低频电压真有效值测量系统正文

-1绪论在科学研究和生产实践中，会遇到大量的非正弦波。电压是一个很重要的参数，如何准确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的容之一。目前所用的模拟电压表多为平均值检波，存在测量非正弦信号误差较大、测量小信号时漂移较大的问题，致使仪器灵敏度受到限制。传统测量仪表采用的是平均值转换法来对其进展测量，但这种方法存在着较大的理论误差。为了实现对交流信号电压有效值的精细测量，并使之不受被测波形的限制，可以采用真有效值(True Root Mean Square，TRMS)转换技术，亦称为真均方根值。在电气测量中，本文讨论的低频电压真有效值测量系统，从原理上克制了模拟电压表的缺陷。而且在具体设计和实现过程中有效地保证了仪器的灵敏度。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，为电压测量系统智能化做出了奉献。作为重要的测量工具，真有效值测量系统的开展可以说见证了现代工业的开展和科技进步。从传统的模拟多用表，到现在准确度和灵敏度越来越高的数字仪表，多用表的开展可谓是日新月异。目前的有效值测量系统的设计大概可以分为以下几类： 1基于单片机的数字有效值测量系统，这类系统中，最有代表性的是89C51系列的。由于8位机在价格和性能方面的优点，这类系统可以说是越来越成熟，并且能根据不同的场合选用不同的核心芯片来满足实际的要求。 2将传统测量方法和现代数字化测量方法有机结合起来，能适用于工频交流电特征，同时也能适用于非工频电参数测量，以提高通用性。在这类系统中，由单片机实现测量控制、数据分析处理、显示和量程自动转化等功能；由CPLD器件和高速A/D芯片组成双通道高速同步数据采集电路，由锁相倍频电路实现周期均匀等样间隔。在电子测量技术和自动控制系统中, 通常要测量正弦波、矩形波、三角波等波形的交变电压有效值和微弱信号中的噪声, 尤其在随机过程测量中,只要能准确测出各个窄频带与被测波形无关的有效值, 就可以得到该随机过程的功率谱密度函数,进展频谱分析和过程控制, 而且电压有效值也是电力系统中一个十分重要的参数。因此, 交流真有效值的测量是电测领域一个重要的研究课题。目前, 虽然一些数字式电压表和智能仪器具有真有效值的测量功能, 但构造复杂, 价格昂贵; 而数字万用表虽然价格低廉, 但大多仅能测量正弦电压的有效值, 且准确度不太高, 频率围不大。本文介绍的测量电路, 构造简单, 价格低廉, 精度较高, 频率围较宽, 波形适应性强。2总体方案设计方案一：利用单片机控制A/D对一个周期的信号进展连续多点采样，然后通过编写单片机程序在软件中根据有效值计算公式，利用傅里叶变换等算法积分求平均得到有效值并且通过数码管显示。单片机控 制被测交流信号VinLED显示A/D采样被测信号方案二：采用专用有效值检测芯片如AD736直接将交流信号转换为直流有效值信号，然后通过A/D转换器AD0808进展采样处理，最后经由单片机控制数码管显示输出。LED显示单片机控 制AD转换真有效值转换被测交流信号Vin方案一软件算法过于复杂，编程难度较大，而方案二软硬件都较简单，故设计中选用方案二。3单元模块设计系统总体框图：单片机处理LED显示AD0808采样处理真有效值转换AD736被测交流信号Vin系统主要由真有效值转换模块、AD0808采样处理模块、单片机处理模块、LED显示模块组成。3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1真有效值转换模块真有效值转换模块采用的芯片是AD736，AD736是AD公司推出的真有效值直流变换器。和以往的有效值测量技术不同，真有效值直流变换可以直接测得各种波形的真实有效值，它不是采用整流加平均测量技术，而是采用信号平方后积分的平均技术。采用AD736可以简化仪器的设计，增加信号测量品种，并且灵敏度、准确度也大大改善。系统的核心是测量交流电压的有效值，因此有效值测量的精度将直接影响系统最终的精度。该器件是按有效值隐含运算而设计，能计算任意复杂波形的高精度真有效值-直流转换器件，其精度优于0.3%，波峰因素 5，相对稳定时间快，是当前集成真有效值转换器性能较好的一种。AD736有效值测量原理如下:一个交变信号的有效值定义为1这里，为信号的有效值，T为测量时间，是一个时间的函数，但不一定是周期性的。对等式两边进展平方得：2右边的积分项可以用一个平均来近似3这样式2可以简化为：4等式两边除以得： 5这个表达式就是测量一个信号真实有效值的根底。AD736也是采用的这一原理。图中CC为低阻抗输入端耦合电容一般取值为1020uF；CF为输出端滤波电容一般取10uF；CAV为平均电容，它是AD736的关键外围元件，用于进展平均值运算。其大小将直接影响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33uF。设计电路： 图3.1.1.1真有效值转换模块因为本次设计要求测量的是-10V+10的低频信号，而AD736主要用于便携测试仪表，它的静态功耗电流小于200A,可承受的信号有效值为0200mV,但如加上衰减器，可增大测量围。同时我们知道，AD0808与单片机能承受的电压信号约为5V,。