：职称：年月摘要在实际中，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 AT89S52AbstractIn 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 TLC549AT89S52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。
AD536真有效值数字电压表
ZY250V真有效值数字电压表深圳市凌雁电子有限公司一．概述：普通数字直流电压表自然只能测量直流电压，欲需测量交流电压必须增加AC/DC 转换电路，一般的交流电压表为降低成本和简化电路，均使用简易的平均值响应交流/直流转换器。
常用的平均值响应AC/DC转换器是运算放大器和二极管组成的半波（或全波）线性整流电路，这种电路具有线性度好、准确度高、电路简单、成本低廉等优点。
但是这种电路是按照正弦波平均值与有效值的关系(V RMS=1.111V p)来定义的，因此这类电表只能测量正弦波电压。
平均值AC/DC转换的电压表智能测量无失真的正弦波电压，对于正弦波失真的交流电压，这类电表测量就会引起误差，更不能测量方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、阶梯波等非正弦波，利用真有效值数字仪表可准确测量各种波形的有效值，满足现代电子测量之需要。
二．真有效值数字仪表的基本原理：所谓真有效值即为“真正有效值”之意，英文缩写为“TRMS”，有的文献也称为真均方根值，我们先回忆一下交流电压的有效值的表达式，它的定义如下：我们对式（1）进行变换，两边平方，并令，就得到真有效值电压的另一种表达式从（3）式即得，对输入电压依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算，也能得到交流电压的有效值，而且这公式更有使用价值。
举例说明：假如要测量一电压变化范围是0.1V-10V，平方后u2=10mV—100V，这就要求平方器具有相当大的动态范围（10000：1），这样的平方电路误差就可能超过1mV，要平方器能输出100V的电压，技术上是难以实现的。
如果使用式（3）的既便于设计电路，也能保证了准确度。
因此，目前大多数的集成单片真有效值/直流转换器均采用式（3）的原理而设计。
真有效值仪表的的核心器件是TRMS/DC转换器。
现在市场上这类单片的集成芯片很多，真有效值仪表普遍使用了这类集成电路。
单片集成电路具有集成度高、功能完善，外围元件少，电路连接简单、电性能指标容易保证等诸多优点，这类芯片能准确、实时测量各种电压波形的有效值，无须考虑波形参数和失真，这些性能是平均值仪表无法比拟的。
AD536中文资料
公司地址：深圳市福田区中航路鼎诚国际大厦2505 联系电话：0755-82724670 传真：0755-82728158 E-mail：service@ QQ：2355719478 COPYRIGHT 2005-2015 深圳成德广营科技有限公司 ()ALL RIGHTS RESERVED
–VS 4 NC 5 CAV 6 NC 7 dB 8
BUF 9 10
NC NC NC NC COM
AD536A
SQUARER DIVIDER
BUF BUF NC IOUT RL OUT IN NC = NO CONNECT
PRODUCT HIGHLIGHTS
1. The AD536A computes the true root-mean-square level of a complex ac (or ac plus dc) input signal and gives an equivalent dc output level. The true rms value of a waveform is a more useful quantity than the average rectified value since it relates directly to the power of the signal. The rms value of a statistical signal also relates to its standard deviation. 2. The crest factor of a waveform is the ratio of the peak signal swing to the rms value. The crest factor compensation scheme of the AD536A allows measurement of highly complex signals with wide dynamic range. 3. The only external component required to perform measurements to the fully specified accuracy is the capacitor which sets the averaging period. The value of this capacitor determines the low frequency ac accuracy, ripple level and settling time. 4. The AD536A will operate equally well from split supplies or a single supply with total supply levels from 5 to 36 volts. The one milliampere quiescent supply current makes the device well-suited for a wide variety of remote controllers and battery powered instruments. 5. The AD536A directly replaces the AD536 and provides improved bandwidth and temperature drift specifications.
