基于单片机的有效值检波器讲解Word下载.docx
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三、软硬件设计
3.1系统原理框图:
3.1系统总体结构图
3.1整流电路设计:
整流电路部分使用整流二极管5819加10K上拉电阻构成,从而实现半波整流,原理图如下:
电路图如下:
整流电路结构图
3.2放大电路设计:
放大部分采用运放LM837构成放大100倍电路,位于图下方由5V电源供电的运放可以产生一个2.5V的直流电压,将此2.5V的直流电压输入到第一级运放后,会使输入的交流信号上偏2.5V,变为0-5V,再经过100000pF的电容C3滤掉被放大的噪声以及2.5V直流后,变为-2.5—+2.5的交流信号,之后进入二级放大;
如图所示第二级运放在加入+2.5V直流电压后输出为0—5V的交流信号,至此外加交流信号已被放大100倍;
在外加交流信号被放大100倍之后进入施密特触发器CD40106,该触发器在常温5V供电下门限电压
,输出高电平
,低电平
,此部分电路输出即为这个高低电平。
原理图:
3.3单片机电路:
采用STC12C5A60S2单片机,作为整个系统的控制器,控制各个模块协调工作。
运用其内部集成的一个AD作为数模转换器。
图为单片机STC12C5A60S2的最小应用系统
3.4系统整体电路图:
3.5软件设计:
详细代码见附表二。
四、参数计算
(1)峰值Amp=Max{AD采样值}
(2)
,
为AD在信号的一个周期内采集的电压值
(3)平均值:
=
(4)频率:
定时1s,脉冲计数
五、测试记录
表一:
输入信号在固定峰值下的频率测量
输入信号频率(Hz)
测量信号频率(Hz)
相对误差(%)
绝对误差(%)
方波
正弦波
三角波
40
38
5
2
50
49
48
4
1
60
59
1.67
70
69
1.43
80
90
91
1.11
100
101
200
193
3.5
7
300
294
6
400
395
1.25
500
487
2.6
13
600
588
12
700
690
10
800
791
1.125
1..125
9
900
892
0.89
8
1000
993
0.7
2000
1932
3.4
68
3000
2944
1.87
56
4000
3956
1.1
44
5000
4968
0.64
32
6000
5980
0.33
20
7000
6900
8000
7912
88
9000
8924
0.84
76
10K
9936
64
15K
14904
96
20K
19872
128
25K
24932
0.27
30K
29900
35K
34868
0.38
132
40K
39928
0.18
72
45K
44896
0.2
104
50K
49864
136
表二:
输入信号在不同幅值下的频率测量
输入信号峰值(V)
0.02
0.05
0.5
39652
0.87
从上述表格可看出,在改变待测信号峰值的条件下,所测信号频率基本不变
表三:
输入信号在固定频率(5kHz)下的峰值测量
输入信号峰值(V)
测量信号峰值(mV)
相对误差%
绝对误差
正弦
三角
127
147
535
635
107
0.03
156
323.3
420
323.2
97
126
0.04
166
217.5
315
87
176
154
252
191
0.06
111.6
218.3
67
131
0.07
81.4
185.7
57
130
0.08
215
58.75
168.75
47
135
0.09
220
41.1
144.4
37
0.10
230
0.20
338
22
138
0.30
450
26
150
0.40
318
543
9.5
36
82
144
0.50
403
641
401
18.8
28.2
19.8
94
141
99
0.60
495
739
490
17.6
23.2
22.4
106
139
110
0.70
632
818
627
9.7
16.8
11
618
77
0.80
720
906
715
13.3
10.6
85
0.90
808
994
803
10.2
10.4
10.7
92
1.00
901
1082
896
9.9
8.2
1.50
1450
1489
3.3
0.73
2.00
2053
2479
2.62
1.05
2.65
53
21
2.50
2499
2969
2508
18.76
0.32
469
3.00
3096
3443
3077
3.2
8.1
2.57
243
3.50
3547
3640
1.34
140
4.00
3998
4120
4013
3
120
4.50
4463
4601
4483
0.82
