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、 1 单片机课程设计单片机课程设计 题目： 单相工频交流电压、电流计设计 姓 名： 院（系） ： 信息学院 专业： 自动化 指导教师： 职称： 评 阅 人： 职称： 20122012 年年 6 6 月月 2 摘摘 要要 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 单片机为控制 核心，由

2、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 AD736 AD1674 AT89C51 3 第一章第一章 绪论绪论 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、电流传感器输出有效值为 0-

3、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 模拟开关选择电压或者电流通过，进入单一输入量的 AD1674。进行

4、 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。 4 图 1-1 系统总框图 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 5 第二章第二章 硬件设计硬件设计 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 2-1 分压电路 运放输出电压和互感器输入电压关系

5、为： U0 =U*R101/(R100+R101)。故选择 取样电阻 R100 = 215、R101=5.02。 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 05V， 6 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，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

6、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 T TRMS dttVV 0 2 1 )( （1） 这里， RMS V为信号的有效值，T 为测量时间， )(t V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： dttVV T T RMS 0 2 1 )( 2 （2） 右边的积分项可以用一个平均来近似 7 T dttV T tVAvg 0 22 )( 1 )( （3） 这样式（2）可以简化为： )( 2 2 tVAvgV RMS （4） 等式两边除以 RMS V得： RMS RMS V tVAvg V )( 2 （