真有效值数字电压表-总结
2014湖南大学电子设计竞赛第一次校内赛赛题真有效值数字电压表一、设计任务设计并制作一台数字真有效值电压表。
二、要求1、基本要求（1）真有效值电压测量：可测量频率范围在0Hz～10kHz频率范围的单频信号或合成信号的电压有效值，测量相对误差≤0.5%＋最低位2个字。
（2）测量量程：分200mV、2V、20V三档，可用手动切换量程。
（3）测量结果显示：采用LED或LCD显示十进制数字，三位半数显（0000－1999）（4）输入电阻≥100kΩ。
（5）具有输入过压保护功能。
（6）单电源供电，供电电源电压9V。
2、提高部分（1）扩展频率测量范围为0Hz～100kHz。
（2）增加平均值测量功能。
（3）测量误差降低为0.1%＋最低位2个字。
（4）自动量程切换功能。
（5）其他。
设计分析一、对题目的理解1. 真有效值的概念、实现方法及分析(1) 对有效值的理解真有效值不是针对正弦信号定义的，所有电信号都有其有效值。
从物理学的角度而言，就是电流通过物体做的功（发热）等效。
所以在此处不能用检测峰值或平均值通过转换计算得到，而是要通过采样，按有效值的定义，通过离散化计算得到。
检峰或平值值换算得到是针对特定的周期性波形，如正弦波。
而本题要求并没有定义是正弦波。
(2) 有效值的计算有效值计算式：积分部分可通过离散化计算。
设等时间间隔δ采样，在0至T采样时间采样N点，则连续积分可以用离散化公式进行计算：从中可得到：(3) 采样时间计算对误差的影响以单位幅值正弦波为例，分析积分时间及开始程分时刻对计算的影响。
设积分时间为T，初始相位为φ，则对应的有效值的平方为讨论：(a) 当采样时长T为周期T0的整数倍时，有：从中看出，采样后的计算结果与初如采样位置没有相关性。
(b) 当采样时长T不为周期T0的整数倍时，设T=nT0+ΔT0有：与周期整数倍采样相比，产生的偏差为：将T=nT0+ΔT0 和ω＝2π/ T0代入，有：两次等时间采样，不考虑采样时间为周期的整数倍时，可能产生的最大读数偏差为：从中可以评估不做周期测量时，要达到误差要求最少的采样周期数。
数字电压表电路图（docX页）
数字电压表电路图2008年01月11日 23:38 本站原创作者：本站用户评论（0）关键字：数字电压表电路图ICL7107 安装电压表头时的一些要点：按照测量＝±199.9mV 来说明。
1.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。
也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。
许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。
知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。
（1 脚与 40 脚遥遥相对）。
2.牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。
第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。
芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV 的电压。
在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。
3.注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。
芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。
4.注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。
－－本文不讨论特殊要求应用。
5.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V 供电就可以解决问题。
比较常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。
我们常用一只 NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 20K －56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为 2.4V － 2.8V 为最好。
有效值转换器AD536A及其应用
有效值转换器AD536A及其应用摘要：AD536A是一种新型集成电路有效值变换器，它具有精度高，可靠性好的特点。
本文着重介绍AD536A 的特点及应用电路。
关键词：AD536A 有效值在电信号测量中，经常要测量电信号的有效值，以往测量有效值的方法如下：1．用峰值变换器通过峰值因数求有效值。
现在使用的普通万用表即采用此方法，此种方法简单易行。
但对于不清楚波峰因子的信号，用此种方法不能得到有效值。
2．热电偶电桥有效值变换器。
