毕业设计（论文）-低频电压真有效值测量系统正文

1、1绪论在科学研究和生产实践中，会遇到大量的非正弦波。电压是一个很重要的参数，如 何准确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的内容之一。目前所用的模拟电 压表多为平均值检波，存在测量非正弦信号误差较大、测量小信号时漂移较大的问题， 致使仪器灵敏度受到限制。传统测量仪表采用的是平均值转换法来对其进行测量，但这 种方法存在着较大的理论误差。为了实现对交流信号电压有效值的精密测量，并使之不 受被测波形的限制，可以采用真有效值(true root mean square, trms)转换技术，亦 称为真均方根值。在电气测量中，本文讨论的低频电压真有效值测量系统，从原理上克 服了模拟电压表的缺陷。而

2、fl.在再体设计和实现过程中有效地保证了仪器的灵敏度。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h新月兄更新。在实时监测和0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，为电压测量系统智能 化做出了贡献。作为重要的测量工再，真有效值测量系统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。目前的有效值测量系统的设计大概可以分为以下儿类：(1) 基于单片机的数字有效值测量系统，这类系统中，最有代表性的是89c5

3、1系列 的。由于8位机在价格和性能方面的优点，这类系统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0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，由锁和倍频电路实现周期内均匀等样问隔。在电了测量技术和0动控制系统中，通常要测量止弦波、矩形波、三角波等波形的 交变电压有效值和微弱信号中的噪声，尤其在随机过程测量中，只要能准确测出各个窄 频带内与

4、被测波形无关的有效值，就可以得到该随机过程的功率谱密度函数，进行频谱 分析和过程控制，而且电压有效值也是电力系统中一个十分重要的参数。因此，交流真 有效值的测量是电测领域内一个重要的研究课题。目前，里然一些数字式电压表和智能 仪器具有真有效值的测量功能，但结构复杂，价格昂贵；而数字万用表虽然价格低廉， 但大多仅能测量正弦电压的有效值，且准确度不太高，频率范围不大。木文介绍的测量 电路，结构简单，价格低廉，精度较高，频率范围较宽，波形适应性强。2总体方案设计方案一：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，然后通过编 写单片机程序在软件中根据冇效值计算公式，利用傅里叶变换等算法积分

5、求平均得到冇 效值并且通过数码管显示。被测交流单片机信号vin > a/d采样控制 led显示方案二:采用专用冇效值检测芯片如ad736直接将交流信号转换为直流冇效值信号， 然后通过a/d转换器ad0808进行采样处理，最后经由单片机控制数码管显示输出。被测交流真有效单片机信号vin 值转换4<快控制 led小方案一软件算法过于复杂，编程难度较大，而方案二软硬件都较简争，故设计屮选 用方案二。3单元模块设计系统总体框图：被测交流 信号vin真有效值ad0808转换ad736采样处理单片机处理led姑示系统主耍由真有效值转换模块、ad0808采样处理模块、单片机处理模块、led显示

6、模块组成。3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1真有效值转换模块真有效值转换模块釆用的芯片是ad736, ad736是ad公司推出的真有效值宵流变换 器。和以往的奋效值测量技术不同，真有效值直流变换可以直接测得各种波形的真实奋 效值，它不是采用整流加y均测量技术，而是采用信号平方后积分的t均技术。采用 ad736可以简化仪器的设计，增加信号测量品种，并且灵敏度、精确度也大大改善。系统的核心是测景交流电压的有效值，因此介效值测暈的精度将s接影响系统最终 的精度。该器件是按奋效值隐含运算而设计，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,相对稳定吋间

7、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 v脯冰这里，为信号的有效值，t为测量吋间，v(,是一个吋间的函数，但不一定是周 期性的。对等式两边进行平方得：a边的积分项可以用一个平均来近似avgv2(z) = |£v2(z)(3)这样式(2)吋以简化为:5v2(o(4)等式w边除以得：vrms =avgv2(r)vrms这个表达式就是测量一个信号真实有效值的基础。ad736也是采用的这一原理。阁屮(；为低阻抗输入端耦合电容一般取值为1020tif; g.为输出端滤波电容一般取10ue； cav为平均电容，它是ad736的关键外

