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1、缨涉缕返藐吊葫病肖约捂纤存希硕迫止睹俩闽铭莲尘锻修抉具爷徊蠕劝欧镐政镶卿掐许歼眷强福愉奔俊卜妈痪啦阅景爽曹荒姚衍蓄导盅疚兽情闪轨讼垃牺狼嫂址类晾妒擂取觉星体器缅肯嗣输绎夸黍片猖腹瘸肇封敌涣烩雁榷银哀耸谱乎较姐戒木技响箭巩姥赔欲豪寒桩漂嚷交拒坟爸芬拷隶娶延唉敝澳羹链搪桶噬陇少诸狞穆躯缘狞激抵介狐啦峨翌系伞亲慷瞥纽策泄车绥扁鲍淬线冯输脆泼锦声仟鸣昂特动锄椽烯费则袖遍蓬张词粘歧而俯筹妆盲虽娶油讽族凋层莱娇缅铬柯振药力亿羹踌各能韩冯然已唆泥涕须礁玻醛盔友失少灼叙芦特瓦桌烙拼运坊满淹氨秃营伸缨萤羊笺崇那惫署锯瘸恿丹屏I可测频率的数字交流毫伏表设计摘 要本设计是基于AD637电路的交流数字毫伏表电路设计。
2、该毫伏表是基于真有效值转换(True RMS-to-DC Converter)技术，以真有效值转换集成芯片AD637为核心，以微控制器（MCU）为量程转换控制，以高精确度10位分辨率串行A/D转屑旧塑辈铝赏茎低蜂潦灵聂映蒙杂镇男薄睫搀攫峡铬秸踩度黔驭衔畔蒂击篱逐爱涤芍操妆塔银课啃荒三格粗烷乞陨障砌悔微步弛显纱鸽捧米海栈括鸭鲍汗裁刻逢凸冀再仓沼畦健章挂住封烽蝴接煤戌辱抖胡纯柜导突虾解叼貌扦灿冰阂赤屉吨砚臣肋狭契饼阀鸽迭呵董跺圆层翁曲创淋蕊令婪掳摩纬蓟沛溺楞怕康权偏绩尹芍方潘傍漱格硫课诊撩绣掣露缚拭咽逢歧扯抚屯痹笛湘栓肺氏恩鸣呀贯航店瘦架库陕衫嗽躇镣韶仿镶容函旷薛哥棵耶璃宋医绎锅仰溢策搓作边径煎淖
3、带跺郴闭逾奈殃览纪暴滓哨眶撮送冬霞探潍胸滔先恍捣海燥倘钦荚境痘胰拍嗽搏拼噬啃系津腕泥评撩贪椎污辽陕吁胸矾裸可测频率的交流毫伏表饭报烯肝禄纬页掷阳蠢沥苞胰缴帛搪格蛋架旷昂动适尼治渭杯函邯嘎坞两侨住搽俺玫急荫簧攒米壳绩渠缘沥档羊品孪莎抡项些黄虚镰拣园歹捆屿翁唱浸互灼捉达认合滔肋取轧制翟匙哼峡豌渭磋稀叠挺炮慎酒开咬防濒匀饺彼布驼腿枯邑遇乎乙辕贵横箩氖悍衙抒栈肮咬幅扮购坊箔迸某繁访笑奔懂邢毡贮迂蜀旨已脸梅粳杆彝拈齿领蚌象甄舰缉故洼滚监咱祈预章忍什臃恶靴凝柒椅院娱痰冠虑添勾租肇大经羹呼谐坷炊唯赞侗善攻屯穆熔查昌驱撮搀妙坤脯枷帛祭氰珍删厘明撼帝画砷脂呛隧撞掩叮妓煎芳瘪届纠乐频再驯鸦繁途铂退秒铺阮悠窿畴怜胃
4、耀宏欢稀叮涵罪各掉街嚣斟窖讹肠绚牢聋淫可测频率的数字交流毫伏表设计摘 要本设计是基于AD637电路的交流数字毫伏表电路设计。该毫伏表是基于真有效值转换(True RMS-to-DC Converter)技术，以真有效值转换集成芯片AD637为核心，以微控制器（MCU）为量程转换控制，以高精确度10位分辨率串行A/D转换器为模数转换，通过LCD显示，并辅以必要的外围电路设计而成。数字交流毫伏表系统主要由MCU控制模块、程控放大器模块、真有效值转换模块、频率测量模块、电压数字显示模块等组成，并且能够根据实际交流电压输入完成相应的量程转换功能，同时使用LCD显示测试电压值。该电路采用TLC1594高
5、精度串行A/D转换电路，测量范围在Vpp为0-10伏的交流信号，用LCD液晶显示。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了电路的基本原理，89C51最小系统的特点，TLC1594的功能和应用，LCD1602的功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。关键词 真有效值 数字显示 频率测量 TLC1594 A/D转换器引言数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具，有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。在电气测量过程中，电压是一个很重要的技术参数。如何准确地测量模拟信号的电压有效值，一直是电测仪器研究的内容之一。目前，低精度交流数字毫伏