可先通过一个衰减模块将信号先衰减50倍送入AD736，从AD736出来后将信号放大25倍，然后在经过单片机的程序处理将衰减的两倍弥补，最终正确的显示在LED上。图3.1.1.2衰减、放大器电路3.1.2 AD采样处理模块本模块使用了AD0808，其主要作用是将模拟信号转化为数字信号，经过转换单片机可以对信号经行处理，最后实现对测量信号的显示。AD0808需要NE555提供时钟信号才能正常工作。 图3.1.2AD0808采样处理3.1.3 单片机处理模块 本次设计的单片机处理模块功能主要是对衰减了两倍的数据进展放大处理以及使测量数据正确的显示在LED数码管上。图3.1.3 单片机处理模块3.1.4 LED显示模块 本模块主要实现测量数据的显示设计本模块主要注意应加一个上拉电阻在P1口。 图3.1.4 LED显示3.1.5 稳压电源电路模块本文的设计采用了稳压电源电路，将220V交流电压转变为和，来满足系统设计中的供电需要。 图3.1.5 稳压电源电路3.2 电路元器件的选择 本次设计选用了真有效值转换芯片AD736对不同波形信号的电压真有效值转换，该器件是按有效值隐含运算而设计，能计算任意复杂波形的高精度真有效值-直流转换器件，其精度优于0.3%，波峰因素 5，相对稳定时间快，是当前集成真有效值转换器性能较好的一种。选择了ADC0808来对模拟信号进展采样变换后成为数字信号，ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进展模/数转换的器件。其部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进展A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能根本一样。一般在硬件仿真时采用ADC0808进展A/D转换，实际使用时采用ADC0809进展A/D转换。单片机选用了我们熟悉的51单片机，51单片机使用广泛，功能强大，同时我们学习时是由51单片机来讲解的，便于我们更好地进展电路设计和程序的编写。数码管选择了7SEG-MP*4-CC四个共阴二极管显示器，因为单片机I/O输出的电流过小缺乏以驱动数码管，加上拉电阻可以解决这个问题。3.3特殊器件的介绍3.3.1 AT89C51 单片机引脚构造与功能图3.3.1 AT89C51单片机主要特性：1与MCS-51 兼容 24K字节可编程闪烁存储器 3寿命：1000写/擦循环 数据保存时间10年 4全静态工作：0Hz-24Hz 5三级程序存储器锁定 6128*8位部RAM 732可编程I/O线 8两个16位定时器/计数器 95个中断源 10可编程串行通道 (11)低功耗的闲置和掉电模式 (12)片振荡器和时钟电路 管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进展校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进展存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流ILL这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 R*D串行输入口P3.1 T*D串行输出口P3.2 /INT0外部中断0P3.3 /INT1外部中断1P3.4 T0记时器0外部输入P3.5 T1记时器1外部输入P3.6 /WR外部数据存储器写选通P3.7 /RD外部数据存储器读选通P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想制止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOV*，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE制止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH，不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。*TAL1：反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。*TAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：*TAL1和*TAL2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振荡器。石晶振荡和瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，*TAL2应不接。