有效值检波器

2011年春季西南交通大学大学生电子设计竞赛

设计报告

有效值检波器

2011年5月27日

有效值检波器

引言

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机因为体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，被广泛应用于仪器仪表中。目前市场上的便携式仪表大多都是以单片机为核心。

LCD1602为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）单片机加LCD1602液晶显示器，基本可以满足本次单片机控制的数显频率计的设计与制作。

ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生产的串行接口8位A/D 转换器，通过三线接口与单片机连接，功耗低，性能价格比较高，适宜在袖珍式的智能仪器仪表中使用。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。芯片具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件连接和处理器控制变得更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。

一.方案认证

1.单片机部分：

考虑到电子设计竞赛的内容和设计的目的，决定选取STC89C52。此单片机虽然属于低端机型，但足以满足设计的要求。选取其它的高端机型有些浪

费。

所以使用STC89C52。

2.显示部分：

此次电子设计大赛要求地显示部分能够完成数字和常用字符的显示。若用数码管则只能显示0-F，不能显示其它的字符及符号。所以不能用数码管。

而选用LCD1602恰好符合要求。

所以应用LCD1602。

3.A/D转换部分：

ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。芯片具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件连接和处理器控制变得更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。

所以应用ADC0832。

二、硬件电路的设计

1.工作原理及系统框图

此次课程设计的要求如下：一方面，单片机要通过I/O中接收输入信号，另一方面要通过I/O口控制液晶的初始化、显示方式以及要显示的字符。

因此，设计必须以单片机为核心，显示器为外围设备。硬件上，单片机通过电路板电路与液晶显示电路相连；软件上，单片机要下载完整的程序对二者进行适时的控制。

单片机控制的数显频率计电路系统框图

从图中可以看出，单片机控制的有效值检波器的主要功能模块分为4类： ● 液晶显示：是指在单片机的控制下，液晶模块显示被测信号的频率与有效值。 ● 电源模块：为单片机和液晶显示器提供工作电源。 ● A/D 模块：将交流电压由模拟量转换为数字量。 ● 放大模块：将微小交流电压量放大。

单片机电路主要是通过编写程序来控制硬件电路。因此，可以通过改变程序，提高测量精度。 2.各部分电路设计 2.1 单片机控制电路

单片机控制电路由STC89C52单片机、晶振时序电路、复位电路构成。 2.2.1 单片机STC89C52

STC89C52 是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

本次设计主要用到单片机4个I/O 口中的3个，其中P3口及P1.0-P1.2与液晶显示器相接，18、19脚外界晶振电容为单片机提供时序。 2.2.2 晶振时序电路

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2.2.3 复位电路

常见的复位电路有两种：上电复位电路和开关复位电路，可根据电路的需要选择复位电路。 2.3 液晶显示电路

字符型液晶显示模块LCD1602是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，其引脚功能如下表所示。

读状态：输入:RS=L,RW=H,E=H 输出：D0～D7=状态字 写指令：输入:RS=L,RW=L,D0～D7=指令码，E=高脉冲 输出：无

读数据：输入:RS=H,RW=H,E=H 输出：D0～D7=数据 写数据：输入:RS=H,RW=L,D0～D7=数据，E=高脉冲 输出：无

根据1602液晶显示器的读写时序操作，编写相应的单片机驱动程序，便可以实现液晶显示器的显示输出。 2.4 A/D 转换电路

ADC0832有DIP 和SOIC 两种封装，DIP 封装的ADC0832引脚排列如图所示。 各引脚说明如下：

CS ——片选端，低电平有效。 CH0，CH1——两路模拟信号输入端。 DI ——两路模拟输入选择输入端。 DO ——模数转换结果串行输出端。 CLK ——串行时钟输入端。

Vcc/REF ——正电源端和基准电压输入端。

GND ——电源地。 2.4 电压放大及整流电路

在本设计中，采用LM324运放组成放大电路，对微量交流电压信号进行放大。同时，对交流信号全波整流。

三、系统的软件设计

软件调试主要是编写相应的程序，在电路仿真软件上仿真，直至到预期效果。 1.程序框图

主程序及各子程序的框图见图。

主程序框图 LCD 程序流程图

2.程序清单

根据程序流程图，编写相应的子程序和主程序。程序清单见附录3。

四、测试数据

1.同一频率在不同电压时的测量。