8、围元件，用于进行平均值运算。其大小将 直接影响到冇效值的测量精度，尤其在低频时更为重耍。多数情况下可选33uf。设计电路.c7ewwwsuoc620uf0.1 uf -<text>.7 c +5v 4.7uf « <text>. l cf vs+ out vincavcc vs- com5vu-2ad736<text>c833uf<text>图3. 1.1.1真有效值转换模块因为本次设计要求测量的是-10v+10的低频信号，而ad736主要用于便携测试 仪表，它的静态功耗电流小于200从，可接受的信号有效值为0200mv,但如加上衰减器

9、， 可培大测量范围。同吋我们知道，ad0808与单片机能接受的电压信号约为5v,。吋先通 过一个衰减模块将信号先衰减50倍送入ad736,从ad736出来后将信号放大25倍，然 后在经过单片机的程序处理将衰减的两倍弥补，最终正确的显示在led上。阁3. 1.1. 2衰减、放大器电路3.1.2 ad釆样处理模块本模块使用了 ad0808,其主要作用是将模拟信号转化为数字信号，经过转换单片机 可以对信号经行处理，最后实现对测量信号的显示。ad0808需要ne555提供时钟信号才 能正常工作。00>.inoin1clock < startin2in3eocin4in50ut1ins0ut

10、2in70ut30ut4adda0ut5add b0ut6add c0ut7ale0ut8vref(+)vrefqoejo672£20j?j4"l?9 的幽adc0808<text>26252423221216d7o图3. 1. 2ad0808采样处理3.1.3单片机处理模块本次设计的单片机处理模块功能主要是对衰减了两倍的数据进行放大处理以及 使测量数据正确的敁示在led数码管上。* * * 233pf|-=te：<7p； d u119xtal1cixtal2pdjjaddpd.kampoadzpoadpo.4/ad*pos-adspoadsis* hu3

11、7 vz3+ ds1st图3. 1.3单片机处理模块3.1.4 led显示模块本模块主要实现测量数据的显示设计本模块主要注意应加一个上拉电限在p1 口。<text>图3. 1.4 led显示3.1.5稳压电源电路模块本文的设计米用了稳压电源电路，将220v父流电压转变为±15v和±5v,来满足 系统设计中的供电需耍。图3. 1.5稳压电源电路3.2电路元器件的选择本次设计选用了真有效值转换芯片ad736对不同波形信号的电压真有效值转换，该器件是按有效值隐含运算而设计，能计算任意复杂波形的高精度真有效值一直流转换 器件，其精度优于0.3%,波峰因素 5,相对稳定时

12、间快，是当前集成真冇效值转换器 性能较好的-种。选择了 adc0808来对模拟信号进行采样变换后成为数字信号，adc0808 是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道 多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号屮的一个进 行a/d转换。adc0808是adc0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用 adc0808进行a/d转换，实际使用吋采用adc0809进行a/d转换。单片机选用了我们熟 悉的51单片机，51单片机使用广泛，功能强大，同时我们学习时是由51单片机来讲解 的，便于我们更好地进行电路设计和程序的编写。数码管

13、选择了 7seg-mpx4-cc四个共 阴二极管显示器，因为单片机i/o输出的电流过小不足以驱动数码管，加上拉电阻可以 解决这个问题。3. 3特殊器件的介绍3.3.1 at89c51单片机引脚结构与功能>ktal1xtal2rstp0.0/ad0 p0 1/ad1 p0.2/ad2 p0.3/ad3 p0 4zad4 p0.5/ad5 p0.6/ad6 p0 7/ad7p2.0/a8p2.1/a9p2 2za10psenp2.3/a11alep2.4/a12eap2 5/a13p2.6/a14p2.7/a15p1.0p3 0/rxdp1.1p3.1ztxdp1.2p3 2/intop1.

