对50HZ正弦交流信号有效值的测量 单片机

目录

摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................. I I 1设计任务. (1)

1.1设计要求 (1)

1.2理论分析 (1)

2硬件电路设计 (2)

2.1有效值测量模块 (2)

2.2 A/D转换模块 (3)

2.3单片机控制模块 (4)

2.4显示模块 (5)

2.5总体电路设计 (6)

3程序设计 (7)

3.1程序框图 (7)

3.2源程序 (8)

4软件仿真 (13)

5心得体会 (15)

参考文献 (16)

摘要

在实际使用中，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。

本次课程设计以STC89C51单片机为控制核心，利用有效值测量芯片AD736对正弦交流信号的有效值进行测量，测量结果由放大器放大，经TLC549芯片A/D 转换后，由单片机控制LCD液晶显示器显示有效值。

关键字：有效值、AD736、TLC549

Abstract

In actual use, the RMS is the most widely used parameters, voltage meter in addition to the special situation, almost all is according to the set of sinusoidal RMS. The cause of the valid values being widely applied, on the one hand, because it is directly reflect the size of the ac signal energy, for the study power, noise, distortion, frequency spectrum purity, energy conversion and so on is very important; On the other hand, it has a very simple superposition nature, extremely convenient to calculate.

This course design with the STC89C51 microcontroller as the core, using RMS measurement chip AD736 of sinusoidal ac signal effective value measure, the measured results by the amplifier amplification, after eight bits A/D conversion chip, the LCD display RMS was controlled by single chip microcomputer.

Keywords: current effective value, AD736, TLC549

1设计任务

1.1设计要求

设计并实现对50HZ正弦交流信号有效值的测量，要求输入信号0-15V, 测量显示的分辨率为0.01, 误差<0.02。

1.2理论分析

方案一：利用数字测量技术对交流信号有效值进行准确测量。测量交流信号的数字测量方法主要有峰值测量法、平均值测量法和纯计算法。其中纯计算法公式为：

V RMS=1

T

V2t

T

dt

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：方案一中峰值测量法和平均值测量法只能用于无谐波的纯正弦信号场合，其测得的值不是真有效值。纯计算法只要满足奈奎斯特采样频率条件就可测得真有效值，但在使用传统的纯计算法时，数字测量系统必须满足所谓的整周期采样条件，即交流信号的周期必须等于采样周期的整数倍或有理分数倍，否则该方法求得的值就不符合真有效值的定义。这使整个工作过程变得复杂，同时加大了时间滞后和测量误差。方案二设计精度比较高，能够符合设计要求。故综合考虑选择方案二。设计流程图如图1所示

图1 设计流程图

2硬件电路设计

2.1有效值测量模块

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；

图2 AD736引脚图

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下图所示，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