2.24
17
5.00
4939
5012
1.22
0.24
61
表四:
输入信号在不同频率下的峰值测量
137
485
4K
560
585
142
610
161
19.5
333
66.5
343
71.5
186
2048
2097
2.4
4.85
2469
2058
23.45
2.9
2459
22.95
2038
2494
1832
1.9
24.7
8.4
4929
4978
1.42
0.44
4924
1.52
4973
0.54
4904
4738
1.92
1.24
从上述表格可看出,在改变待测信号频率的条件下,所测信号峰值基本不变
六、测试结果分析
由表一和表二可看出,在测量输入频率在40Hz-50KHz之间变化的交流信号的频率时,正弦波、方波、三角波的误差都在3%以内,而且输入交流信号的峰值在0.025-5V之间变化时对频率的测量基本无影响。
由表三可知,当输入交流信号的峰值在1-5V之间变化时,测量误差都可保证在10%以内,此测量结果并未消除二极管导通压降造成的误差,此误差可通过编程进行修正;
当输入交流信号的峰值小于1V时,测量误差较大,此误差源于电路设计存在缺陷,无法通过编程修正;
相比于方波,正弦波和三角波的峰值测量误差更小;
由表四可知在改变待测信号频率的条件下,所测信号峰值基本不变。
七、测试仪器
函数信号发生器,示波器
附录一:
经整流电路后的交流信号波形:
经施密特触发器整形后的波形(方波):
附录二:
软件部分代码:
#include<
reg52.h>
intrins.h>
#defineFOSC12000000L
#defineBAUD9600
typedefunsignedcharBYTE;
typedefunsignedintWORD;
sbitLCM_E=P2^5;
//定义接口
sbitLCM_RW=P2^6;
sbitLCM_RS=P2^7;
sfrADC_CONTR=0xBC;
sfrADC_RES=0xBD;
sfrADC_LOW2=0xBE;
sfrP1ASF=0x9D;
sfrAUXR=0x8e;
#defineADC_POWER0x80
#defineADC_FLAG0x10
#defineADC_START0x08
#defineADC_SPEEDLL0x00
#defineADC_SPEEDL0x20
#defineADC_SPEEDH0x40
#defineADC_SPEEDHH0x60
#defineLCM_DataP0//数据接口
voidInitUart();
voidSendData(BYTEdat);
voidDelay(unsignedintn);
voidIO_ADinit();
voidADC_Power_On();
voidget_ad_result();
voidADCONVERT();
voidWriteDataLCM(BYTEWDLCM);
voidWriteCommandLCM(BYTEWCLCM,BuysC);
BYTEReadDataLCM(void);
BYTEReadStatusLCM(void);
unsignedintGetADCResult(BYTEch);
voidLCMInit(void);
voidDisplayOneChar(BYTEX,BYTEY,BYTEDData);
voidDisplayListChar(BYTEX,BYTEY,BYTEcode*DData);
voidDelay5Ms(void);
voidDelay400Ms(void);
voidDisp_number(unsignedintnum,BYTEn);
voidShowResult(BYTEch);
unsignedintGetADCResult(BYTEa);
unsignedintdata_max=0;
unsignedlongdata_max1,count=0;
unsignedintdata_change=150;
//0.7V
unsignedcharcodeVP[4]={"
Amp:
"
},Freq[5]={"
Freq:
};
unsignedintCounter=0;
unsignedintdata_last=0;
BYTEch=0;
unsignedintFrequency=0;
unsignedintnn=0,flag=0,flag1=0,nn1=0;
unsignedintPrintFre[5];
unsignedintPrint[4];
unsignedintnumber[4];
unsignedintD;
voidmain()
{
unsignedintn=0
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- 基于 单片机 有效值 检波器 讲解