有余输入至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，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写1且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停顿工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的容并且冻结振荡器，制止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.3.2 AD736 真有效值转换芯片介绍1AD736的引脚及部构造图3.3.2.1 AD736引脚排列 图3.3.2.2 AD736部框图AD736引脚：+Vs：正电源端，电压围为2.816.5V；-Vs：负电源端，电压围为-3.2-16.5V；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的取值围为1020F.当此端作为输入端时，第2脚VIN应接到；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10M，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。：公共端；Vo：输出端；CF：输出端滤波电容，一般取10F；CAV：平均电容。它是AD736的关键外围元件，用于进展平均值运算。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33F。AD736 的部框图如所示。它主要由输入放大器、全波整流器、有效值单元又称有效值芯子RMS CORE、偏置电路、输出放大器等组成。芯片的2脚为被测信号VIN输入端，工作时，被测信号电压加到输入放大器的同相输入端，而输出电压经全波整流后 送到RMS单元并将其转换成代表真有效值的直流电压，然后再通过输出放大器的Vo端输出。偏置电路的作用是为芯片部各单元电路提供适宜的偏置电压。目前市场上的万用表大多采用简单的整流加平均电路来完成交流信号的测量，因此这些仪表在测量RMS值时要首先校准，而且用这种电路组成的万用表只能用于指定的波形如正弦波和三角波等，如果波形一变，测出的读数就不准确了。真有效值直流变换芯片AD736则不同，它可以直接测得输入信号的真实有效值，并和输入波形无关。2AD736的典型应用电路AD736 有多种应用电路形式。为双电源供电时的典型应用电路，该电路中的+Vs与、-Vs与之间均应并联一只0.1F的电容以便滤掉该电路中的 高频干扰。Cc起隔直作用。假设按图中虚线方向将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，可选IN4148高速开关二极管。图3.3.2.3 AD736在双电源供电时的高阻抗应用电路为采用9V电池的供电电路。R1、R2为均衡电阻，通过它们可使V=E/2=4.5V.C1、C2为电源滤波电容。上述图3和图4电路均为高阻抗输入方式，适合于接高阻抗的分压器。图3.3.2.4 采用9V电池的高阻抗应用电路和分别为低阻抗输入方式时，用双电源供电和采用9V单电源供电时的典型应用电路。图3.3.2.5 双电源低阻抗应用电路 图3.3.2.6 9V电池供电低阻抗应用电路3考前须知是由单片机8098和AD736等芯片组成的可测量交直流有效值的智能化RMA仪表组成框图。图3.3.2.7 智能化RMS仪表组成框图应用AD736来制作RMS仪表时，应注意以下几个问题：1当被测交流电压超过200mVRMS时，必须在AD736前加一级分压器，以将被测电压衰减到200mV以。在采用AD736典型电路制作RMS仪表时，可在 AD736的输出端接1.0级、200mV直流毫伏表，或接3位半数字电压表DVM。也可利用典型的500型万用表的直流电压档，加上AD736的典 型应用电路改制成RMS仪表，AD736应用电路的电源可取自万用表的9V电池。2假设要测量交流电流的真有效值，应在AD736前面加一级分流器。此时应用AD736可选图6所示电路。3设计高精度真有效值RMS时，还应考虑被 测电压的波峰因素Kp波峰因数Kp是被测信号的峰值与真有效值之比的影响，应仔细选择适宜的CAV.常见的正弦波、言波、三角波和锯齿波的Kp2， 此时CAV可取33F.但对于窄脉冲或晶闸管的波形，由于Kp2，因此应适当增大CAV的容量，以延长取平均值的时间，从而减少由 Kp2所引起的附加误差。AD736是经过激光修正的单片精细真有效值 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围可达0460kHz、输入阻 抗高、输出阻抗低、电源围宽且功耗低最大的电源工作电流为200A.用它来测量正弦波电压的综合误差不超过3%.3.3.3 ADC0808/ADC0809芯片介绍ADC 0808和ADC 0809除精度略有差异外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全一样。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC局部，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的数据采集系统。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进展A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。