单片机课程设计--单相工频交流电压、电流计设计

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1、单片机课程设计题目：单相工频交流电压、电流计设计姓名：赵然院（系）：信息学院专业：自动化指导教师：潘峰职称：评阅人：职称：东华大学信息科学与技术学院自动化系2012年6月29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。本文详细介绍了一个数字工频电压、电流表设计，以AT89C51单

2、片机为控制核心，由电压、电流传感器模块，真有效值测量模块，AD转换模块、波形整形模块、显示模块等构成。系统采用电压、电流分压分流对输入信号进行降压处理，经AD736转换得到原信号的真有效值，由AD1674转换为数字量后送入单片机内进行简要的数据处理并将结果通过六位LED实时显示，达到了较好的性能指标。关键词：工频数字电压（电流）表真有效值AD736AD1674AT89C5129第一章绪论§1.1系统设计任务设计基于MCS-51的单相工频交流电参数检测仪。交流有效值0-220V，电流有效值0-40A。电压、电流值经电压、

3、电流传感器输出有效值为0-5V的交流信号，传感器输出的电压、电流信号与被测电压、电流同相位。基本要求如下（1）电流、电压测量精度0.1%(2)检测电压、电流的相位角，求出功率因素（3）电流、电压有效值由LED轮流显示，也可由按键切换显示量(4)有效值、功率因素可以发送至远程主机。设计以AT89C51为核心的控制电路，并编写相关的系统软件（汇编、C51程序均可）§1.2设计思路本例旨在设计一个工频交流电流、电压计。系统利用分压、电流转换原理将工频电压/电流转换为弱电压。进行有效值转换，进而得到稳定的直流信号。由模拟开关选

4、择电压或者电流通过，进入单一输入量的AD1674。进行A/D转换，所得数字信号送入单片机进行数据处理，然后显示。最后由串口输出送入虚拟串口进行调试。系统总体框图如图1-1所示。29分压电路电流转换电路有效值转换电路有效值转换电路555定时器产生方波测量相位差AD1674模数转换器AT89C51远程虚拟终端轮流显示，选择开关图1-1系统总框图29第二章硬件设计§2.1转换电路设计2.1.1分压电路分压电路如图2-1所示，分压电路工作原理为：不同的输入电压通过分压电阻，电压下降而不改变相位。图中运算放大器构成电压跟随器，图

5、2-1分压电路运放输出电压和互感器输入电压关系为：U0=U*R101/(R100+R101)。故选择取样电阻R100=215Ω、R101=5.02Ω。2.1.2电流转换电路电流转换电路如图2-2所示，输入电流0~40A，输出电压0~5V，29图2-2电流转换电路§2.2真有效值转换电路设计系统的核心是测量交流电压、电流的有效值，因此有效值测量的精度将直接影响系统最终的精度。有效值测量集成电路视其测量范围和精度有多种规格可选，较通用的有Analog公司的AD536、AD636、AD736及AD737等。考虑到成本等因素，

6、系统选用的是AD736，应用电路如图2-3所示。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。对等式两边进行平方得：（2）右边的积分项可以用一个平均来近似29（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基础。

7、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10～20uF；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，用于进行平均值运算。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。29图2-3真有效值转换电路§2.3555定时器矩形波转换电路设计利用555定时器，对正弦信号进行整形，从而形成矩形波。利用中断进行计时。当整形电压波形首次出现下降沿时，定时器1、2打开。开始计数。当整形电流波形首次出现下降沿时，关闭定计数器T0，计数

8、值为time_l。当整形电压波形再次出现下降沿时，关闭计数器T1，计数值为time_s。从而计算出相位差phase=(time_l)*360/(time_s)。功率因数powerfact=cos（phase）。应用电路如图2-4所示。29图2-4矩形波转换电路§3.2电压、电流真有效值切换电路设计由于AD1674要求一路输入，故需