【文章內(nèi)容簡介】 取值關(guān)系為 1RC?? ，其中 2 f??? 。在用 Multisim 進(jìn)行仿真時(shí)，查閱了相關(guān)資料后，選了幾個(gè)經(jīng)典電路進(jìn)行仿真。由 于所給資料的元器件參數(shù)都有，我就沒進(jìn)行參數(shù)的運(yùn)算，直接進(jìn)行電路仿真。在仿真過程中，待測信號(hào)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(jì) 真有效值變換電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jì)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(yùn)放可以實(shí)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(jì)，增加可測量波形種類的同時(shí)，靈敏度和精度也得到很好的改善，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 此外， AD637 還具有輔助 dB 輸出，取對(duì)數(shù)的真有效值輸出信號(hào)是帶有一個(gè)單獨(dú)的引腳可直接對(duì)分貝信號(hào)進(jìn)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(shí)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(dòng)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(jì)算式表示為： 21414[]II Avg II??，OUT INVV? ，實(shí)現(xiàn)了交流變直流的目的。 根據(jù) AD637 的數(shù)據(jù)手冊(cè)知：當(dāng) 100INU mv? 時(shí)，上限頻率 300Hf kHz? ；當(dāng)200INU mv? 時(shí)， 600Hf kHz? ； 1INUv? 時(shí)，上限頻率高達(dá) 8 Hz? ，符合設(shè)計(jì)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(cè)， AD637 采用激光修正的先進(jìn)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(shí)間常數(shù)，并決定低頻精確度、輸出紋波的大小和穩(wěn)定時(shí)間）。在設(shè)計(jì)中可以調(diào)節(jié)電阻 R1使輸出電壓為理論計(jì)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(hù)電路，且過壓保護(hù)電路對(duì)輸入信號(hào)沒有影響（如果電源電壓過高，過壓保護(hù)電路起到保護(hù)輸入信號(hào)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(jì) 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(jì)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(jì)數(shù)器等部件構(gòu)成，其原理框圖如圖 所示。當(dāng)模擬信號(hào) inv 加到積分器上進(jìn)行固定時(shí)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(hào)refv加到積分器上進(jìn)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(shí)間 1T 正比于模擬輸入電壓 inv ，輸入電壓大，則反向積分時(shí)間長。 雙斜率積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器通過對(duì)輸入信號(hào)不斷的積分，能對(duì)噪聲或輸入信號(hào)進(jìn)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(qiáng)和價(jià)格便宜等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。 主要性能特點(diǎn) ? 自動(dòng)校零； ? 自動(dòng)判別信號(hào)極性； ? 有超、欠壓輸出信號(hào) ； ? 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(dá) 109Ω 以上，對(duì)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(hào) 正、 負(fù)輸入端； ? D1～ D5： 位掃描輸出端； B1～ B4： BCD 碼輸出端； ? CLK： 時(shí)鐘信號(hào)輸入端； BUSY： 忙狀態(tài)輸出端； ? POL： 負(fù)極性信號(hào)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(yùn)行 /讀數(shù)控制端； STROBE ： 數(shù)據(jù)選通輸出端； ICL7135 與單片機(jī)的接口 圖 1是 ICL7135 與單片機(jī)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(hù)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(jì)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(gè)反相器組成振蕩電路為 ICL7135 提供時(shí)鐘信號(hào)，振蕩頻率 f＝ 0． 45／（ R6C4 ）。 ICL7135 要求每秒鐘至少進(jìn)行 3 次 A/D 轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換需要 40000 個(gè)時(shí)鐘脈沖，因此時(shí)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(gè)負(fù)脈沖，分別對(duì)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(hào)： 1G＝ 0、 2G＝ 1 時(shí)，選通第一組信號(hào)： 1G＝ 2G＝ 0 時(shí)，選通第二組信號(hào)。單片機(jī)的 P3． 1 接 1G，當(dāng) P3． 1 為 0 時(shí)接通顯示數(shù)碼管； P3． 7 接 2G，當(dāng) P3． 7 為 0時(shí)接通 ICL7135 的 B1～ B4。 圖 2 為 ICL7135 STR 端輸出時(shí)序圖。 