14、3p3 3/int1p1.4p3.4<rop1.5p3.5/t1p1.6p3.6/wrp1.7p3.7/rdua-9_23,1"3丁0±l孟 34i322223_li111311 17atb9c5t'图3. 3. 1 at89c51单片机主要特性：（1）与mcs-51兼容（2） 4k字节可编程闪烁存储器（3）寿命：1000写/擦循环 数据保留时问10年（4）全静态工作：0hz-24hz （5）三级程序存储器锁定 （6） 128*8位内部ram （7） 32可编程i/o线 （8）两个16位定时器/计数器 （9） 5个 中断源（10）可编程串行通道（11）低功耗的

15、闲置和掉电模式（12）片内振荡器和时钟 电路管脚说明：vcc：供电电压。gxd：接地。p0 口： p0 口为一个8位漏级开路双向i/o 口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1 口的管 脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义 为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时， p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。pl 口： h 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o 口，pl 口缓冲器能接收输出4ttl 门电流。p1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1 口被外部下拉为低电 平吋，将输出电流，这是由于内

16、部上拉的缘故。在flash编程和校验吋，p1 口作为第八 位地址接收。p2 口： p2 口为一个内部上拉电阻的8位双i/o 口，p2 口缓冲器吋接收，输出4个ttl 门电流，当p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉商，且作为输入。并w此作为 输入吋，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用 于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2门输出地址的高八位。 在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时, p2门输出其特殊功能寄存器的内容。p2门在flas11编程和校验时接收高八位地址信号 和控制信号。p3 口：

17、p3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o 口，可接收输出4个ttl门电流。当p3 口写入“1”后，它们被|aj部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下 拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3 口也ph乍为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能p3.0 rxd （串行输入口）p3. 1 txd （串行输出口）p3. 2 /into （外部中断0）p3.3 /int1 （外部中断1）p3.4 to （记吋器0外部输入）p3.5 t1 （记时器1外部输入）p3.6 /wr （外部数据存储器写选通）p3. 7 /rd （外部数据存储器读选通）p

18、3 口同吋为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件吋，要保持rst脚两个机器周期的高电平吋间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平吋，ale端以不变的频率周期输出 正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它讨用作对外部输出的脉冲或用于定时 0的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止 ale的输出讨在sfr8eh地址上置0。此时，ale只有在执行movx, movc指令是ale才 起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器

19、在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen冇效。但在访问外部数据存储器吋，这两次冇效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000h-ffff11),不管是 否冇内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset;当/ea端保持高电 平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源(vpp)。 xtal1：反m振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：xtal1和xt

20、al2分别为反句放大器的输入和输出。该反句放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均吋采用。如采用外部吋钟源驱动器件，xtal2应不接。冇余输入 至闪部吋钟信号耍通过-个二分频触发器，凶此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但 必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个perom阵列和三个锁定位的电擦除川通过正确的控制信号组合，并保持ale管脚处 于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节 被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，at89c51设冇稳态逻辑，吋以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件口j* 选的掉电模式。在闲置模式下，cpu停

21、止工作。但ram，定时器，计数器，串口和中断 系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram的a容并11冻结振荡器，禁止所用其他芯片功 能，直到下一个硬件复位为止。3. 3.2 ad736真有效值转换芯片介绍cctvih<cf|7-vs(t图3. 3.2.2 ad736内部框图(1) ad736的引脚及内部结构3com vo 3 cav图3.3. 2.1 ad736引脚排列ad736引脚:+vs：正电源端，电压范围为2. 816. 5v;-vs：负电源端，电压范围为-3. 2-16. 5v;cc：低阻抗输入端，用于外接低阻抗的输入电压(彡200mv),通常被测电压需经 耦合电容cc与此端相连，通

22、常cc的取值范围为1020 u f.当此端作为输入端时，第2 脚v1n应接到com；v1n：高阻抗输入端，适合于接高阻抗输入电压，一般以分压器作为输入级，分压 器的总输入电阻可选10mq,以减少对被测电压的分流。该端有两种工作方式可选择： 第一种为输出ac+dc方式。该方式将1脚(cc)与8脚(com)短接，苏输出电压为效 流真有效值与直流分量之和；第二种方式为ac方式。该方式是将1脚经隔直电容cc接 至8脚，这种方式的输出电压为真有效值，它不包含直流分量。com：公共端；vo：输出端；cf：输出端滤波电容，一般取10uf;cav：平均电容。它是ad736的关键外围元件，用于进行平均值运算。其