1) 主要技术指标和特性1分辨率： 8位。2总的不可调误差： ADC0808为LSB,ADC 0809为1LSB。3转换时间：取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。4单一电源： +5V。5模拟输入电压围：单极性05V；双极性5V,10V(需外加一定电路)。6具有可控三态输出缓存器。7启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有部存放器清零，下降沿使A/D转换开场。8使用时不需进展零点和满刻度调节。2) 部构造和外部引脚ADC0808/0809的部构造和外部引脚分别如图11.19和图11.20所示。部各局部的作用和工作原理在部构造图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下：图3.3.3.1 ADC0808/0809部构造框图1IN0IN78路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。2D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。3ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选道对应关系如表11.3所示。4VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，用于提供片DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。图11.20 ADC0808/0809外部引脚图表11.3 地址信号与选道的关系地址选道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN75ALE地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。6STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近存放器清零，下降沿开场A/D转换。如正在进展转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开场转换。7EOC转换完毕信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对*个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反应接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。8OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被翻开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。3) 工作时序与使用说明ADC 0808/0809的工作时序如图11.21所示。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近存放器SAR复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期(不定)，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进展中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，翻开三态门，读取转换结果。图11.21 ADC 0808/0809工作时序模拟输入通道的选择可以相对于转换开场操作独立地进展(当然，不能在转换过程中进展)，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成(因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做)。这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。4软件设计 本次软件设计采用的是Keil uVision4，由于设计采用了简化编程算法的硬件设计方案，软件的设计相对简单，只需要将ADC0808模数转换后的真有效值放大两倍，然后在数码管上显示出来即可。