市场上的有效值电压表即采用热电偶有效值变换器，热电偶有效值变换器虽然可以实现真有效值变化，但实际制作相当困难。
热电偶难以配对，且过载能力低，造价高。
因而除有效值电压表外，其他电子测量和控制仪器不宜采用热电偶有效值变换器。
3．用模拟运放组成电子式有效值变换器。
用模拟运算放大器分别组成平方器，积分器，开方器即可完成有效值变换，这种有效值变换器的具体实现方案有多种电路形式，但由于模拟运算放大器性能的离散性，所以这种方法实现的有效值变换精度很低。
4．用单片机逐点采样一组数据，求方均根值得其有效值。
这种方法能获得较为精确得有效值，具体实现也比较方便，但对于动态范围比较大的信号采样较难，不能得到精确的有效值。
以上方法不同程度地存在缺点或局限性。
AD536A是真有效值交流/直流转换器，AD536A能计算复杂输入信号的有效值并且给出一个与之等效的直流输出电平，波形的有效值比平均值更有用，因为它和信号的能量有关系,而且随机信号的有效值与它的方差有关。
一．AD536A的主要技术指标:电源电压范围± 3－±18V电源电流 1.2mA输入满刻度值 7V输入阻抗 106Ω输出阻抗 25kΩ测量输出≤0.2%频率稳定输入大于100mV 为450KHZ，输入大于 1V为2MHZ分贝输出 0-60dB二．AD536A的特点:AD536A是一个能实现有效值转换的单片集成电路。
AD536A直接计算任何含有直流和交流成分的复杂输入信号的有效值。
真有效值数字表的大体原理
电子知识2021年10月23日深圳华强北华强集团2号楼7楼电池治理系统能实时监控电池状态，延长电池续航时刻、幸免电池过充过放的情形显现，在电子产品中起着相当重要的作用。
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IBIS模型核由一个包括电流、电压和时序方面信息列表组成。
2、电参数的测量
2. 电流-电压转化
一、取样电阻法
适合测量较大 电流，取样电 阻不宜太大。
二、反馈电阻法
U x I x R
R1 R2 U x I x R1 R2 R 3
适合测量小电流
三、 电流互感器法（工频交流）
Rv Re Rn Um Im
（2-28）
图2-6 普通直流电压表电路 如图中电流表串接3个电阻后，除最小电压量程 Uo=Im· Re外，又增加了U1、U2、U3 三个量程， 根据所需扩展的量程，可估算出3个扩展电阻的阻值:
R1 U1 I m Re
R2 U 2 U1 I m
⑴高压静电电压表
图2-11 静电电压表极板结构示意图、实物图
⑵峰值电压表
图2-12 峰值电压表接线原理、实物图
⑶球隙测压器
图2-13 球隙测压器接入示意图及实物图
⑷高压分压器
当被测电压很高时，采用高压分压器来分出一 小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、 高压脉冲示波器等测量仪器进行测量，是最合理的 解决方案。
交流电压的波形因数KF定义为该电压的有效值与 平均值之比:
KF U U
（2-34）
交流电压的波峰因数Kp定义为该电压的峰值与有 Up 效值之比: Kp U （2-35） 不同电压波形，其KF、Kp值不同，下表列出了几 种常见电压的有关参数。
名 称
正弦 波 半波 整流 全波 整流 三角 波
波
如不另加说明，平均值通常指全波平均值。
③有效值
一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电 阻上，若它们产生的热量相等，则交流电压有效值 U(或Urms)等于该直流电压，可表示为: 2 T u t U2 0 R dt R T 即
交流检测真有效值芯片原理介绍及实用电路
交流检测真有效值芯片原理介绍及实用电路1、真有效值数字电压表的基本原理利用真有效值(TRMS)数字仪表,可以准确、实时地测量各种波形的有效值电压,满足现代电子测量之需要。
,借助于电路对输入电压u进行“平方→ 取平均值→开平方”运算,就能获得交流电压的有效值。
因这是由有效值定义而求出的,故称之为真有效值。
目前生产的真有效值/直流转换器(如美国ADI公司的AD636、AD736,美国LT公司的LTC1966等),都是采用这种原理而设计的。
真有效值电压表比平均值电压表测量典型波形的误差更小。
下面来介绍工程上常用的LTC1966的原理及使用。
2、LTC1966工作原理LTC1966是美国凌特公司(LT)于2002年最新推出的真有效值RMS/DC转换器,与其他RMS/DC产品相比较,它在完成乘法／除法运算时,未采用通常的对数-反对数的计算方法,而是采用了全新的D-S计算技术。
LTC1966具有简单电路接法(只有一个外接平均CAVE)、灵活的输入／输出结构(差分或单端)、灵活的供电方式(2.7V~5.5V单电源,最大范围为±5.5V双电源)、高准确度(50Hz~1kHz的误差只有0.25%)、良好的线性(小于0.02%)、很宽的动态电流范围、易于校准等特性。
图1 LTC1966管脚排列及内部框图LTC1966采用MSOP-8封装,管脚排列及内部框图如图1所示,各引脚功能如下：GND—地;UIN1、UIN2—差分输入端1和2;USS—负电源端,对地接-5.5V电源或直接接地;UOUT—电压输出端。
