【正文】 轉(zhuǎn)換后的模擬電信號 Vf 再送入電壓比較器中與輸入的模擬電壓信號 Vi 進行比較。這時如果 ViVf，說明這個字量信號對應(yīng)的模擬電壓信號金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計 4 太小，這是最高位的“ 1”任然保留；反之，如果 ViVf，則說明轉(zhuǎn)換后的模擬電信號大于輸入信號，這是最高位將清零。緊接著控制邏輯電路在對數(shù)據(jù)寄存器中的次高置位“ 1”，在進行完 D/A 轉(zhuǎn)換后與輸入的模擬信號進行比較來決定改為上的“ 1”是否保留。依次類推，通過 8 次比較之后，數(shù)據(jù)寄存器將保存一個與模擬輸入相對應(yīng)的數(shù)字信號。 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器具有以下特點：對信號轉(zhuǎn)換速率的要求不是很高；對轉(zhuǎn)換精度要求很高的情況。 ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器具有精度高，價格低的優(yōu)點。所以選擇 ICL7135 為這次設(shè)計的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器是美國的 Intersil 公司研發(fā)的雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，其具有 4位半的精度，能夠進行自動校零，具有單基準(zhǔn)電壓功能，可以自動極性輸出，還能夠動態(tài)字位掃描 BCD 碼并輸出。 ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器的引腳如圖 25 所示。其封裝圖如圖 26 所示。 ( M S D )( L S D )M S B( L S B )RE F2A CO M3INLO9INH I10V+11V1INT4AZ5B U F6CR E F +8CR E F 7CLK IN22UN R28O V R27S T RO B E26G ND24P O L23D120D219D318D417D512B113B214B415B816RU N/HO L D25B US Y21 圖 25 ICL7135引腳圖 圖 26 ICL7135封裝圖 ICL7135 引腳功能及含義如下： V： ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器負(fù)電源引入端 ； +V： ICL7135 A/D 轉(zhuǎn)換器正電源引入端； DGND：數(shù)字地； REF：參考電壓 輸入口 ； AC：模擬地 ； INHI：模擬輸入正端；INLO：模擬輸入負(fù)端。 B1～ B8： B8 是 BCD 碼輸出的最高位， B1 是最低位； D5：是萬位選通端口；D4～ D1： BCD 碼數(shù)據(jù)的位驅(qū)動信號輸出，分別選通千、百、十、個位。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計 5 功率采集簡介 霍 爾器件 霍爾器件是半導(dǎo)體材料磁電轉(zhuǎn)換器件。它具有如下性質(zhì)：如果輸入端有控制電流 IC，當(dāng)有一磁場 B 的穿過該器件感磁面時，會在輸出端處出現(xiàn)霍爾電勢 VH。如下圖 27 所示。 27 霍爾元件 霍爾電勢 VH 的大小與控制電流 IC 和磁通密度 B 的乘積成正比。 霍爾效應(yīng)，指的是這樣一的種物理現(xiàn)象：如果把通有的電流 i 的導(dǎo)體放在垂額的直于它的磁場中，那么我們會發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)體的兩側(cè)即 P P2 會產(chǎn)生一電勢差 Uh，它的大小與電流的 i 及磁感應(yīng)強度 b 成正比，與導(dǎo)體厚度 d成反比，即： Uh＝ K*（ ib/d），式中 K 為霍爾系數(shù)?；魻栂禂?shù)越大，表明霍爾效應(yīng)越明顯。所以人們常會利用某些半導(dǎo)體材料顯著的霍爾效應(yīng)來制成直流和低頻磁場 /電壓變換器。 交流信號使用正弦表示時，當(dāng)負(fù)載電壓為 )sin( LL tU ?? ? 則負(fù)載電流 為 )sin( tUKI LLL ?? 磁感應(yīng)強度為 )sin ( LLB tIKB ?? ?? 所以 ))2c o s (( c o s LLLLHH tIKUIBKU ??? ???? ，其中 BLH KKKK? ， HK 為霍爾元件的靈敏度系數(shù)， LK 為電路轉(zhuǎn)換系數(shù)， BK 為線圈產(chǎn)生磁感應(yīng)強度的系數(shù)。 