基于單片機正弦波有效值測量儀表設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-21 16:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電池供電的低功耗器件，有兩個獨立的、高增益的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器。兩片LM358配合使用就能夠?qū)⑤斎刖€圈的電流信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jīng)過反相器CD4049，對交流信號進行轉(zhuǎn)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(dǎo)體數(shù)字集成電路,通用性非常強，應(yīng)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(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)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(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)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(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)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(zhǔn)頻率。 ADC0809轉(zhuǎn)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(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。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(nèi)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(yīng)用。與數(shù)碼管相比該模塊還有位數(shù)多、顯示內(nèi)容豐富、程序簡單等優(yōu)勢。應(yīng)用接口電路如圖所示，包括單片機、復(fù)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(shè)置S2為啟動鍵，當(dāng)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(dāng)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(dāng)測量電壓超出我們需要測量的范圍時。當(dāng)按下復(fù)位鍵，系統(tǒng)則回復(fù)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(shè)計STC89C52單片機內(nèi)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(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。本設(shè)計選擇的內(nèi)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(shè)計時鐘產(chǎn)生電路，會增加電路的復(fù)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(jīng)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(jīng)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(fù)位電路設(shè)計 復(fù)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(fù)位，以重新啟動。復(fù)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(fù)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(fù)位成功。在復(fù)位電路中，RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，其時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期以上，若使用頻率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號要持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。故本設(shè)計使用12MHz的晶振。其電路如圖所示。 復(fù)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(gòu)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(jīng)18V變壓器輸入到電路中，經(jīng)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(jié)構(gòu)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(jié)成一句話，就是“在單位時間內(nèi)對被測信號進行計數(shù)”。
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