RMS平均值是通过此引脚与COM引脚之间的平均值电容CAVE来实现转换。
COM—输出电压返回端。
输出电压的产生和该引脚的电压有关。
一般COM端接地,在AC+DC输入情况下,UOUT与COM引脚之间不平衡,该引脚应对地接一小电阻;UDD—正电源端。
电压范围为2.7V~5.5V;EN—使能控制端,低电平有效。
LTC1966内部主要包括4部分电路：D-S调制器、极性转换开关、低通滤波器(LPF)和关断控制电路。
模拟测量方法
KF
V V
有效值 平均值
➢对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若ω=2π/T
KF~
(1/ （2 /
2 )Vp
）Vp
22
1.11
表1 不同波形交流电压的参数
3.2.2 交流电压的测量方法
测量交流电压的方法很多，依据的原理也不同。 其中最主要的是利用交流／直流(AC／DC)转换电 路将交流电压转换成直流电压，然后再接到直流电 压表上进行测量。
U 1 T u2 (t)dt
T0
(3.2.2)
式(3.2.2)实质上即数学上的均方根定义，因此电压有效值有时也写作Urms。
➢对理想的正弦交流电压u(t)=Vpsin(ωt)，若 ω=2π/T
V~
1 2
Vp
0.707Vp
4．波形因数、波峰因数
交流电压的有效值、平均值和峰值间有一定的关系，可分别用波 形因数(或称波形系数)及波峰因数(或称波峰系数)表示。
（5）应有足够高的抗干扰能力
应采取一些抗干扰措施，如良好接地、使用短的测试线、进行屏蔽等， 以减小干扰的影响。
2.电压测量仪器的分类
(1)模拟式电压表 指针式电压表：用磁电式电流表作为指示器 模拟示波器： 刻度比较 (2)数字式电压表 经A/D将模拟信号转换为数字信号
各有千秋
模拟表——驾驶台仪表多，一目了然；高频电压表 数字表——精度高，输入阻抗高，便于与计算机联接
低频：1MHz以下；高频（射频）：1MHz以上。
（2）测量范围宽
微弱信号：心电医学信号、地震波等，纳伏级（10-9V）； 超高压信号：电力系统中，数百千伏。
（3） 应有足够高的测量准确度(10-1至10-9)
电压表精确度表示方法： a）满度值的百分数±β%Um：具有线性刻度模拟式电压表采用，
电子测量文档
方案三：
利用惠斯登电桥测电阻，该方法在以前模拟仪表中常被采用，是测量准确度比较高的一种方法（电路如图示）。
要实现电阻的全自动测量，可以将其中的R1改为电子负载，通过电子负载在一定范围内的阻值扫描，实现电桥平衡。
在模拟仪表中，测量电容的方法主要有交流电桥法、谐振法等，但这些在有单片机的测量系统中，并不便于采用。用单片机测量时，应将电容值转换成便于单片机测量的电参量，如：转换为幅度信息便于用A/D测量；转换为频率信息便于用定时器、计数器测量。
下面是我们小组经过讨论提出的几种方案，在讨论这些方案时，我们特别注意将电容值和转换成的电参量设计成线性关系。
微分运算由集成运算放大器完成，电路简洁，线性良好。是模拟电路基础中有该电路原理介绍,基本电路形式如下所示：
图2-5微分运算测电容
上图电路的输入输出关系为：
（式2-16）
或 （式2-17）
（式2-18）
从上式可以看出，只要测出输出电压的峰峰值即可间接测量出Cx，且Cx与输出电压的峰峰值成线性关系，处理数据方便。
方案四：惠斯登电桥的改进——有源电桥。
该电路的输出表达式为：
当 =0时，有Rx=(R2*R3)/R1成立。所以 =0是有源电桥的平衡条件。
为找到平衡状态，电阻自动扫描方法可仍参考方案三进行。
由于采用了集成运算放大器，有源电桥可以降低输出阻抗，且输出电阻与Rx大小无关。另外，它克服了惠斯登电桥的相对误差Uo与相对误差γ呈非线性的缺点。
测量超高阻
利用电导法可间接测量超高阻，所用芯片是4位半A/D转换器ICL7129。
使用电导法，分辨力达0.1nS，测量范围为0.1nS~100.0nS，对应于10000Mohm~10Mohm，准确度达正负1%。RP为精密多圈电位器，其阻值为RRP，R2R4为限流电阻。FU采用0.2A/250V熔丝管作为过流保护。VD1和VD2是过压保护二极管。C用以滤除高频干扰，R3与RP均为取样电阻，他们与被测电阻Rx相串联。ICL7129输出的+3.2V基准电压源E0经过R1向Rx提供测试电压。当基准电压选1.0000V，ICL7129的RANGE端开路时，基本量程UM=200mV。因R3+RRP与Rx构成分压，故被测电阻值越大，在R3+RRP上的压降越低。令测试电流为I，仪表输入电压
交流输入电压、电流监测电路设计3
交流输入电压、电流监测电路设计引言电子设备只有在额定电压、电流下才能长期稳定工作，因此需要设计相应的监测、保护电路，防止外部输入电压或者负载出现异常时造成设备损毁。
工频交流电压、电流的大小，通常是利用它的有效值来度量的。
有效值的常用测量方法是先进行整流滤波，得出信号的平均值，然后再采用测量直流信号的方法来检测，最后折算成有效值。
但是由于供电主回路中存在大量的非线性电力、电子设备，如变压器、变频器、电机、UPS、开关电源等，这些设备工作时会产生谐波等干扰。
