基于Arduino的电压有效值测量电路设计与实现

北京邮电大学电子电路综合设计实验报告学院：信息与通信工程学院班级：姓名：学号：

实验题目：基于Arduino的电压有效值测量电路设计与实现。摘要：为了了解Arduino最小系统的搭建和编程方法以及半波整流模拟电路的工作原理，通过搭建Arduino最小系统，测试Blink程序，可以驱动Arduino数字13口LED闪烁。采用uA741搭建半波整流电路，加上滤波电路，通过编写程序可以实现在一定误差范围内用数码管读取正弦波电压有效值，并测试了正弦波在不同频率及峰峰值的情况下读取有效值的准确性，可以看出这种情况下的测量范围是有限的。通过这个实验，对Arduino最小系统有了深刻全面的认识，拓宽了眼界，同时通过对半波整流不同电路类型的搭建摸索，对模拟电路滤波有了更深的认识。也发现Arduino最小系统可以有更多有价值的应用。关键词：Arduino、半波整流、滤波实验目的：1、熟悉Arduino最小系统的构建和使用方法；2、掌握峰值半波整流电路的工作原理；3、根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数；4、画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）；5、熟悉计算机仿真方法；6、熟悉Arduino系统编程方法。实验设计：实验的总体设计分为三部分：Arduino最小系统的实现、半波整流及滤波电路和数码管的显示。三部分连接在一起完成对正弦信号电压有效值的测定。系统组成框图Arduino最小系统的搭建368367可以看出数码管读出的有效值与毫伏表测出的基本一致，在误差允许的范围内。但在改变峰峰值及频率的情况下，准确度会有所下降，在1V、1KHz左右最准确。随着峰峰值的增大，误差也会变大。至此，实验基本结束。电路仿真：主要用multisim软件对半波整流电路及加上滤波之后的电路进行仿真。LM741半波整流电路仿真结果加上滤波之后的电路仿真结果仿真结果与实际实验结果基本符合。故障及问题分析：实验准备不够充分，导致一开始做实验有些盲目，对电路原理图没有搞清楚，盲目地在LM741和LM358之间折腾，浪费了很多时间；在使用仪器时不够熟练，示波器线上有时*10没有注意到。整个系统必须共地，刚开始时忽略了，导致读数不稳定。在使用稳压器时输入电压过低，导致输出不能达到5V；对单片机的工作原理不熟悉，在一开始没有将参考电压口接入，开始连接下载器使用电脑给最小系统供电，没有统一接入+5V电压，导致半波整流波形失真，读数不准确；连线失误，单片机与下载器相连由于疏忽连线错误，连入电脑时会烧坏单片机。一开始滤波时，电阻电容参数不合适，无法获得平滑的波形，有小的突起，经过调试，不断减小电阻阻值使得波形平滑；数码管示数的不稳定，除了上面提到的没有共地、没有接入统一的+5V电压、没有接参考电压外，还有程序编写上的问题。最开始，对最小系统及数码管原理不清楚，编写程序时有些盲目，了解了之后，由于没有考虑写入参考电压，数码管读数不稳定，经过反复的修改与讨论，才完善了程序。在实验中也需要考虑整体布局布线的问题，在面包板上插线，插器件时要小心，否则有时因为接触不良也为影响实验结果。实验总结及结论：通过这次实验，我学到了很多。这是我做的第一个需要设计比较复杂的系统，对于分模块组成一个完整的系统有了比较深刻的认识。每一个分块必须先可以正常工作，再将它们连接在一起，经过调试实现系统功能。另外，我对Arduino有了深刻地认识，在做实验前，我对于编程控制硬件工作一无所知，通过反复摸索编程实现功能，我对硬件软件有了更清楚的了解。在实现半波整流及滤波电路时，由于开始时对原理不太清楚，走了一些弯路，有时半波出不来要么失真，由于电阻电容参数不合适，滤波不理想，经过讨论与反复调试检测，终于得到了理想的结果，这也使我对模拟电路认识更深。做这次实验花了很多时间，也得到了能力的提升。在搭建模拟电路部分时，反复地拆又重搭，用LM741和LM358不停地在摸索，过程也比较不顺，但最终效果理想，在反复地摸索中，很好地锻炼了动手能力，也思考的更深刻，对电路也更理解，对仪器的使用也更加熟练。同时这个实验涉及到编写程序来驱动硬件工作，对程序不断地修改来获得理想的效果，是数码管能够得到稳定的显示数，提升了自己的编程逻辑能力。通过这次实验，也清楚了单片机数码管的使用。同时我也认识到实验前的准备非常重要，对实验目的、原理及仪器要非常清楚，才可以顺利的完成实验，否则就会手忙脚乱，浪费时间，这就要求我们要更加扎实的完成基础理论的学习。在实验过程中与同学的讨论交流也是学习提高的好方法。做实验需要有耐性有恒心和好奇心，要坚持不懈。在这个实验中，我们主要是用Arduino最小系统完成对电压有效值的测量，同时也认识到Arduino可以实现非常强大的功能，这个实验仅仅是一个开始，在以后的学习中希望可以对Arduino有更深刻的认识，用它来完成更多更有价值的实验。实验程序：/*BlinkTurnsonanLEDonforonesecond,thenoffforonesecond,repeatedly.Thisexamplecodeisinthepublicdomain.