交流有效值测量仪的设计

论文总字数：13383字

摘 要

交流有效值是重要的电量参数之一，因而对于它的测量具有实用价值。本文以AT89C52单片机为核心，介绍了交流有效值测量仪的设计方案。该设计采用有效值转换芯片AD736、ADC0809、单片机AT89C52、LCD1602液晶显示等设计了一个交流有效值测量仪。本系统结构简单，操作方便，能较准确地测出交流电的有效值，满足众多场合的要求。

关键词：单片机；有效值；测量仪

Abstract: Ac RMS is one of the important parameters of power, thus it has practical value for the measurement of it. This article takes AT89C52 single chip microcomputer as the core, mainly introduces the design scheme of ac RMS measurement instrument. The system adopts the RMS conversion chip AD736, ADC0809, single-chip microcomputer AT89C52 and LCD1602 LCD display to design an ac RMS measuring instrument. The structure of the system is simple and the system can be operated easily. It can accurately measure the effective value of ac. Therefore, it can meet the requirements of numerous situations.

Keywords: Single chip microcomputer；RMS；Meter

目录

1 引言 5

2 系统总体设计 5

2.1交流有效值的测量方法 5

2.2系统总体方案......................................... 6

3系统的硬件设计 6

3.1 输入电路 6

3.2 AD736的介绍......................................... 7

3.3 A/D转换电路 9

3.4 AT89C52的介绍 11

3.5 LCD1602显示电路 13

4 系统的软件设计 17

4.1 主程序设计..........................................18

4.2 显示部分流程图......................................18

5 误差分析及其解决措施..................................18

5.1误差分析 19

5.2解决措施 19

结论 20

参考文献 21

致谢 22

附录1 23

附录2...................................................29

1 引言

近年来伴随着计算机在社会各个领域的应用，单片机的应用正在不断地深入到人们的生产生活中，与此同时带动着传统仪器的翻天覆地的变化。单片机在实时监测和智能化控制系统中往往作为一个核心部件来使用。单片机的普及与推广带动了数字测量仪器的飞速发展。交流有效值测量仪作为重要的测量工具之一，它的发展见证了现代化工业的历史与发展。从传统的模拟测量仪到现代的精确度和灵敏度越来越高的数字智能化测量仪，测量仪表的发展真可谓是日新月异。

本文是基于单片机的交流有效值测量仪表的设计，选择具代表性的AT89C52系列。由于8位机在价格和性能方面的优点，在这类仪表中得到了广泛应用，当然也可以根据不同的场合来选择不同的芯片去满足实际需求。

2 系统总体设计

2.1 有效值测量的方法

2.1.1 交流有效值的定义

有效值的定义：时变量的瞬时值在给定的时间间隔内的均方根值。对于周期量，时间间隔为一个周期。

2.1.2测量有效值有三种方案

方案一：采用二极管整流电路，再用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公式求均方根即可求出有效值。

方案三：采用专用有效值检测芯片直接将交流信号转换为直流有效值信号。

方案选择：方案一硬件电路比较复杂，且能测得的波形有限，对不同的波形还需要根据其波形因数采用不同的换算关系。方案二软件计算，其编程的难度不大，但有点繁琐。而方案三的硬件最为较简单，且方便快捷，符合时代发展的要求。因而选择方案三作为最佳方案。

2.2系统总体方案

本课题主要实现的是交流电量有效值的测量，文中结合了TRMS AC/DC转换芯片AD736，低功耗、高精度的A/D转换芯片ADC0809，利用单片机处理后由LCD1602显示，给出了一套简单实用精度高的最佳方案测出有效值。如图1所示：

图1 系统总体设计方案

该设计是以AT89C52单片机为核心的数字有效值测量仪。先用专用有效值转换芯片AD736，再利用ADC0809芯片来进行将交流量从模拟量转化数量，最后用LCD1602为显示器件。该系统主要包括：输入电路，有效值转换芯片AD736，A/D转换模块，单片机控制模块以及液晶显示的模块。输入电路是完成被测交流信号的采集。有效值转换使用专用有效值转换芯片AD736。A/D模块采用ADC0809对交流电量进行从模拟到数字的转换，转换完成后输入到单片机处理，最后经由LCD1602液晶显示器显示出来。

3 硬件设计

3.1 输入电路

电压输入电路如图2所示，电压互感器工作原理为：不同输入电压通过限流电阻，使一次测流过不同的电流，二次测得到一个与一次相同的电流。经运放或者电阻直接取样，得到不同的输出电压，采用运放取样精度更高。

图2中运算放大器与电阻构成I-U转换电路，由于运算放大器的输入阻抗非常高，可以认为二次电流I2全部流入反馈电阻R2。同时运算放大器的增益很高。因此，根据U=IR得到电流传感器电路的输出电压为U0=I2*R2。D1、D2为限幅二极管，在过载时可以有效的保护后级运放不被损坏。C为相位补偿电容，可以抑制高频域的突起现象。

图2 电压互感器电路

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