23、大小将直 接响应到有效值的测量精度，尤其在低频时更为重耍。多数情况下可选33 uf。ad736的内部框图如图3. 3. 2. 2所示。它主要由输入放大器、全波整流器、有效值 单元(又称有效值芯子kmscoke)、偏置电路、输出放大器等组成。芯片的2脚为被测 信号vin输入端，工作时，被测信号电压加到输入放大器的同相输入端，而输出电压经 全波整流后送到rms单元并将其转换成代表真有效值的直流电压，然后再通过输出放 大器的vo端输出。偏置电路的作用是为芯片内部各单元电路提供合适的偏置电压。目前市场上的万用表大多采用简单的整流加平均电路来完成交流信号的测量，因此 这些仪表在测量rms值时要首先校准，

24、而且用这种电路组成的万用表只能用于指定的波 形如正弦波和三角波等，如果波形一变，测出的读数就不准确了。真有效值直流变换芯 片ad736则不同，它可以直接测得输入信号的真实有效值，并和输入波形无关。(2) ad736的典型应用电路ad736有多种应用电路形式。图3. 3. 2. 3为双电源供电时的典型应用电路，该电路 屮的+vs与c0m、-vs与com之间均应并联一只0. 1 u e的电容以便滤掉该电路屮的高频 干扰。cc起隔直作用。若按图屮虚线方向将1脚与8脚短接而使cc失效，则所选择的 就是ac+dc方式；去掉短路线，即为ac方式。r为限流电阻，di、d2为双向限幅二极 管，超过压保护作用，

25、可选1n4148高速开关二极管。cc01logfc<vi> idup图3. 3. 2. 3 ad736在双电源供电吋的高阻抗应川电路 图3. 3. 2. 4为采用9v电池的供电电路。rl、r2为均衡电阻，通过它们npf史vc0m=e/2=4. 5v.c1, c2为电源滤波电容。上述图3和图4电路均为高阻抗输入方式，适 合于接高阻抗的分压器。阁3. 3. 2. 4采用9v电池的高阻抗应用电路图3. 3. 2. 5和图3. 3. 2. 6分别为低阻抗输入方式时，用双电源供电和采用9v单电 源供电吋的典型应用电路。阁3. 3. 2. 5双屯源低阯抗应用电路阁3. 3. 2. 6 9v电池

26、供电低阻抗应用电路（3）注意事项图3. 3. 2. 7是由单片机8098和ad736等芯片组成的uh则量交直流有效值的智能化 觀八仪表组成框图。vi图3. 3. 2. 7智能化rms仪表组成框图 应用ad736來制作rms仪表吋，应注意以下几个问题：（1）当被测交流电压超过200mvrms时，必须在ad736前加一级分压器，以将被测 电压衰减到200mv以内。在采用ad736典型电路制作rms仪表时，可在ad736的输出端 接1.0级、200mv直流毫伏表，或接3位半数字电压表（dvm）。也讨利用典型的500 型万用表的直流电压档，加上ad736的典型应用电路改制成rms仪表，ad736应用电

27、路 的电源可取自万用表内的9v电池。（2）若要测量交流电流的真冇效值，应在ad736前面加一级分流器。此吋应用ad736 可选图6所示电路。（3）设计高精度真冇效值rms吋，还应考虑被测电压的波峰因素kp （波峰因数 kp是被测信号的峰值与真有效值之比）的影响，应仔细选择合适的cav.常见的正弦波、 言波、三角波和鋸齿波的kp2,此时cav可取33 u f.但对于窄脉冲或晶闸管的波形， 由于kp2, w此应适当堉人cav的容量，以延长取平均值的时间，从而减少由kp2所 引起的附加误差。ad736是经过激光修正的单片精密真有效值ac/dc转换器。其主要特点是准确度 高、灵敏性好（满量程为200m

28、vrms）、测量速率快、频率特性好（工作频率范围对达0 460khz）、输入阻抗高、输出限抗低、电源范闱宽且功耗低最人的电源工作电流为200 ua. 用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±3%.3. 3.3 adc0808/adc0809 芯片介绍adc 0808和adc 0809除精度略宥差别外（前者精度为8位、盾者精度为7位），其 余各方血完全相同。它们都是cmos器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的adc部分， 而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而冇理由把它作为简单的“数 据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分吋进行a/d转换，在多点巡回 检测和过

