【文章內(nèi)容簡介】 取值關(guān)系為 1RC?? ，其中 2 f??? 。在用 Multisim 進行仿真時，查閱了相關(guān)資料后，選了幾個經(jīng)典電路進行仿真。由 于所給資料的元器件參數(shù)都有，我就沒進行參數(shù)的運算，直接進行電路仿真。在仿真過程中，待測信號通過濾波器后，直接變成直流。經(jīng)過回憶并查找資料后，終于明白電阻電容濾波器的構(gòu)成及原理。 放大電路設(shè)計 真有效值變換電路設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計 主要用于測量交流電壓的有效值 ，即真有效值變換模塊的設(shè)計與器件選擇與交流毫伏表的測量精度與靈敏度密切相關(guān)。雖然采用乘法器和運放可以實現(xiàn)電路功能，但是采用分立元件使得系統(tǒng)硬件成本增加切系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力減弱。而 美國 AD公司 生產(chǎn)的 RMSDC變換器件 AD736/AD737 可以簡 化儀器的設(shè)計，增加可測量波形種類的同時，靈敏度和精度也得到很好的改善，滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。 此外， AD637 還具有輔助 dB 輸出，取對數(shù)的真有效值輸出信號是帶有一個單獨的引腳可直接對分貝信號進行測量，有效范圍為 60dB。 由于芯片在~350mA 之間處于睡眠狀態(tài)，所以用戶在空閑時可以關(guān)閉裝置以減少能量損耗。 AD637 結(jié)構(gòu)及原理 AD637 主要由緩沖器、有源整流器、偏置電路、平方 /除法器和濾波電路組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示，輸入電壓經(jīng)過有源整流器變成單極性的電流 1I ，送到平方 /除法器后輸出電流為 214 3II I?，并驅(qū)動低通濾波器（由 4A 和平均電容AVC 構(gòu)成）。最后通過 3A 返回平方 /除法器，用計算式表示為： 21414[]II Avg II??，OUT INVV? ，實現(xiàn)了交流變直流的目的。 根據(jù) AD637 的數(shù)據(jù)手冊知：當(dāng) 100INU mv? 時，上限頻率 300Hf kHz? ；當(dāng)200INU mv? 時， 600Hf kHz? ； 1INUv? 時，上限頻率高達 8 Hz? ，符合設(shè)計要求。 圖 241 AD637內(nèi)部原理圖 真有效值變換電路 根據(jù)器件數(shù)據(jù)手冊， AD637 采用激光修正的先進工藝制造而成，一般情況下不需要外加調(diào)整器件，唯一的外圍元件平均電容 AVC （用來 設(shè)定平均時間常數(shù)，并決定低頻精確度、輸出紋波的大小和穩(wěn)定時間）。在設(shè)計中可以調(diào)節(jié)電阻 R1使輸出電壓為理論計算值，而調(diào)整 R3 使引腳 9 輸出電壓為 0 則可調(diào)節(jié)器件的非線性。 圖 242 真有效值轉(zhuǎn)換電路 由于芯片 AD637 內(nèi)部有輸入超載電壓保護電路，且過壓保護電路對輸入信號沒有影響（如果電源電壓過高，過壓保護電路起到保護輸入信號作用）。所以可以安全使用，最終電路如圖 4 所示。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 雙斜率積分式 A/D 原理概述 A/D 轉(zhuǎn)換器的類型很多，應(yīng)用較廣泛的有逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器、雙斜率積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器和 V/F 變換式 A/D 轉(zhuǎn)換器。