大型电动设备启动、负载突然变化、局部短路、雷电等异常情况出现时，供电主回路中会出现浪涌。
当这些情况发生时，供电线路上已不是理想的正弦波，采用平均值测量电路将会产生明显的测量误差。
利用真有效值数字测量电路，可以准确、实时地测量各种波形的电压、电流有效值。
下面介绍的监测电路安装于配电箱中，与外围保护电路一起实现对电子设备保护的功能。
真有效值数字测量的基本原理电流和电压的有效值采集电路原理基本相同，下面以电压真有效值为例进行原理分析。
所谓真有效值亦称真均方根值(TRMS)。
众所周知，交流电压有效值是按下式定义的：分析式(1)可知，电路对输入电压u进行“平方→取平均值→开平方”运算，就能获得交流电压的有效值。
因这是由有效值定义式求出的，故称之为真有效值。
若将式(1)两边平方，且令，还可以得到真有效值另一表达式URMS=式(3)中，Avg表示取平均值。
这表明，对u依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算，也能得到交流电压有效值。
式(3)比式(2)更具有实用价值。
由于同时完成两步计算，与分步运算相比，运算器的动态范围大为减小，既便于设计电路，又保证了准确度指标。
美国模拟器件公司(ADI)的AD536、AD637、AD737系列单片真有效值/直流转换器，即采用此原理设计而成。
而凌力尔特公司的单片真有效值/直流转换器LT1966、LT1967、LT1968在RMS-DC的转换过程中采用一个∆∑调制器作除法器，一个简单的极性开关作乘法器。
AD536(CN)(中文需参看英文图表)
RMS to DC转换AD536A功能：有效值到直流电平装换高精度激光微调技术0.2%最大误差（AD536AX）0.5%最大误差（AD536AJ）宽响应能力：能够计算AC和DC信号的RMS450KHz带宽：Vrms>100mV2MHz带宽：Vrms>1V信号的波峰因数当误差为1%时为7dB输出有60dB范围低功耗：1.2mA静态电流单、双端均可用整体集成电路-55℃ to 125℃（AD536AS）产品描述AD536A是一款RMS到直流转换的整体集成电路，它优于混合式或组合式的电路。
AD536A直接计算输入波形的RMS值，包括AC和DC组件。
有一个波峰因数补偿表，可以使波峰系数达到7的测量值只有1%的误差。
本器件能测量300K 带宽大于100mV的信号，误差在3dB范围内。
AD536A有一项重要的新功能，能够将rms电平转换成dB值输出。
信号rms的对数输出到独立的管脚进行dB转换，其范围有60dB。
利用一个外部的参考电流，用户能够很方便地设置0dB电平，能计算输入的任何0.1到2Vrms波形。
AD536A在晶圆级采用激光校准对输入输出补偿，正负波形平衡，7Vrms满量程精度。
因此，无需外部调整，即可达到额定精度。
输入输出均有完全保护，输入电平可超出供电电平。
输入连接失去供电不会损坏芯片。
输出有短路保护。
AD536A商用产品分两个精度级别（A，K）温度范围（0℃ to 70℃）和另一个超范围级别（S）温度范围-55℃ to 125℃。
AD536AK有最大±2mV±0.2%的读取误差，而AD536AJ和AD536AS有±5mV±0.5%的最大误差。
所有三种都可用14-DIP 或10to100脚金属封装。
AD536AS也有20脚无铅陶瓷封装。
产品特点1、AD536A计算输入的复合AC信号输出等效直流电平。
计算信号的rms值比信号电平均值更有用，因为rms反映了信号的功率，还反映了信号的标准偏差。
高精度16位AD电压表电流表
本科毕业设计（论文）题目：高精度16位AD转换器应用High precision 16 bit AD converter application学院专业班级学号姓名指导教师职称完成日期2011年12月05诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《高精度16位AD转换器应用》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。
承诺人（签名）：年月日摘要【摘要】本文介绍了一种基于单片机技术的新型高精度数字式电压电流表，该设计采用STC公司生产的STC89C52微处理器作为整个设计的核心单元，通过施加外围电路来实现直流电压和直流电流的精确测量，该系统的设计思想是通过输入端电阻采集被测信号，由于采集到的电压、电流信号较弱需要经运算放大器对信号进行放大，本文采用LM124对采集到的信号进行放大，经放大处理后的信号为模拟信号不能直接被单片机识别，需要将采集到的模拟电压信号送到模数转换芯片 ADS1110 来进行 A/D 转化，最后将转换后的数字信号送到 MCU 进行数据处理并通过液晶屏幕（1602或者12864）来显示被测值。
本文对整个设计流程做了详细的阐述并制作了样机，实际测试表明该数字式电压电流表可以精确的测量直流电压，直流电流，理论设计精度可达到16位，显示精度达到0.0001，测试结果证明测试精度达到了设计要求。