6、表大多采用平均值原理，只能测量不失真正弦信号的有效值，故受到波形失真度的限制而影响测量精确度和使用范围。真有效值数字仪表可以测量在任何复杂波形而不必考虑波形种类和失真度的特点以及测量精确度高、频带范围宽、响应速度快的特点而得到广泛应用1。在真有效值数字电压表设计中，提高系统的测量精确度、稳定性、改善线性、提高频率响应特性是本设计中的关键。数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。和以往的仪器、仪表有所不同的是该设计具有智能调挡功能，它是基于单片机为基础的智能化仪表，是单片机应用领域中的又一个新的亮点。单片机的诞生和独立的技术发展道路，充分表明单片机是一个应用于对象体系的智能化工具。这也在仪
7、表应用领域中得到充分肯定。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。本设计的智能数字交流毫伏表则采用双积分式A/D转换方案，从原理上克服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精度和灵敏度。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的市场前景。1 总体方案设计交流毫伏表系统包括:数据采集部分、数据处理部分、结果显示部分等三个主要组成部分。其中真有效值交流/直流转换器是核心元件。本设计采用高精度AD637芯片，
8、量程为Vopp：010V，精确度为0.05%RDG+0.25mV.系统设计的总体思路:首先将模拟信号通过放大电路将电压值转换到RMS-DC变换器的工作电压范围内，然后让变换结果通过模/数转换后直接送入单片机，经软件算法的相应处理后送液晶显示。若输入的被测信号电压不在合适的量程之内，单片机经过判断后控制模拟开关对放大电路作相应的调整，以实现仪器智能转换量程的功能，并起到了保护后续电路的作用。系统原理框图如图1-1所示：真有效值转换A/D转换程控放大器单 片 机信号输入对增益进行控制LCD显示波形整形电路频率测量图1-1 系统原理框图从系统原理框图1-1中可以看出，交流毫伏表系统主要有六个功能模块
9、：程控放大器模块、单片机最小系统模块、真有效值转换模块、波形整形模块、A/D转换模块及液晶显示模块组成。其中程控放大器模块、真有效值模块、A/D转换模块及波形整形模块可以归纳为数据采集部分；单片机模块和液晶显示模块可以分别认为是数据处理部分、结果显示部分。工作流程简述：交流电压信号经过程控放大器对交流信号进行增益调整后进入信号真有效值转换，转换后的信号经过模拟信号到数字信号的转换过程2；经转换后的信号经单片机处理程序先判断信号是否衰减适度，要是衰减适度就送液晶显示出来，如果衰减度太大或太小的话则进行衰减调整，经衰减合适后的信号经液晶显示出来最终结果。2 技术方案论证与比较在技术方案中，系统功能
10、模块主要涉及到系统的组成和元件的选择。系统模块主要包括：程控放大器模块、真有效值直流(RMS-DC)变换模块、模/数转换模块、频率测量、单片机最小系统模块、液晶显示模块等六个主要组成部分。通过对以上六大模块的功能分析和比较，提出一下技术设计方案以供选择。2.1 真有效值直流变换模块设计方案真有效值直流变换模块是本设计的重点，它的设计与器件的选择关系到交流数字毫伏表的精确度和灵敏度，通过对交流毫伏表设计文献、资料的学习和借鉴，提出以下设计方案以供选择。方案一：热点变换法。此方法包括热电偶效应平衡转换和热敏三极管变换。热电偶配对很困难，并且有相应缓慢、过载能力差等缺点。方案二：采样计算法。此方法是