开场4.1程序设计流程图开中断初始化处理数据显示4.2程序设计#include #include #include #define unit unsigned int#define uchar unsigned char#define AD *BYTE0*7FF8 /AD的地址sbit led1=P20;sbit led2=P21;sbit led3=P22;sbit led4=P23;sbit ad_busy=P32;uchar ad_data;uchar data dis5=0*00,0*00,0*00,0*00,0*00;uchar code led_segment =0*3F,0*06,0*5B,0*4F,0*66,0*6D,0*7D, 0*07,0*7F,0*6F;void data_pro();void delay (k);void display();void main(void) /主程序 EA=1; /开中断 E*0=1; ad_data=0; /采样值存储单元初始化为0 ad_busy=0; /中断信号初始化为有效 while(1) AD=0; data_pro();display(); void data_pro(void) /数据处理子程序 int shu,shu1,a,b,c; shu=ad_data*2; a=shu/51; dis4=shu%51; dis4=dis4*10; b=dis4/51; dis4=dis4%51; dis4=dis4*10; c=dis4/51; shu1=a*100+b*10+c; dis3=shu1/1000; dis2=(shu1-dis3*1000)/100; dis1=(shu1-dis3*1000-dis2*100)/10; dis0=shu1-dis3*1000-dis2*100-dis1*10; void Delay(int count) /*定义延时子函数 ,利用循环来延时int i,j;for(i=0;icount;i+)for(j=0;j120;j+);void display(void) /LED显示子程序 P1=led_segmentdis3; led1=0; delay(1); led1=1; P1=led_segmentdis2|0*80; /驱动方法 led2=0; delay(1); led2=1; P1=led_segmentdis1; led3=0; delay(1); led3=1; P1=led_segmentdis0; led4=0; delay(1); led4=1; void adc0809(void) interrupt 0 using 1 ad_data=AD; / 将采集数据送到 ad_data变量中 5系统调试本次设计的原理图设计使用的是PROTUES，根据设计方案，查阅了大量的资料，先完成了电路原理图的设计，然后编写相关的C语言程序。在调试的过程中遇到了很多问题。首先在设计真有效值转换模块的时候，刚开场仅凭PROTUES里AD736元件的信号输入端Vin以及参考的一个模块，将交流电压从Vin端输入造成电压真有效值转换的错误。最后通过更多查阅资料，知道了测交流信号真有效值信号输入端应该是低阻抗输入端Cc，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的取值围为1020F.当此端作为输入端时，第2脚VIN应接到。设计中还遇到了数码管不亮的问题，通过查阅和请教同学，给P1口接上上拉电阻后数码管就能正常显示了。这都是由于之前没做过多少系统，对电路的设计不熟。在软件设计时，因为对C语言编程的不熟也造成了在编写时出现很多问题，程序不能正确的编译成功。经过参看资料，最终编写成功。经过调试，最终实现了系统的功能，验证了系统的设计。本次设计由于是没有做实物，系统调试问题相对较少，如是做实物还应注意需要给运算放大器提供15V的电压。同时做实物时如出现AD采样不准，可能是参考电压不准造成的。6结论本次设计主要进展了低频电压真有效值测量系统理论的设计，通过PROTUES仿真软件验证了设计理论的正确和可行性。该系统主要由真有效值转换芯片AD736、模数转换芯片ADC0808、AT89C51单片机、四位共阴极数码管组成。电路相对简单，同时通过参加真有效值转换芯片，大大的减小了程序编写时的难度。系统流程：各种交流电压信号围在10V先经过衰减50倍送入AD736，从AD736出来的真有效值先放大25倍送入ADC0808，信号有模拟转为数字后送入AT89C51单片机，经过单片机处理数据，将电压整体衰减的两倍复原并且正确的送入数码管显示。 本设计的优点是电路相对简单，同时编程也十分简单，但测量的电压围较窄。在电子测量技术和自动控制系统中, 通常要测量正弦波、矩形波、三角波等波形的交变电压有效值和微弱信号中的噪声, 尤其在随机过程测量中,只要能准确测出各个窄频带与被测波形无关的有效值, 就可以得到该随机过程的功率谱密度函数,进展频谱分析和过程控制, 且电压有效值也是电力系统中一个十分重要的参数。交流真有效值的测量是电测领域一个重要的研究课题。可以通过对本系统进展改良来适应工业测量的需要，改良的方向有扩大其测量电压真有效值的围，可以做一个多量程的低频电压测量系统。传统的指针式电压表也能实现真有效值的测量，但其功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，并且传统的电压表在测量电压时需要手动切换量程，不仅不方便，而且要求不能超过该量程。如果在测量时忘记改变量程，则会出现很大的测量误差。而采用以单片机为控制核心的数字电压表，用其输入电压的围控制信号调理电路实现输入量程的自动切换，以到达既定的高精度性能指标，因此本文设计的电压测量系统具有很大的开展潜力。7总结与体会 本次课程设计历时两周，在这个过程中，我深刻地体会到了要做出一个好的设计是多么的不容易。在设计初期首先要明确设计的要求与任务，然后才能整理思路和收集相关的资料。