【关键词】单片机；STC89C52；高精度数字电压表；数字电流表；ADS1110High precision 16 bit AD converter applicationAbstract【ABSTRACT】Abstract: This article introduced a new digital voltmeter of high precision,which was basing on single-chip technic,the design adopted STC89C52 microprocessor produced by ATMEAL company as the core unit of the whole design,to reach the precisly measurement of volts d.c by putting peripheral circuit.,and the idea of the system was to gather the signal of the under measured volts through the inputing resister.As the volts signal gathered was very weak,it needed to be magnified,here the LM24 was used to do this. The magnified signal was taken as analog signal,which cannot be identified by single-chip,so the analog signal needed to be transferred to ADS1110 to get the A/D transferation,then the transferred signal would be conveyed to MCU for digtal processing and through LCD1602 to get the volum of the volts. The whole design process was described in details and sample was also made,and the actul test result showed this voltmeter was able to measure volts d.c very precisely,the volum can reach 0.0001,which can meet the requirement well.【KEYWORDS】Single-chip;STC89C52;High precision digital voltmeter; ADS1110 Digital ammeter目录1 绪论 (6)1.1 课题简述 (6)1.2 课题设计目标 (6)1.3 高精度电参数测试仪的应用前景 (7)2 方案设计与论证 (8)2.1 方案论述 (8)2.2 实用意义 (8)3 系统硬件电路设计及芯片介绍 (9)3.1 芯片选型及功能介绍 (9)3.1.1 STC89C52单片机主要功能及特性 (9)3.1.2ADS1110 16位ＡＤ转换芯片主要功能及特性 (11)3.1.3 LCD12864液晶介绍 (14)4系统硬件电路设计 (15)4.1 单片机主控电路设计 (15)4.1.1 单片机最小系统电路设计 (15)4.1.2 复位电路 (15)4.1.3 振荡电路 (16)4.2 电压测量电路设计 (17)4.2.1 设计思路 (17)4.2.2 原理图设计 (17)4.3电流测量电路设计 (18)4.3.1 设计思路 (18)4.3.2 原理图设计 (18)4.4 ADS1110 A/D转换模块设计 (19)4.5 显示模块设计 (20)4.5.1 显示模块电路设计 (20)4.5.2 LCD12864与单片机接口电路 (21)4.6 保护电路与滤波电路设计 (22)5 系统软件设计 (23)5.1 软件框图 (23)5.2 软件流程图 (24)5.3 程序撰写语言 (26)5.4 程序主要组成 (26)5.4.1 AD读取程序子程序 (26)5.4.2 电压、电流及量程转换程序 (29)5.4.3 LCD12864液晶显示程序 (32)6 系统功能测试 (34)6.1 测试仪器与使用方法 (34)6.2 数据测量与分析 (34)7 结束语 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录 (39)1系统整体电路图 (39)2实物照片图 (41)3系统源程序代码 (42)1绪论数字型电压表（Digital Voltmeter）简称DVM、数字电流表(Digital ammeter )简称AMP，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压，直流输入电流）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表，它是通过把采集到的模拟信号经过AD 转换成数字量来显示，通过数字显示开起来更加直观，避免指针式容易造成的视觉误差。