濾除二次諧波后輸出電壓 LLLo IKUU ?co s? 與有功功率成正比，電能 dtKUdtIUP tt tt oLLL? ??? 21 21c os ? 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計 6 信號的前處理 外部電壓經(jīng)過霍爾元件處理后，得到的霍爾 電動勢很微弱，一般只有 20mv 左右，而且具有二次諧波。所以必須經(jīng)過放大、濾波，使信號更大，并且清晰，這樣電路才能進行處理，將它能送到 A/D 轉(zhuǎn)換器中。 對輸出信號的放大可以選用放大器 AD620。 AD620 原理圖如 28 所示。引腳圖如圖 29 所示。 信號放大之后還要進過濾波處理。讓放大的信號可以進過巴特沃斯低通濾波器進行濾除，去除其中的二次諧波。而多路信號采集則需要使用多路模擬開關(guān)，可以通過單片機的控制來分時采集多路模擬信號。 圖 28 AD620放大器原理圖 圖 29 AD620引腳圖 其它的外圍電路選擇 本 設(shè)計 中 除了單片機與 A/D 轉(zhuǎn)換 芯片的選擇 外， 外圍電路也需要仔細(xì)設(shè)計。外部的電路有：恒壓源 作為 的 電源、還有驅(qū)動顯示器的驅(qū)動器 、多路模擬信號轉(zhuǎn)換開關(guān)、 存儲芯片 等。下面就 對 這些外圍的硬件 進行介紹 。 壓 源選擇與簡介 穩(wěn)定的電源 可以 為使信號穩(wěn)定的輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器中。 因此 恒 壓 源電路 是一個要能夠提供一個穩(wěn)定的電流 而且要保證 保證其它電路 也能夠 穩(wěn)定工作 的必不可少的重要部分 。 可以選 擇 TL431 構(gòu)成 的恒 壓 源選擇器件。 TL431 是德州儀器公司生產(chǎn)的基準(zhǔn)源，有 良好的熱穩(wěn)定性能 ，具有三端 可調(diào) 的分流 式 基準(zhǔn)源。它的輸出電壓可 以使用 電阻 來調(diào)節(jié)，并且可以設(shè)置 到 36V 范圍內(nèi)的任何值。 TL431 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 210 所示，其封裝如圖 211 所示。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計 7 321U1T L 4 3 1 圖 TL431的 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 圖 211 TL431的封裝圖 顯示器 驅(qū)動的選擇 MAX7221 是 Maxim 公司專為 LED 顯示驅(qū)動而設(shè)計生產(chǎn)的串行接口八位 LED顯示驅(qū)動芯片。 MAX7221 引腳圖見圖 212。封裝圖如圖 213。 該芯片采用串行接口方式，具有占用單片機 I/O 口少 （僅三線）、顯示多樣、可靠性高、簡單實用、編程靈活方便的特點。 圖 212 MAX7221 引腳圖 圖 213 MAX7221封裝圖 串行數(shù)據(jù)輸入輸出時，此時的 CS 端口必須為低電平， Din 送入一個 16 位的數(shù)據(jù)包，并在每個時鐘上升沿時存入內(nèi)部，芯片內(nèi)部具有 16 位移位寄存器，數(shù)據(jù)經(jīng) 個周期后，在時鐘的下降沿由 DOUT 引腳輸出。 16 位數(shù)據(jù) D0~D15 的排列見表 21。其中 D0~D7 儲存的是數(shù)據(jù)信息， D8~D11 中儲存的是寄存器地址， D12~D15為未定義位。當(dāng) MAX7221 芯片開始接受數(shù)據(jù)時， D15 位上的信息首先接受，最后接受的是 D0。因此，在程序發(fā)送時必須先送高位數(shù)據(jù)，再循環(huán)移位。 表 21 MAX7221地址排列順序 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X X 地 址 數(shù) 據(jù) 多路模擬信號轉(zhuǎn)換開關(guān) 對于八路模擬信號的選擇我選用 CD4051 芯片。 CD4051 芯片圖如 214 所示。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 2 章 系統(tǒng)的整體設(shè)計 8 CD4051 內(nèi)部邏輯圖如 215 所示。 圖 214 CD4051芯片圖 圖 215 CD4051內(nèi)部邏輯圖 CD405