基于arduino的电压有效值测量电路设计与实现

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1、北京邮电大学电子电路综合设计实验报告学院：信息与通信工程学院班级：姓名：学号：实验题目：基于Arduino的电压有效值测量电路设计与实现。摘要：为了了解Arduino最小系统的搭建和编程方法以及半波整流模拟电路的工作原理，通过搭建Arduino最小系统，测试Blink程序，可以驱动Arduino数字13口LED闪烁。采用uA741搭建半波整流电路，加上滤波电路，通过编写程序可以实现在一定误差范围内用数码管读取正弦波电压有效值，并测试了正弦波在不同频率及峰峰值的情况下读取有效值的准确性，可以看出这种情况下的测量范围是有限的。通过这个实验，对Arduino最小系统有了深刻全面的认识，拓宽了

2、眼界，同时通过对半波整流不同电路类型的搭建摸索，对模拟电路滤波有了更深的认识。也发现Arduino最小系统可以有更多有价值的应用。关键词：Arduino、半波整流、滤波实验目的：1、熟悉Arduino最小系统的构建和使用方法；2、掌握峰值半波整流电路的工作原理；3、根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数；4、画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）；5、熟悉计算机仿真方法；6、熟悉Arduino系统编程方法。实验设计：实验的总体设计分为三部分：Arduino最小系统的实现、半波整流及滤波电路和数码管的显示。三部分连接在一起完成对正弦信号电压有效值的测定。1、系统组成框图2

3、、Arduino最小系统的搭建使用单片机、16M晶振与两个22pf的电容完成最小系统的搭建，但Arduino不光是硬件，需要用ArduinoIDE把Bootloader下载进入这个最小的硬件系统中。在单片机的13口接LED灯，通过下载器将blink程序烧入最小系统，可以控制LDE灯的闪烁频率。同样，根据滤波电路的调测将编写的测量程序写入最小系统就可以较准确地读电压的有效值。3、半波整流及滤波电路根据二极管正向导通反向截止的特性，使用LM741完成半波整流电路。因为LM741是双电源供电，但实验器材中只有一个可以提供+5V电压的稳压集成电路7805，为了完成实验，使用两个10k的电阻将5

4、V分压，将+2.5V接入本应接地的3口，从而将地线提高到+2.5V，可以完成LM741单电源的半波整流。交流电源后加的47uf的电容是为了滤低频成分。实验过程中曾尝试使用单电源供电的LM358p进行半波整流，虽然示波器有半波电路，但在仿真过程中出现较大的误差，所以重新使用LM741.滤波电路采用50Ω电阻和100uf电容串接的RC滤波电路，实验中发现电阻小一些滤波效果比较好，波形更平。4、数码管的显示根据数码管的引脚图将数码管与单片机接在一起，单片机接+5V电源，根据烧好的程序，数码管自己显示读数。电路的安装与调试：首先根据电路图搭建了Arduino最小系统，用下载器连接最小系统与电脑

5、，将blink程序烧入最小系统中，实现了13口LED灯闪烁。在此过程中连线非常重要，单片机很容易因为连线的失误烧坏。接下来连接半波整流及滤波电路。根据电路图连线（注意接地），用函数信号发生器产生1V左右，1KHz的正弦波接入输入端（用示波器观察），使用7805产生稳定的+5V电压接入运算放大器中，接通电源，用示波器另一路在输出端观察半波整流情况，示波器显示如下图：可以看到正弦波抬高了2.5V之后实现半波。（测量看出实际抬高2.56V）再接入滤波电路，用示波器观察输出，如下图所示：在屏幕中可以看出基本与滤波前峰值相平。接下来用毫伏表测量输入信号的有效值，同时用示波器观察滤波后幅值的大小（

6、先减去抬高的2.56V），改变输入信号峰峰值的大小，将两者进行比较，列表如下：毫伏表读数V1（mV）示波器读数V2（mV）V1/V23444900.7023825400.7074005500.7274816500.7406979600.719可以看出毫伏表测出的有效值与滤波后电压的大小基本满足0.707的关系，在编程时取0.720.接下来将数码管与单片机连接在一起，根据数码管的工作原理编写程序，用下载器将程序烧入最小系统，检测数码管工作是否正常。安装好数码管后，去掉下载器，用线将半波整流电路的输出接入最小系统的输入，给最小系统接入+5V的电压。整个电路注意共地。观察数码管的示数与毫伏表

7、示数，改变输入信号峰峰值或频率，观察两者示数的变化。在不改变频率的情况下，改变输入峰峰值，列表如下：毫伏表示数（mV）数码管示数（mV）261265303304345346368367可以看出数码管读出的有效值与毫伏表测出的基本一致，在误差允许的范围内。但在改变峰峰值及频率的情况下，准确度会有所下降，在1V、1KHz左右最准确。随着峰峰值的增大，误差也会变大。至此，实验基本结束。电路仿真：主要用multisim软件对半波整流电路及加上滤波之后的