AD536A
AD536A推荐给朋友打印全量程交直流⽆档电压表的设计李桂祥，肖⽂杰，邓斌（空军雷达学院湖北武汉430010）在数字三⽤表中，电压的测量通常有交流和直流2种，对某⼀被测电压进⾏测量时，⾸先需对被测电压进⾏交流与直流的判断，然后再按被测电压的⼤⼩切换适当的档位。
如不进⾏交直流切换，测量⽆法进⾏；在档位切换⽅⾯，如⽤⼤档位测⼩电压的⽅式也可进⾏，但将严重影响测量精度。
能否不需要⼈⼯进⾏交直流判断，⼜不需转换档位，设计出⼀种智能的电压表，解决某些场合对交直流电压进⾏⾃动测量的要求。
本⽂应上述要求，设计出⼀种全量程交直流⽆档电压表，该产品已在某军⽤⾃动测试设备中使⽤。
1交直流⾃动量程表测量原理简析图1为交直流⾃动量程表的测量原理框图。
图中K1，K2，K3，K4与K1′，K2′，K3′，K4′为2组电⼦联动四选⼀开关，K1，K2，K3，K4为⼩数点指⽰控制开关。
当K1，K1′闭合时，⼩数点Dian1亮，经1∶1分压的数据和经真有效值电路送⾄表头显⽰；当K2，K2′闭合时，⼩数点Dian2亮，经1∶10分压的数据和经真有效值电路送⾄表头显⽰；当K3，K3′闭合时，⼩数点Dian3亮，经1∶100分压的数据和经真有效值电路送⾄表头显⽰；当K4，K4′闭合时，⼩数点Dian4亮，经1∶1分压的数据和经真有效值电路送⾄表头显⽰；图1中所有电路都是围绕数字表头进⾏的。
所以在分析⾃动量程电压表之前，⾸先了解⼀下数字电压表头的构成。
6135数字表头为3位半表头，5 V 电源供电，电压显⽰范围0．001～1 999 V，电压输⼊范围0～1．999 V。
他有2个被测电压输⼊接⼝，表头上的数字显⽰的是被测电压的毫伏值，如果输⼊为1 100 mV，则对应显⽰1100。
还有代表⼩数点显⽰位置的4根线及1根公共线，当公共点与其中某根线短路时则对应的⼩数点亮。
我们设计电路时充分利⽤了数字表头的上述特点：⼀是将被测电压进⾏精确分压，使进⼊表头的被测电压控制在1．999 V以下；⼆是适时分档，改变⼩数点控制连线，分压电路分了10的⼏次⽅的压，⼩数点对应则移动⼏位，使显⽰电压与被测电压⼀致。
数字电压表
数字电压表的特点在电量测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。
而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表是一种必不可少的测量仪器。
数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
传统的指针式电压表功能单一，精度低，读数不方便。
不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，其精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信等优点。
目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。
数字电压表之所以倍受青睐是有如下几个特点：（1）显示清晰直观，读数准确数字电压表能避免人为测量误差（例如视差），保证读数的客观性与准确性；同时它符合人们的读数习惯，能缩短读数和记录的时间，具备标志符显示功能，包括测量项目符号、单位符号和特殊符号。
（2）准确度高数字电压表的准确度远优于模拟式电压表。
例如，3½位、4½位DVM的准确度分别可达±0.1％、±0.02％。
（3）分辨率高分辨率是指所能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。
数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值反映仪表灵敏度的高低，且随显示位数的增加而提高。
（4）扩展能力强在数字电压表的基础上可扩展成各种通用及专用数字仪表、数字多用表（DMM）和智能仪器，以满足不同的需要。
如通过转换电路测量交直流电压、电流，通过特性运算可测量峰值、有效值、功率等，通过变化适配可测量频率、周期、相位等。
（5）测量速率快数字电压表在每秒钟内对被测电压的测量次数叫测量速率，单位是“次/s”。
主要取决于A/D转换器的转换速率，其倒数是测量周期。
3½位、5½位DVM的测量速率分别为几次每秒、几十次每秒。
AD536A中文版
一般说明该AD536A是一个完整的单片集成电路执行的真有效值直流转换。
它提供了性能相当或优于混合或模块化的单位成本更多。
AD536A直接计算的真有效值的价值任何复杂的输入波形的交流和直流分量。
一个波峰因数补偿方案允许测量1%在波峰因数达7误差。
该装置的宽的带宽扩展的测量能力为300 kHz，小于3 dB信号电平大于100 m V的误差AD536A的一个重要特征，以前没有的在均方根转换器，是一种辅助dB输出引脚。
的对数均方根输出信号的带出了一个单独的引脚允许数据库的转换，一个有用的60分贝的动态范围。
使用外部提供的参考电流，0级可以方便地设置对应从0.1 V到任何输入电平2 V RMS。