下面簡單介紹雙積分式 A/D 原理，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 24 所示。 控 制 邏 輯計數(shù)器比較器－＋積分器輸出tT 2T 1T 0V r e fV i n數(shù)字量輸出ABab 圖 24 雙斜率積分式 A/D 結(jié)構(gòu)框圖 雙斜率積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器、控制邏輯和計數(shù)器等部件構(gòu)成，其原理框圖如圖 所示。當(dāng)模擬信號 inv 加到積分器上進行固定時間 0T 的積分，接著切換電子開關(guān)，將與 inv 極性相反的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號refv加到積分器上進行反向積分。由于refv恒定，所以積分器輸出將以恒定的斜率下降，直到積分器輸出返回起始值。標(biāo)準(zhǔn)電壓的積分時間 1T 正比于模擬輸入電壓 inv ，輸入電壓大，則反向積分時間長。 雙斜率積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器通過對輸入信號不斷的積分，能對噪聲或輸入信號進行平滑。因此，雙斜率積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器具有精度高、抗干擾性強和價格便宜等特點，應(yīng)用十分廣泛。 主要性能特點 ? 自動校零； ? 自動判別信號極性； ? 有超、欠壓輸出信號 ； ? 有精確的差分輸入電路； ? 采用位掃描與 BCD碼輸出 ； ? 輸入阻抗達 109Ω 以上，對被測電路幾乎沒有影響； 外部引腳說明 ICL7135 是雙斜積分式 4位半單片 A/D轉(zhuǎn)換器， 28 腳 DIP封裝。其引腳功能如下： ? V、 V+： 5? 電源端； REFV ： 基準(zhǔn)電壓輸入端； ACOM： 模擬地； GND： 數(shù)字地端； ? INT： 積分器輸入端，接積分電容； AZ： 積分器和比較器反相輸入端，接自零電容； ? BUF： 緩沖器輸出端，接積分電阻； ? CREF+、 CREF： 基準(zhǔn)電容正 、負(fù) 端； ? INHI、 INLO： 被測信 號 正、 負(fù)輸入端； ? D1～ D5： 位掃描輸出端； B1～ B4： BCD 碼輸出端； ? CLK： 時鐘信號輸入端； BUSY： 忙狀態(tài)輸出端； ? POL： 負(fù)極性信號輸出端； OVR： 超量程狀態(tài)輸出端； UNR： 欠量程狀態(tài)輸出端。 ? /RUN HOLD ： 運行 /讀數(shù)控制端； STROBE ： 數(shù)據(jù)選通輸出端； ICL7135 與單片機的接口 圖 1是 ICL7135 與單片機的接口電路。圖中 C R2是 積分元件， C2 是自零電容， C3是基準(zhǔn)電容； R C5 組成標(biāo)準(zhǔn)輸入濾波網(wǎng)絡(luò)； R C D D2 組成輸入過壓保護電路； RP1 為基準(zhǔn)電壓調(diào)整電位器，可根據(jù)要顯示的滿度值選擇基準(zhǔn)電壓的大小，這里設(shè)計為 1． 0000V，它們的關(guān)系是：滿度值為基準(zhǔn)電壓的兩倍。 IC4 為六反相器，兩個反相器組成振蕩電路為 ICL7135 提供時鐘信號，振蕩頻率 f＝ 0． 45／（ R6C4 ）。 ICL7135 要求每秒鐘至少進行 3 次 A/D 轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換需要 40000 個時鐘脈沖，因此時鐘頻率應(yīng)大于 120kHz，這里取 f＝ 125kHz。STR 為選通脈沖 輸出端。一次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，在該端連續(xù)輸出 5個負(fù)脈沖，分別對應(yīng) 5 組 BCD 碼數(shù)據(jù)。 