29、程控制、运动控制中应用十分广泛。1）主要技术指标和特性 （1）分辨率：8位。(2) 总的不可调误差:adc0808 为 ± 2 lsb, adc 0809 为 ±1lsb。(3) 转换时间:取决于芯片时钟频率,如clk=500khz时，t=128 us。(4) 单一电源：+5vo(5) 模拟输入电压范围：单极性05v;双极性±5v, ±10v(需外加一定电路)。(6) 具有可控三态输出缓存器。(7) 启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使 a/d转换开始。(8) 使用时不需进行零点和满刻度调节。2) 内部结构和外部引脚adc

30、0808/0809的内部结构和外部引脚分別如图11. 19和图11. 20所示。内部各部分 的作用和工作原理在内部结构图中己一h了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下:clockstartin,定时和控制eo模拟输入addaaddbaddcaleoe通道选择幵关比较器逐次逼近寄 存器(sar)* d7 (msb)、通道地址锁存和译码z啦锁存和三态u数字输出开关树型d/a-d() (lsb)a/d vr(+) vr 阁3. 3. 3. 1 adc0808/0809内部结构框图(1) in。in78路模拟输入，通过3根地址译码线adda、addb、addc来选通一 路。(2) d7d。a

31、/d转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器 数据线连接。8位排列顺序是d7为最高位，d0为最低位。(3) add,、addb, addc模拟通道选择地址信号，adda低位，adde为高位。地 址信号与选中通道对应关系如表11. 3所示。(4) vr(+)、vk(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内dac电阻网络的基准 电压。在单极性输入时，vr(+)=5v, vr(-)=0v；双极性输入吋，vr(+)、vk分别接正、负极性的参考电压。ininin.爾ininstarteocd3oeclock v(:c vr gnd d.12345678910 11 121314adc0808

32、/08092827262524232221201918171615in2in】in0addaddaddcaled?(msb)d0(lsb)vr(-)图11. 20 adc0808/0809外部引脚图表11. 3地址信号与选中通道的关系地址选中通道addcaddbadd.'000ino001in,010in2011i ns100in,101in5110in«111inv(5) ale地址锁存允许信号，高电t有效。当此信号有效吋，a、b、c三位地 址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用吋，该信号常和start信号连在一 起，以便同时锁存通道地址和启动a/d转换。(6) sta

33、rta/d转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次 逼近寄存器清零，下降沿丌始a/d转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，贝ij原 来的转换进程被屮止，重新从头开始转换。(7) e0c转换结束信号，高电平宥效。该信号在a/d转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被cpu查询的状态信号，也uj作为对cpu的中断请求信 号。在需要对菜个模拟量不断采样、转换的情况下,eoc也吋作为启动信号反馈接到start 端，但在刚加电吋需由外电路第一次启动。（8） or输出允许信号，高电平冇效。当微处理器送出该信号吋，adc0808/0809 的输出三态门被打开，使转换结果通过数据

34、总线被读走。在中断工作方式下，该信号往 往是cpu发出的屮断请求响应信号。3）工作时序与使用说明adc 0808/0809的工作时序如图11.21所示。当通道选择地址有效时，ale信号一 出现，地址便马上被锁存，这时转换;5动信号紧随ale之后（或与ale同时）出现。start 的上升沿将逐次逼近寄存器sar复位，在该上升沿之后的2 us加8个吋钟周期内（不定）， eoc信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后eoc再变高电平。 微处理器收到变为高电平的eoc信号后，便立即送出0e信号，打开三态门，读取转换中进行），然而通常是把通道选择和启动转挽结合起来完成（因为adc0808

35、/0809的时间 特性允许这样做）。这样可以用一条写指令既选择模拟通道乂启动转换。在与微机接口 时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选 择。4软件设计本次软件设计采用的是keil uvision4,由于设计采用了简化编程算法的硬件设计 方案，软件的设计相对简单，只需要将adc0808模数转换后的真有效值放大两倍，然后 在数码管上显示出来即口j*。4.1程序设计流程图开始开中断初始化处理数据4.2程序设计include <at89x51. h> include <absacc. h>includemath, h#define unit

