基于单片机正弦波有效值测量仪表设计

电子系统设计创新与实践

设计报告

题目：基于单片机正弦波有效值测量仪表设计

院（系）：信息科学与工程学院

专业班级：电子信息工程

学生姓名：学号：

同组成员：

指导老师：肖洪祥职称：副教授

设计方案（30分）样机测试（40分）设计报告（30分）总分

2012年7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。

本文详细介绍一个正弦波有效值测量仪表设计，以STC89C52单片机为控制核心，由交流电压采集模块，正弦波转方波模块，AD转换模块、显示模块等构成。系统采用交流电压输入信号，经TLC372比较器和LM358放大器进行信号采集，经过AD0809进行数据采样，然后输入到89C52单片机进行交流电压有效值的计算和测量，加上CD4049进行正弦波转换为方波，输入到89C52单片机进行频率的计算和测量，结果用1602液晶显示正弦波的有效值和频率。

关键词：交流电压有效值测量 AD0809 STC89C52

Abstract

In practice, the effective value is the most widely used parameters, voltage meter except in special circumstances, are almost as effective value of sine wave for calibration. Effective value and widely applied reasons, partly because it directly reflects the AC signal energy, the study of power, noise, distortion, frequency spectrum purity, energy conversion is very important; on the other hand, it has a very simple superposition property, calculation is very convenient.

This paper describes an effective value of sine wave measuring instrument design, using STC89C52SCM as control core, by the AC voltage acquisition module, sine wave to square wave module, the AD conversion module, display module. The system adopts the AC input signal, the comparator TLC372and LM358 amplifier for signal acquisition, through AD0809 data sampling, and then input to the SCM 89C52AC voltage effective value calculation and measurement, and CD4049are converted to square wave sine wave, input to the SCM 89C52frequency calculation and measurement, the results with the 1602 liquid crystal display sinusoidal RMS and frequency.

Key words: Ac voltage RMS measurement AD0809 STC89C52

目录1. 概述

1.1 题目名称

1.2 功能和指标要求

1.3相关情况概述

2.技术方案

2.1有效值测量的方法

2.2设计思路

2.3总体技术方案

3.硬件设计

3.1信号采集电路

3.2正弦波转方波电路

3.3 ADC0809电路

3.4单片机最小系统和1602显示电路

3.5电源电路

4.软件设计

4.1 频率测量

4.2幅度测量

4.3软件测试

1. 概述

1.1 题目名称

基于单片机的正弦波有效值测量仪表设计。

1.2 功能和指标要求

1）输入交流电压：5V~50V；

2）正弦频率：50Hz±5Hz；

3）检测误差：≤2%

4）具有检测启动按钮和停止按钮，按下启动按钮开始检测，按下停止按钮停止检测；

5）显示方式：数字显示当前检测的有效值。在停止检测状态下，显示最后一次检测到的有效值；

6）显示分辨率：0.1V

7）工作电源：电网AC220V，要求在电网电压变化±15%范围内能够正常工作。

1.3相关情况概述

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