74LS244 是三態(tài)緩沖器， 1G、 2G 分別選通兩組信號： 1G＝ 0、 2G＝ 1 時，選通第一組信號： 1G＝ 2G＝ 0 時，選通第二組信號。單片機的 P3． 1 接 1G，當(dāng) P3． 1 為 0 時接通顯示數(shù)碼管； P3． 7 接 2G，當(dāng) P3． 7 為 0時接通 ICL7135 的 B1～ B4。 圖 2 為 ICL7135 STR 端輸出時序圖。 STR端在 1秒內(nèi)輸出 3 次，每次 5個、共 15 個負(fù)脈沖，每次輸出時間約 333ms，連續(xù)負(fù)脈沖間的時間差遠小于 65ms。程序中設(shè)定 T1 中斷時間間隔至少 65ms，因而可準(zhǔn)確檢測出 STR發(fā)出的 5個連續(xù)的負(fù)脈沖，分別接收 4 位半 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的 5 個 BCD 碼數(shù)據(jù)。 A/D 轉(zhuǎn)換相關(guān)軟件工作原理 STR 的負(fù)脈沖 1號～ 5 號、 6 號～ 10號、 11 號～15號，分別對應(yīng)于數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 3 的 BCD 碼的低位到高位 ?? 。 ICL7135的 STR 接 89C2051 的 P3． 2。 IDTB 為取數(shù)中斷（外中斷 IET0）程序。每次進入取數(shù)中斷程序，接通 74LS244 第二組數(shù)據(jù)輸入開關(guān)，讀 P1． 3～ P1． 0 口，送到以 13H 單元為指針的單元中（ 初始化時 13H 單元內(nèi)容為 1CH），然后 13H 單元數(shù)據(jù)指針減 1。待 5個 BCD 碼取完，置位轉(zhuǎn)換成功標(biāo)志 20H． 6，將 13H 單元送 1CH，調(diào)用子程序 DTB 將 18H～ 1CH 的 BCD碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩個 8 位二進制數(shù)送 6EH、 6FH（高位存 6EH 單元）。 IET1 為 T1 中斷程序， T1 工作于方式 1，不送入時間常數(shù)（即初始值為 0000H），若晶振為 12MHz，則每次中斷的時間間隔為 65． 536ms。進入 IET1 中斷時，如果 20H． 0＝ 1，表示正在測量周期或頻率；如果 20H． 0＝ 1，且 13H 單元內(nèi)容不為 1CH、 20H． 7＝ 0，表示 是在連續(xù)取數(shù)過程中第一次進入 IET1；如果 20H． 0＝ 1，且 13H 單元內(nèi)容不為 1CH、 20H． 7＝ 1，表示第二次進入 IET1，在這兩次進入 IET1 之間 IDTB 沒有取過數(shù)據(jù)，則將 13H 單元送 1CH，以便 IDTB將低位 BCD 送入 1CH 單元。例如：由于干擾使第 4個 STR 脈沖的對應(yīng)的數(shù)據(jù)送入1CH，第 5 個 STR 脈沖對應(yīng)的數(shù)據(jù)送入 1BH，則第 5 個脈沖過后到第 6 個脈沖到來時，已過了大約 333ms，已進入過五次 T1 中斷，在第二次進入 IET1 時已將 13H單元的內(nèi)容置為 1CH，這樣，在 STR 第 6 個～第 10個脈沖到來時， IDTB將對應(yīng)的 BCD 碼分別送入 1CH～ 18H，使本次 A／ D轉(zhuǎn)換成功，自動糾正了錯誤的脈沖。 利用 ICL7135 的 “busy”輸出信號與單片機 MCS51 銜接 在小型化儀表中 ,應(yīng)該以最少的元件完成盡可能多的任務(wù) ,8031 需外接 EPROM,剩下的16 個 I/O 口是十分寶貴的 .