该AD536A是激光微调以减少输入和输出偏移电压，优化正负波形对称（直流换向误差），并在7 V RMS提供全面的精度。
作为一个结果，没有外部的装饰必须达到额定的单元精度。
输入和输出引脚的充分保护。
输入电路可以远远超过供应水平过载电压。
损失与输入连接到外部电路的电源电压是不会导致设备失败。
输出短路保护。
该AD536A在两个精度等级是可用的（J，K）的商业温度范围（0°C 70°C）的应用程序，和一级（S）的额定为55−°C + 125°C扩展范围。
该ad536ak提供±2 MV±0.2%最大总误差阅读，而ad536aj和ad536as最大5 mV的±±0.5%读数误差。
所有三个版本可用在一个密封的14引脚DIP或10针至100金属头包。
该ad536as也有20的终端无引线密封的陶瓷芯片载体。
该AD536A计算的真实的根均方的水平复杂的交流（或交流加直流）输入信号，提供了一个等效的直流输出电平。
波形的真有效值是一个更有用的量比平均整流值，因为它涉及信号功率直接。
一个统计的均方根值信号也涉及其标准偏差。
一个外部电容需要进行测量的完全指定的精度。
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ZY250V真有效值数字电压表
深圳市凌雁电子有限公司一．概述：
普通数字直流电压表自然只能测量直流电压，欲需测量交流电压必须增加AC/DC 转换电路，一般的交流电压表为降低成本和简化电路，均使用简易的平均值响应交流/直流转换器。
常用的平均值响应AC/DC转换器是运算放大器和二极管组成的半波（或全波）线性整流电路，这种电路具有线性度好、准确度高、电路简单、成本低廉等优点。
但是这种电路是按照正弦波平均值与有效值的关系(V RMS=1.111V p)来定义的，因此这类电表只能测量正弦波电压。
平均值AC/DC转换的电压表智能测量
无失真的正弦波电压，对于正弦波失真的交流
电压，这类电表测量就会引起误差，更不能测
量方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、
阶梯波等非正弦波，利用真有效值数字仪表可
准确测量各种波形的有效值，满足现代电子测
量之需要。
二．真有效值数字仪表的基本原理：
所谓真有效值即为“真正有效
值”之意，英文缩写为“TRMS”，有的文献也
称为真均方根值，我们先回忆一下交流电压的
有效值的表达式，它的定义如下：
我们对式（1）进行变换，两边平方，并令，就得到真有效值电压的另一种表达式
从（3）式即得，对输入电压依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算，也能得到交流电压的有效值，而且这公式更有使用价值。
举例说明：假如要测量一电压变化范围是0.1V-10V，平方后u2=10mV—100V，这就要求平方器具有相当大的动态范围（10000：1），这样的平方电路误差就可能超过1mV，要平方器能输出100V的电压，技术上是难以实现的。
如果使用式（3）的既便于设计电路，也能保证了准确度。
因此，目前大多数的集成单片真有效值/直流转换器均采用式（3）的原理而设计。
真有效值仪表的的核心器件是TRMS/DC转换器。
现在市场上这类单片的集成芯片很多，真有效值仪表普遍使用了这类集成电路。
单片集成电路具有集成度高、功能完善，外围元件少，电路连接简单、电性能指标容易保证等诸多优点，这类芯片能准确、实时测量各种电压波形的有效值，无须考虑波形参数和失真，这些性能是平均值仪表无法比拟的。
三．真有效值TRMS应用电路简述：
图2是由AD536构成真有效值
TRMS/DC转换电路，AD536内含有源整流器
（绝对值电路），平方/除法电路，镜像电
流源及缓冲放大器。
图中的R2和R3为偏
置电阻，两电阻的公共连接端接到AD536
的OCM，由于AD536的COM内部为CMOS电
路，阻抗较高，流经COM端的电流仅为数
uA。
C1为输入隔直电容，C AV为平均电容，
它与内部的电阻r（25kΩ)构成低通滤波
器，以获得平均值电压，有效值电压通过
AD536的第6脚输出。
由于电路采用了隔直电容，所以这样的电路仅适合于测量交流电，不能测量直流或变化缓慢的电压。
AD536的满量程电压为7V，如果使用的AD转换器输入电压范围不匹配，应设一个电压转换电路。
四．产品介绍：
以美国模拟数字器件公司的的
TRMS/DC转换器为代表产品有AD536、AD537、
AD736和AD737等。
我工作室开发的ZY250V
电压表即采用了高性能TRMS/DC芯片AD536AJ
芯片，使得仪表具有准确度高，响应速度快，
失真小特点。
AD转换器也使用了Analog公司
的12位逐次逼近式AD转换器AD574ADJ，中央
处理器使用ATEML公司的AT89C2051。
由于采
用了高性能的器件，使得这款电压表的性能非
常优越。
属于高性能的真有效值电压表。
可准
确测量各种波形的电压，在250V(AC)量程范
围，电压的分辨率理论值可达0.062V。
精度优
于0.2%。
右图为该仪表的内部结构图。