50Hz正弦交流电有效值的测量

《单片机应用实践》课程设计任务书

学生姓名:杨博专业班级: 电信1303 班

指导教师: 孟哲工作单位: 信息工程学院

题目: 50Hz正弦波有效值测量仪表的设计与实现

初始条件:

（1）提供实验室机房及其proteus7.0以上版本软件；

（2）《单片机原理与应用》学习。

要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要

求):

（1）选择一本《单片机原理与应用》，认真学习该教程的全部内容，包括汇编语言的理解与应用，51单片机的基本功能与应用；

（2）要求用51单片机设计一个测量仪表，能够测量量程200mv~20v的50Hz 正弦波交流电的有效值

（3）要求做出仿真，并依照仿真设计实物并对实验结果进行分析和总结；

（4）要求阅读相关参考文献不少于5篇；

（5）根据课程设计有关规范，按时、独立完成课程设计说明书。

时间安排:

(1) 分析课题，完成设计构想两天；

(2) 完成仿真一天；

(3) 购买元件并完成实物两天；

(4) 完成报告书一天；

指导教师签名: 年月日

系主任(或责任教师)签名: 年月日

摘要

在实际生产与生活之中，有效值扮演了一个极其重要的角色。由于有效值能够直接反映出交流信号能量的大小，因此在对于其他物理量例如功率、噪声、失真度、能量转换等的研究上发挥着极其重要的作用。

本次课设完成一个50Hz正弦波有效值测量仪表的设计与实现。根据要求，本次课设以STC89C52单片机为控制核心，通过电阻分压网络、基于AD736的有效值检测模块、基于LM324的信号放大模块以及基于TLC549的A/D转换模块完成正弦波有效值测量工作，结果通过LCD显示。

关键词：正弦波；有效值；单片机控制；AD736；TLC549.

Abstract

In the actual production and life, the effective value plays an extremely important role .Because of the effective value of AC, signal can directly reflect the size of the energy,it’s convenient to study for other physical quantities such as power, noise, distortion, energy conversion and so on.

The design and implementation of a 50Hz sine wave effective value measuring instrument is set up in this lesson design. According to the requirements, the class stipulates STC89C52 microcontroller as control core, through the resistance points pressure platform, based on AD736 effective value detection module, based on LM324 signal amplification module and based on TLC549 A / D conversion module to complete sinusoidal RMS measurements. The results through the LCD display.

Keywords:sine wave; effective value; single chip microcomputer control; AD736; TLC549.

1.设计原理

1.1方案设计

方案一：采用二极管整流电路，再通过峰值检波电路测得峰值，然后根据波形因数求得相应的有效值。

方案二：利用采用有效值检测芯片AD736直接将交流信号转换直流有效值信号。

方案比较：方案一硬件电路较复杂，且能测得的波形有限，对不同的波形还需根据其波形因数采取不同的换算关系，但是元件成本比较低。方案二设计精度比较高，能够符合设计要求，但是资金投入比方案一要大。综合考虑选择方案二。

1.2设计流图

图1.2 设计流程图

2硬件电路设计

2.1信号衰减选择与有效值测量模块

信号衰减选择主要通过电阻的分压作用实现，如图2.1.1所示。

图2.1.1 信号衰减选择电路

有效值测量模块以AD736芯片为核心，根据初始信号的大小选择不同衰减倍数后输入AD736，初始信号在0—200mV内不衰减，200mV—2V内衰减10倍，2V —15V内衰减100倍。

AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。其主要特点是准确度高、灵敏性好（满量程为200mVRMS）、测量速率快、频率特性好（工作频率范围可达0～460kHz）、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低。最大的电源工作电流为200μA，用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±3%。

AD736各引脚功能如下：

+Vs：正电源端，电压范围为2.8～16.5V；

-Vs：负电源端，电压范围为-3.2～-16.5V；

COM：公共端；

Vo：输出端；

CF：输出端滤波电容，一般取10μF；

Cc：低阻抗输入端，用于外接低阻抗的输入电压（≤200mV），通常被测电压需经耦合电容Cc与此端相连，通常Cc的取值范围为10～20μF。当此端作为输入端时，第2脚VIN应接到COM；

VIN：高阻抗输入端，适合于接高阻抗输入电压，一般以分压器作为输入级，分压器的总输入电阻可选10MΩ，以减少对被测电压的分流。该端有两种工作方式可选择：第一种为输出AC+DC方式。该方式将1脚（Cc）与8脚（COM）短接，其输出电压为效流真有效值与直流分量之和；第二种方式为AC方式。该方式是将1脚经隔直电容Cc接至8脚，这种方式的输出电压为真有效值，它不包含直流分量。

CAV：平均电容。它是AD736的关键外围元件，用于进行平均值运算。其大小将直接响应到有效值的测量精度，尤其在低频时更为重要。多数情况下可选33μF。

有效值测量模块电路如图2.1.3所示，AD736有多种典型应用电路，包括低输入阻抗方式、高输入阻抗方式下的双电源供电电路和9V单电源供电电路。本方案采用高输入阻抗下的双电源供电方式，该电路中的+Vs与COM、-Vs与COM 之间均并联一只0.1μF的电容以便滤掉该电路中的高频干扰。 CC与COM之间并联一个10μF的电容起隔直作用。若将图中1脚与8脚短接而使Cc失效，则所选择的就是AC+DC方式；去掉短路线，即为AC方式。R为限流电阻，D1、D2为双向限幅二极管，超过压保护作用，选IN4148高速开关二极管。