如果利用 ICL7135 的 BCD 碼和 STB 選通信號就要占 5 個 I/O 口 ,而利用 ICL7135 的“ busy”端 ,只要一個 I/O 和 8031 內(nèi)部的一個定時器就可以把 ICL7135 的數(shù)據(jù)送入單片機 . 為了便于讀者理解 ,首先介紹 ICL7135 的 “ busy”端的功能 .ICL7135 是以雙積分方式進行 A/D 轉(zhuǎn)換的電路 .每個轉(zhuǎn)換周期分為三個階段 : [1].自動調(diào)零階段 [2].被測電壓積分階段 [3].對基準(zhǔn)電壓進行反積分階段 以輸入電壓 Vx 為例 ,其積分器輸出端 (ICL7135 的 4腳 )的波形如圖 1 所示 .“ busy”輸出端 (ICL7135 的 21 腳 )高電平的寬度等于積分和反積分時間之和 .ICL7135 內(nèi)部規(guī)定積分時間固定為 10001 個時鐘脈沖時間 ,反積分時間長度與被測電壓的大小成比例 .如果利用單片機內(nèi)部的計數(shù)器對 ICL7135 的時鐘脈沖計數(shù) ,利 用“ busy”作為計數(shù)器門控信號 ,控制計數(shù)器只能在 busy為高電平時計數(shù) ,將這段 busy高電平時間內(nèi)計數(shù)器的內(nèi)容減去 10001,其余數(shù)便等于被測電壓的數(shù)值 . 由圖 1“ busy”波形可看出， ICL7135 在對輸入信號進行積分時，其 BUSY 信號線由低向高跳變并一直保存高電平，直到標(biāo)準(zhǔn)信號反積分結(jié)束時才跳變到低電平。在此過程中，對輸入信號的積分一般保持 10001 個時鐘脈沖，而在滿量程的情況下，反相標(biāo)準(zhǔn)積分值為20201（當(dāng) 2in refVV? 時），對于不同的模擬量輸入， ICL7135 反向標(biāo)準(zhǔn)積分脈沖不同， BUSY信號的高電平寬度也不同，且反向積分脈沖數(shù)正比于輸入脈沖信號幅度，與測量結(jié)果有一一對應(yīng)關(guān)系。在轉(zhuǎn)換過程中， ICL7135提供一輸入信號極性判斷引腳 POL，當(dāng)輸入（ IN INVV??? ）為負(fù)值時， POL 信號為低電平；當(dāng)輸入（ IN INVV??? ）為正值時， POL 信號為高電平。 圖 2 是 MCS51 定時器的邏輯框圖 ,如果我們把 T0規(guī)定為模式 1 定時器方式 .定時器控制端 (8031 的 12 腳 )接 ICL7135 的“ busy”端 .這樣就能實現(xiàn)計數(shù)器由“ busy”控制對單片機 1/12 時鐘頻率的計數(shù)要求 . 圖 3是 ICL7135與單片機 MCS51 通過“ busy”接口的電路圖 .若 8031的時鐘采用 6MHz晶體 ,在不執(zhí)行 MOVX 指令的情況下 ,ALE 是穩(wěn)定的 1MHz 頻率 ,經(jīng)過 4 分頻可得到 250kHz的穩(wěn)定頻率 ,傳給 ICL7135 時鐘輸入端 ,使 ICL7135 的轉(zhuǎn)換速率為每秒 次 ,選取這一轉(zhuǎn)換速率 ,一方面照顧 ICL7135A/D 轉(zhuǎn)換的精 度 ,另一方面為了盡量少占用 8031 的資源 .定時器為16 位計數(shù)器 ,最大計數(shù)值 次 /秒轉(zhuǎn)換速率條件下 ,滿度電壓輸入時 ,busy 寬度為30001個時鐘脈沖 .再結(jié)合圖 1和圖 2可知 ,8031內(nèi)部定時器的輸入頻率是 500kHz,比 ICL7135的時鐘頻率 (250kHz)高 1 倍 ,在滿度電壓輸入時 ,定時器計數(shù)值為 30001x2=器最大值 .在“ busy”高電平期間定時器的數(shù)值除以 2,再減去 10001,余數(shù)便是被測電壓的數(shù)值 .具體程序如下 : 單片機控制電路設(shè)計 單片機 從系統(tǒng)功能來看，單片機需要存儲程序，即需要程序存儲器片內(nèi) ROM。在已開發(fā)的單片機中， 8031 和 8032 系列均無片內(nèi)存儲器