基于单片机的工频电压(电流)表的设计

检测系统实习报告题目：基于单片机的工频电压（电流）表的设计姓名：院（系）：专业：指导教师：职称：评阅人：职称：年月1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AT89S52单片机为控制核心，由电压、电流传感器模块，真有效值测量模块，信号调理模块，AD采集模块及控制、显示模块等构成。系统采用电压、电流互感器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TLC549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LCD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AD736TLC549AT89S522AbstractInpractice,RMSisthemostwidelyusedparameters.Exceptinspecialcircumstances,voltagemeterreadingsalmostallcarriedoutbytheRMSofsinewave.ThereasonsofRMSiswidelyavailable,ontheonehand,becauseitdirectlyreflectsthesizeoftheexchangeofsignalenergy,whichthestudyofpower,noise,distortion,spectrumpurity,energyconversion,suchasitisveryimportant;Ontheotherhand,ithasaverysimplesuperpositionofthenatureofthecalculationwillbeextremelyconvenient.Thedesignofsingle-chipAtmelCorporationAT89S52ascontrolcore,bythecurrentsensormodule,TrueRMSmeasurementmodules,signalconditioningmodules,ADacquisitionandcontrolmodule,displaymodule.Systemusesacurrentsensorcircuitforstep-downoftheinputsignalprocessing,hasbeenconvertedbytheoriginalAD736TrueRMSsignalbytheTLC549convertintosingle-chipdigitalconductedafterthebriefandtheresultsofdataprocessinginrealtimethroughtheLCDdisplay,achieveabetterperformance.Keyword:Digitalvoltage(current)meterTrueRMSAD736TLC549AT89S521目录第一章绪论.............................................................1§1.1选题背景及意义................................................1§1.2系统设计任务..................................................1第二章系统总体设计.....................................................2§2.1方案论证与比较................................................22.1.1电压、电流变换部分..........................................22.1.2有效值测量部分..............................................2§2.2系统总体设计...................................................2第三章硬件设计........................................................4§3.1传感器电路设计................................................43.1.1电压互感器..................................................43.1.2电流互感器..................................................4§3.2真有效值转换电路设计..........................................53.2.1电压、电流切换电路..........................................53.2.2真有效值测量电路............................................6§3.3信号调理电路设计..............................................7§3.4A/D转换电路设计...............................................7§3.5单片机及显示电路设计..........................................9第四章软件设计........................................................10§4.1LCD1602液晶显示程序..........................................10§4.2A/D转换程序..................................................10§4.3主程序设计...................................................12第五章系统调试及误差分析..............................................13§5.1系统调试及测试结果...........................................135.1.1AD736测试结果.............................................135.1.2OP07测试结果..............................................135.1.3TLC549测试结果............................................135.1.4工频电压测量精度...........................................145.1.5工频电流测量精度...........................................14§5.2误差分析.....................................................14§5.3改进方法.....................................................15结束语..................................................................16致谢.................................................................17参考文献................................................................18附录....................................................................19附录一完整电路图..................................................19附录二程序清单....................................................201第一章绪论§1.1选题背景及意义在日常的生产、生活和科研中，工频电无处不在，所谓工频就是电力供电系统交流电的频率，我国国家规定工频为50赫兹，即周期为0.02秒，英、美等国规定的工频为60赫兹。因此，对工频电的测量也是一个应用广泛的实际问题。传统的测量仪器在使用时需要预先估计待测值的测量范围，多数情况下都要从较大量程档位逐次向小量程档位切换，增加了操作的复杂性，且易发生误操作损坏仪器。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，为数字多用表智能化做出了贡献。作为重要的测量工具，工频有效值多用表的发展可以说见证了现代工业的发展和科技进步。从传统的模拟多用表，到现在精确度和灵敏度越来越高的数字仪表，多用表的发展可谓是日新月异。目前的工频有效值多用表的设计大概可以分为以下几类：（1）基于单片机的数字工频有效值多用表，这类仪表中，最有代表性的是89C52系列的。由于8位机在价格和性能方面的优点，这类仪表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工频周期内均匀等样间隔。§1.2系统设计任务题目：基于单片机的工频电压（电流）表的设计1.设计任务：（1）基本任务（必做）：了解工频电压有效值的检测原理，设计及制作电路，实现对50Hz，220V交流电压有效值的检测及显示；（2）扩展部分（选做）：实现对50Hz，220V交流电流有效值的检测及显示。2.性能指标：误差：±5%2第二章系统总体设计§2.1方案论证与比较2.1.1电压、电流变换部分由于系统测量的是220V交流电有效值以及0~5A工频电流有效值，需将大电压、大电流变换为小电压、电流后才能进行测量。变换电路有以下两种方案：方案一：采用串联电阻分压，该方法精度不高，输入输出无隔离，电阻损耗的功率较大。方案二：采用电压互感器，电压互感器利用的是电磁感应的原理，转换精度高，输入输出处于隔离状态，控制电压比容易。经上述比较，方案二明显优于方案一，故本文选用方案二，采用电压互感器作为电压变换电路。2.1.2有效值测量部分测量有效值有三种方案：方案一：采用二极管整流电路，再通过峰值检波电路测得峰值，然后根据波形因数求得相应的有效值。方案二：利用单片机控制A/D对一个周期内的信号进行连续多点采样，然后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。方案三：采用专用有效值检测芯片如AD736直接将交流信号转换直流有效值信号。方案一硬件电路较复杂，且能测得的波形有限，对不同的波形还需根据其波形因数采取不同的换算关系。方案二软件算法过于复杂，编程难度较大，而方案三软硬件都较简单，故设计中选用方案三。§2.2系统总体设计系统利用电压/电流互感器