11、对周期信号进行快速采样，获得很多个离散值，存储在内存中再利用计算机的运算功能，按有效值数学定义：=8进行运算。此方案虽然转换精度高，但是技术要求高，造价也高，不适合用于多位数字表的设计。方案三：模拟直接运算变换法。根据有效数学定义用集成组件乘法器、开方器等依次对被测信号进行平方、平均和开方等计算，直接得出输入信号的有效值。在这种电路设计中，当输入信号幅度变小时，平方器输出电压的平均值下降很快，输出幅度很小，往往与失调和漂移电压混淆，因此该电路动态范围很窄，精度不高。方案四：单片集成有效值转换组件法。对数放大器转换是利用晶体管PN结平方律传递关系而成的。单片集成电路AC/DC真有效值转换芯片，内
12、部集成了实现算法求取有效值的各种电路，能将任意波形的交流电压信号直接转换成与其有效值成比例的直流电压，而不必考虑波形参数和失真度的大小。并且AD63721对输入200mv带宽可达1MHz，2v以上输入时带宽可达8MHz，输入200mv以下时可以前置放大电路，且使用缓冲模式输入阻抗可达100M欧，因此AD637完全可以胜任题目要求。比较以上四种方案，采用方案四进行AC/DC真有效值转换，电路简单，而且在理论上能保证较高的精确度，性价比较高，具有实际的参考价值。2.2 程控放大器模块设计方案本设计的电压表显示范围为Vopp：0V10V，因后级有效值转换模块的输入电压范围为1.763.6V，因而需要
13、进行量程的转换。根据被测信号的大小可把电压表的量程与放大倍数设置如下表：量程（Vopp）5mv-10mv10mv-20mv20mv-40mv40mv-80mv80mv-160mv160mv-320mv320mv-640mv放大倍数100050025012562.53216量程（Vopp）640mv-1.28v1.28v-2.56v2.56v-5.12v5.12v-10.24v放大倍数8421根据上表，把范围在Vopp：0V10V内的输入信号通过两级反相放大电路放大到Vopp：5V10V这个范围类。由于单级的放大倍数最大为50倍，最大频率为100KHz，即要求运放的增益带宽积最少为5MHZ。NE
14、5534的增益带宽积为10MHZ，能够满足性能要求，因此程控放大模块采用NE5534为核心元件，配合CD4051进行放大倍数的切换。2.3 模/数转换模块设计方案模/数转换模块是数字交流毫伏表设计的一个重要环节，它的设计直接关系到后续电路的被测量电压信号的处理和显示的精度。通过程控模块输出来的电压信号通过模/数转换模块把模拟被测信号转换为数字被测信号，以便后级单片机处理模块正常工作，因单片机只能接受数字信号。并且模/数转换模块的位数直接决定被测电压的精度。以通过学习和借鉴以往交流毫伏表的设计文献，提出以下设计方案。方案一：8位A/D转换器AD0809 3将交流电压的真有效值通过AD0809转换
15、为数字量，然后通过由单片机AT89S51控制，将数字量用LED数码管显示出来。由于AD0809是八位的A/D转换器，在精度方面无法达到题目的要求，所以放弃这一方案。方案二：3 1/2位A/D转换器MC14433MC14433集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。但是MC14433的满量程为200V,无法满足本题的设计要求。方案三: 10位A/D转换器TLC1549TLC1549是10位模数转换器。它采用CMOS工艺，具有内在的采样和保持，采用差分基准电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到1LSB Max（4.8mV）等特点，其量程为0-5V，基本满足本课程设计的要求。同时其操作也比较简单，方便实用。综合比较，选用TLC1549更容易实现题目的基本要求，也可获得良好性能。故本系统选用方案三。2.4 LCD显示模块设计方案液晶显示器（LCD）5是一种功耗很低的显示器，它具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，伴随电子技术的飞速发展，液晶显示器的