为了完本钱次设计，我查阅了大量的资料，包括到图书馆借书和到网上下载相关的资料以及上专业的查阅系统设计相关的资料。由于资料比拟分散，所以整理有用的资料就显得很重要，有些东西实在是不懂我就把资料带回来请教同学，让我受益匪浅，深切的了解到查阅资料的重要性，以及提升了我在查阅资料的过程中过滤无用信息的能力。确立了整体思路后才能开场初步的设计，而初步的设计往往并不能直接实现功能，这里面涉及到各种元器件的选择。确定好了器件选型才能在仿真软件进展比拟系统的电路设计、程序设计与仿真调试。在这个过程中，我学到了大量书本所不能教会我们但又是我们必须具备的知识。使我体会到，仅仅学好了书本上的知识并不代表你就学好了一门知识，最重要的是要能够把从书本上学到的根底知识运用到实践中来，并能够在实践中不断扩展这门知识，这样才能真正学有所成，才能够真正学好一门知识。设计过程中也发现了书本上的知识与实际的设计应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用中这些是不能被忽略的。这也提醒我要多多实践，我的课业成绩还算可以，但做这次的设计还是比拟费力，最突出的就是对C语言编程的不熟，本次设计的编程本来算是很简单的，但我也是出了不少问题。同时在设计中我也明显感觉到了对电路设计的不熟，这直接就导致我出现了一些设计中的低级错误。 通过本次的课程设计，我学习了一种以前从没用过的芯片AD736，学习了它的使用方法，进一步熟悉了单片机AT89C51、模数转换芯片ADC0808、运算放大器以及数码管的使用及设计理论。由于本人平时比拟缺乏系统设计的具体实践，所以本次的课程设计可能还存在着一些不完善之处，我下来一定会更加严格的要求自己，多参与一些系统的设计，以进一步提升自己。8参考文献1 毅刚.单片机原理及应用M.：高等教育.20102 电子技术根底模拟局部第5版M：清华大学，20063 电子技术根底数字局部第5版M：清华大学，20064毅刚,喜元,董继成. 单片机原理及应用M. 大学. 2003.5 自美.电子线路设计实验测试M . ：华中科技，2000.56 谭浩强.C程序设计第三版M. ：清华大学，2008.17 华成英.电子技术M.中央播送电视大学，20068淑等.电子技术实验与课程设计M.：清华大学，20069贾更新.电子技术根底实验设计与仿真M.：大学，200610旭东等.实用电子电路精选M.：化学工业，200711朱清慧等Proteus教程电子线路设计、制版与仿真M：清华大学出版附录1系统仿真图低频电压测量系统仿真图附录2程序代码#include #include #include #define unit unsigned int#define uchar unsigned char#define AD *BYTE0*7FF8 /AD的地址sbit led1=P20;sbit led2=P21;sbit led3=P22;sbit led4=P23;sbit ad_busy=P32;uchar ad_data;uchar data dis5=0*00,0*00,0*00,0*00,0*00;uchar code led_segment =0*3F,0*06,0*5B,0*4F,0*66,0*6D,0*7D, 0*07,0*7F,0*6F;void data_pro();void delay (k);void display();void main(void) /主程序 EA=1; /开中断 E*0=1; ad_data=0; /采样值存储单元初始化为0 ad_busy=0; /中断信号初始化为有效 while(1) AD=0; data_pro();display(); void data_pro(void) /数据处理子程序 int shu,shu1,a,b,c; shu=ad_data*2; a=shu/51; dis4=shu%51; dis4=dis4*10; b=dis4/51; dis4=dis4%51; dis4=dis4*10; c=dis4/51; shu1=a*100+b*10+c; dis3=shu1/1000; dis2=(shu1-dis3*1000)/100; dis1=(shu1-dis3*1000-dis2*100)/10; dis0=shu1-dis3*1000-dis2*100-dis1*10; void Delay(int count) /*定义延时子函数 ,利用循环来延时int i,j;for(i=0;icount;i+)for(j=0;j120;j+);void display(void) /LED显示子程序 P1=led_segmentdis3; led1=0; delay(1); led1=1; P1=led_segmentdis2|0*80; /驱动方法 led2=0; delay(1); led2=1; P1=led_segmentdis1; led3=0; delay(1); led3=1; P1=led_segmentdis0; led4=0; delay(1); led4=1; void adc0809(void) interrupt 0 using 1 ad_data=AD; / 将采集数据送到 ad_data变量中 . z.