基于單片機正弦波有效值測量儀表設計(編輯修改稿)
2025-07-21 16:00 本頁面
【文章內容簡介】 電池供電的低功耗器件，有兩個獨立的、高增益的、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器。兩片LM358配合使用就能夠將輸入線圈的電流信號轉換成雙極性的電壓信號輸出，可以用于單片機控制的存儲器中待機波形與實時采樣波形數(shù)據(jù)的比較辨別。測量正弦波頻率的方法有很多種，但是我們一般選用過零比較器或施密特觸發(fā)器把正弦波轉換為方波，再進行方波的頻率測量。本模塊由8050三極管將要測量的交流電壓的頻率進行放大，經過反相器CD4049，對交流信號進行轉換為方波，以便單片機采集信號并測量。CD4049是一塊COMS金屬/非金屬氧化物半導體數(shù)字集成電路,通用性非常強，應用很廣泛，主要功能是對數(shù)字信號倒相、對模擬信號進行轉換，對不規(guī)則數(shù)字信號進行整形或波形變換，信號放大等，通過組合和設置阻容反饋，可以非常容易的制作信號發(fā)生、信號緩沖放大、單穩(wěn)觸發(fā)、雙穩(wěn)觸發(fā)、延時控制裝置等。 ADC0809電路ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。74LS74是一個雙D觸發(fā)器，將單片機ALE端的信號四分頻后，提供給ADC0809做基準頻率。 ADC0809轉換電路 系統(tǒng)采用AT89C52單片機作為主控制器，LCD1602液晶顯示電壓有效值和頻率。AT89C52具有功能強、體積小、成本低、功耗小等特點，它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。系統(tǒng)顯示采用常用的字16字X2行的字符型液晶模塊，其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點，使得在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應用。與數(shù)碼管相比該模塊還有位數(shù)多、顯示內容豐富、程序簡單等優(yōu)勢。應用接口電路如圖所示，包括單片機、復位電路、晶振電路、LCD1602,按鍵控制電路。，RW接地，由單片機P0口進行輸出數(shù)據(jù)控制。 如圖所示，我們設置S2為啟動鍵，當S2被按下，則系統(tǒng)開始采樣信號，并計算交流電壓的有效值；S3為停止鍵，當S3被按下，則將最終的正弦波有效值顯示在液晶的第一行，第二行顯示正弦波的頻率。 當測量電壓超出我們需要測量的范圍時。當按下復位鍵，系統(tǒng)則回復最初的等待測量狀態(tài)。 單片機最小系統(tǒng)和1602液晶顯示(1)時鐘電路設計STC89C52單片機內部帶有時鐘電路，因此，振蕩電路比較簡單，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。本設計選擇的內部振蕩電路的外部電路如圖所示。 晶振電路 振蕩頻率為12MHz，時鐘發(fā)生器是一個2分頻觸發(fā)器電路，它將振蕩器的信號頻率FOSC除以2，向CPU提供了兩相時鐘信號。ADC0809正常工作需要提供10KHz到1MHz范圍的外部時鐘，如果單獨設計時鐘產生電路，會增加電路的復雜程度。AT89S52單片機的地址鎖存器允許信號ALE輸出頻率為系統(tǒng)頻率的1/6，經D觸發(fā)器二分頻后可獲得1/12系統(tǒng)時鐘頻率。如果單片機時鐘頻率采用12MHz，則ALE引腳的輸出頻率為2MHz，再經二分頻后為1MHz，符合ADC0809對時鐘頻率的要求。如果單片機的時鐘頻率為6MHz，雖然二分頻后得到的時鐘頻率滿足要求，但是其單片機的工作速度較慢，所以單片機的時鐘頻率采用12MHz的。（2）復位電路設計 復位是單片機的初始化操作。其主要功能是將程序計數(shù)器PC初始化為0000H，使得單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。在運行中，外界干擾等因素可使單片機的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)。為擺脫困境，可將單片機復位，以重新啟動。復位也使得單片機退出低功耗工作方式而進入正常工作狀態(tài)。 復位電路雖然簡單，但其作用非常重要，一個單片機能否正常運行，首先要檢測是否能復位成功。在復位電路中，RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其時間應持續(xù)24個振蕩周期以上，若使用頻率為6MHz的晶振，則復位信號要持續(xù)時間應超過4us才能完成復位操作。故本設計使用12MHz的晶振。其電路如圖所示。 復位電路 整流電路采用單相全波整流電路，器件選用二極管構成的整流橋堆。濾波電路采用電容濾波，即在整流電路的負載上并聯(lián)一個電容，電容為50V，2200μF的極性大電容。本電路主要由220V交流電壓，經18V變壓器輸入到電路中，經過LM781LM791LM780LM7905四個穩(wěn)壓芯片的壓降，各輸出177。12V和177。5V直流電壓。供電部分有四組電壓輸出，其電路結構基本一樣。有變壓器、橋式整流、濾波和穩(wěn)壓等部分組成。 電源仿真圖如圖，輸出電壓為177。12V、+、 頻率測量 軟件測頻的原理歸結成一句話，就是“在單位時間內對被測信號進行計數(shù)”。
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