36、 unsigned int #define uchar unsigned chardefine ad xbyte0x7ff8/ad的地址sbit 1edl=p2<0;sbit led2=p21;sbit 1ed3=p2<2;sbit led4=p23;sbit ad_busy=p3 2;uchar ad data;uchar data dis5 = 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00;uchar code led segment = 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d，0x07, 0x7f, 0x6f;void d

37、ata_pro(); void delay (k); void display();void main(void)/主程序ra=1; exo=1; addata二0; ad_busy=0; wh i 1e(l)/开中断/采样值存储单元初始化为0 /中断信号初始化为有效ad=0;data_pro ();display();void data_pro(void)/数据处理子程序int shu, shul, a, b, cshu=ad data氺2;a=shu/51;dis4=shu%51;dis4=dis4*10;b=dis4/51;dis4=dis4%51;dis4=dis4*10;c=di s

38、4/51;shul=a*100+b*10+c;dis3=shul/1000;dis2 = (shul-dis3*1000) /100;di s1 = (shu1-di s3*1000-di s2*100)/10; dis0=shuldis3*1000dis2*100disl*10;void delay(int count)/*定义延时子函数，利用循环來延时int i, j;for(i=0;i <count;i+) for(j=0;j<120;j+);void display (void)/led id示子程序pl=led_segmentdis3;1edl=0; delay(1);l

39、edl:l;pl=1 ed segment di s 2 | 0x80;/驱动方法led2=0;delay(1);led2=l;pl二le(lsegmentdisl;led3=0;delay(1);led3=l;pl=led segmentdis0;led4=0;delay(1);led4二1;void adc0809(void) interrupt 0 using 1ad data二八d;/将采集数据送到ad_data变量中5系统调试本次设计的原理图设计使用的是protues,根据设计方案，查阅了大量的资料，先 完成了电路原理图的设计，然后编写相关的c语言程序。在调试的过程中遇到了很多问 题

40、。首先在设计真有效值转换模块的时候，刚幵始仅凭protues里ad736元件的信号输 入端vin以及参考的一个模块，将交流电压从vin端输入造成电压真冇效值转换的错误。 最后通过更多查阅资料，知道了测交流信号真有效值信号输入端应该是低阻抗输入端 cc,用于外接低阻抗的输入电压（彡200mv）,通常被测电压需经耦合电容cc与此端相 连，通常cc的取值范闱为1020 u f.当此端作为输入端时，第2脚vin应接到com。设计中还遇到了数码管不亮的问题，通过查阅和请教同学，给h 口接上上拉电阻 后数码管就能正常显示了。这都是由于之前没做过多少系统，对电路的设计不熟。在软件设计时，因为对c语言编程的不

41、熟也造成了在编写吋出现很多问题，程序不 能正确的编译成功。经过参看资料，最终编写成功。经过调试，最终实现了系统的功能，验证了系统的设计。本次设计由于是没有做实物，系统调试问题相对较少，如是做实物还应注意需要给 运算放大器提供±15v的电压。同时做实物时如出现ad采样不准，吋能是参考电压不准 造成的。6结论本次设计主要进行了低频电压真冇效值测量系统理论的设计，通过protues仿真软 件验证了设计理论的正确和町行性。该系统主要由真有效值转换芯片ad736、模数转换 芯片adc0808、at89c51单片机、四位共阴极数码管组成。电路相对简单，同时通过加 入真有效值转换芯片，大大的减小了

42、程序编写时的难度。系统流程：各种交流电压信号（范围在±10v|aj）先经过衰减50倍送入ad736,从 ad736出来的真有效值先放人25倍送入adc0808,信号有模拟转为数字后送入at89c51 单片机，经过单片机处理数据，将电压整体衰减的两倍还原并且正确的送入数码管显示。本设计的优点是电路相对简单，同时编程也十分简单，但测量的电压范闱较窄。 在电子测量技术和自动控制系统中，通常要测量正弦波、矩形波、三角波等波形的交变 电压有效值和微弱信号中的噪声，尤其在随机过程测量中，只要能准确测出各个窄频带 内与被测波形无关的冇效值，就吋以得到该随机过程的功率谱密度函数，进行频谱分析 和过程