*/constintD=5;inta;intV;intNum[4];voiddisp(intpos,intnum){for(inti(0);i<6;i++){digitalWrite(i,LOW);}digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,HIGH);digitalWrite(8,HIGH);digitalWrite(9,HIGH);digitalWrite(10,HIGH);digitalWrite(11,HIGH);digitalWrite(12,HIGH);digitalWrite(13,HIGH);if(num==0){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,HIGH);digitalWrite(8,LOW);digitalWrite(9,LOW);digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,LOW);digitalWrite(13,LOW);}elseif(num==1){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,HIGH);digitalWrite(8,HIGH);digitalWrite(9,HIGH);digitalWrite(10,HIGH);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,LOW);digitalWrite(13,HIGH);}elseif(num==2){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(8,HIGH);digitalWrite(9,LOW);digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(11,HIGH);digitalWrite(12,LOW);digitalWrite(13,LOW);}elseif(num==3){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(8,HIGH);digitalWrite(9,HIGH);digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,LOW);digitalWrite(13,LOW);}elseif(num==4){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(8,LOW);digitalWrite(9,HIGH);digitalWrite(10,HIGH);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,LOW);digitalWrite(13,HIGH);}elseif(num==5){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(8,LOW);digitalWrite(9,HIGH);digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,HIGH);digitalWrite(13,LOW);}elseif(num==6){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(8,LOW);digitalWrite(9,LOW);digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,HIGH);digitalWrite(13,LOW);}elseif(num==7){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,HIGH);digitalWrite(8,HIGH);digitalWrite(9,HIGH);digitalWrite(10,HIGH);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,LOW);digitalWrite(13,LOW);}elseif(num==8){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(8,LOW);digitalWrite(9,LOW);digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,LOW);digitalWrite(13,LOW);}elseif(num==9){digitalWrite(6,HIGH);digitalWrite(7,LOW);digitalWrite(8,LOW);digitalWrite(9,HIGH);digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(11,LOW);digitalWrite(12,LOW);digitalWrite(13,LOW);}else{digitalWrite(11,0);digitalWrite(10,0);}digitalWrite(pos,HIGH);}//thesetuproutinerunsoncewhenyoupressreset:voidsetup(){//initializethedigitalpinasanoutput.pinMode(0,OUTPUT);pinMode(1,OUTPUT);pinMode(2,OUTPUT);pinMode(3,OUTPUT);pinMode(4,OUTPUT);pinMode(5,OUTPUT);pinMode(6,OUTPUT);pinMode(7,OUTPUT);pinMode(8,OUTPUT);pinMode(9,OUTPUT);pinMode(10,OUTPUT);pinMode(11,OUTPUT);pinMode(12,OUTPUT);pinMode(13,OUTPUT);for(intj(0);j<10;j++){for(inti(0);i<6;i++){disp(i,j);delay(100);}}}//thelooproutinerunsoverandoveragainforever:voidloop(){analogReference(DEFAULT);a=analogRead(A5);V=(a*(5000.0/1023.0)-2560)*0.720;Num[0]=V/1000;