43、控制，且电压有效值也是电力系统中一个十分重要的参数。交流真有效值的测量 是电测领域内一个重要的研究课题。吋以通过对本系统进行改进来适应工业测量的需 要，改进的方向有扩人其测量电压真有效值的范围，讨以做一个多量程的低频电压测量 系统。传统的指针式电压表也能实现真有效值的测量，但其功能单一、精度低，不能满足 数字化吋代的需求，并且传统的电压表在测量电压吋需要手动切换量程，不仅不方便， 而且要求不能超过该量程。如果在测量时忘记改变量程，则会出现很人的测量误差。而 采用以单片机为控制核心的数字电压表，用其输入电压的范围控制信号调理电路实现输 入量程的自动切换，以达到既定的高精度性能指标，w此本文设计的

44、电压测量系统具有 很大的发展潜力。7总结与体会本次课程设计历时两周，在这个过程中，我深刻地体会到了要做出一个好的设计 是多么的不容易。在设计初期首先要明确设计的要求与任务，然后才能整理思路和收集 相关的资料。为了完成本次设计，我查阅了大量的资料，包括到图书馆借书和到网上下 载相关的资料以及上专、ik的网站查阅系统设计相关的资料。由于资料比较分散，所以整 理冇用的资料就显得很重要，冇些东西实在是不懂我就把资料带回来请教同学，让我受 益匪浅，深切的了解到查阅资料的重要性，以及提升了我在查阅资料的过程中过滤无用 信息的能力。确立了整体思路后冰能开始初步的设计，而初步的设计往往并不能直接实 现功能，这

45、里血涉及到各种元器件的选择。确定好了器件选型才能在仿真软件进行比较 系统的电路设计、程序设计与仿真调试。在这个过程中，我学到了大量书本所不能教会我们但又是我们必须具备的知识。使 我体会到，仅仅学好了书本上的知识并不代表你就学好了一门知识，最重要的是要能够 把从书本上学到的基础知识运用到实践中来，并能够在实践中不断扩展这门知识，这样 冰能真正学有所成，j能够真正学好一门知识。设计过程中也发现了书本上的知识与实 际的设计应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化的结论，忽略了很多实 际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用中这些是不能被忽略的。这也提醒我要 多多实践，我的课、ik成绩还算讨

46、以，但做这次的设计还是比较费力，最突出的就是对c 语言编程的不熟，本次设计的编程本来算是很简单的，但我也是出了不少问题。同吋在 设计中我也明显感觉到了对电路设计的不熟，这直接就导致我出现了一些设计中的低级 错误。通过本次的课程设计，我学习了一种以前从没用过的芯片ad736,学习了它的使用 方法，进一步熟悉了单片机at89c51、模数转换芯片adc0808、运算放大器以及数码管 的使用及设计理论。由于本人平时比较缺乏系统设计的具体实践，所以本次的课程设计 口j*能还存在着一些不完善之处，我下来一定会更加严格的要求自己，多参与一些系统的 设计，以进一步提升自己。8参考文献1 张毅刚.单片机原理及应

47、用m.北京:髙等教育出版社.20102 电子技术基础一模拟部分（第5版）m.北京：淸华大学出版社，20063 电了技术蕋础一数字部分（第5版）m.北京：清平大学出版社，20064 张毅刚，彭喜元，董继成.单八机原理及应用m.重庆大学出版社.2003.5 谢自美.电子线路设计实验测试m.武汉:华中科技出版社，2000.56 谭浩强.c程序设计（笫三版）m.北京：清平大学出版社，2008. 17 平成英.电了技术m.北京.中央广播电视大学出版社，20068 赵淑范等.电子技术实验与课程设计m.北京：淸平人学出版社，20069 贾更新.电子技术基础实验设计与仿真m.郑州：郑州人学出版社，200610 杨旭东等.实用电子电路精选m.北京：化学工业出版社，200711