STR端在 1秒內(nèi)輸出 3 次，每次 5個(gè)、共 15 個(gè)負(fù)脈沖，每次輸出時(shí)間約 333ms，連續(xù)負(fù)脈沖間的時(shí)間差遠(yuǎn)小于 65ms。程序中設(shè)定 T1 中斷時(shí)間間隔至少 65ms，因而可準(zhǔn)確檢測出 STR發(fā)出的 5個(gè)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(gè) 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(hào)～ 5 號(hào)、 6 號(hào)～ 10號(hào)、 11 號(hào)～15號(hào)，分別對(duì)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(jìn)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(shí) 13H 單元內(nèi)容為 1CH），然后 13H 單元數(shù)據(jù)指針減 1。待 5個(gè) 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(gè) 8 位二進(jìn)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(shí)間常數(shù)（即初始值為 0000H），若晶振為 12MHz，則每次中斷的時(shí)間間隔為 65． 536ms。進(jìn)入 IET1 中斷時(shí)，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(jìn)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(jìn)入 IET1，在這兩次進(jìn)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(gè) STR 脈沖的對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)送入1CH，第 5 個(gè) STR 脈沖對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)送入 1BH，則第 5 個(gè)脈沖過后到第 6 個(gè)脈沖到來時(shí)，已過了大約 333ms，已進(jìn)入過五次 T1 中斷，在第二次進(jìn)入 IET1 時(shí)已將 13H單元的內(nèi)容置為 1CH，這樣，在 STR 第 6 個(gè)～第 10個(gè)脈沖到來時(shí)， IDTB將對(duì)應(yīng)的 BCD 碼分別送入 1CH～ 18H，使本次 A／ D轉(zhuǎn)換成功，自動(dòng)糾正了錯(cuò)誤的脈沖。 利用 ICL7135 的 “busy”輸出信號(hào)與單片機(jī) 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(gè) I/O 口是十分寶貴的 .如果利用 ICL7135 的 BCD 碼和 STB 選通信號(hào)就要占 5 個(gè) I/O 口 ,而利用 ICL7135 的“ busy”端 ,只要一個(gè) I/O 和 8031 內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器就可以把 ICL7135 的數(shù)據(jù)送入單片機(jī) . 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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的電路 .每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分為三個(gè)階段 : [1].自動(dòng)調(diào)零階段 [2].被測電壓積分階段 [3].對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)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(shí)間之和 .ICL7135 內(nèi)部規(guī)定積分時(shí)間固定為 10001 個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)間 ,反積分時(shí)間長度與被測電壓的大小成比例 .如果利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對(duì) ICL7135 的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù) ,利 用“ busy”作為計(jì)數(shù)器門控信號(hào) ,控制計(jì)數(shù)器只能在 busy為高電平時(shí)計(jì)數(shù) ,將這段 busy高電平時(shí)間內(nèi)計(jì)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(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行積分時(shí)，其 BUSY 信號(hào)線由低向高跳變并一直保存高電平，直到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)反積分結(jié)束時(shí)才跳變到低電平。在此過程中，對(duì)輸入信號(hào)的積分一般保持 10001 個(gè)時(shí)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(shí)），對(duì)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(hào)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(hào)幅度，與測量結(jié)果有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在轉(zhuǎn)換過程中， ICL7135提供一輸入信號(hào)極性判斷引腳 POL，當(dāng)輸入（ IN INVV??? ）為負(fù)值時(shí)， POL 信號(hào)為低電平；當(dāng)輸入（ IN INVV??? ）為正值時(shí)， POL 信號(hào)為高電平。 圖 2 是 MCS51 定時(shí)器的邏輯框圖 ,如果我們把 T0規(guī)定為模式 1 定時(shí)器方式 .定時(shí)器控制端 (8031 的 12 腳 )接 ICL7135 的“ busy”端 .這樣就能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器由“ busy”控制對(duì)單片機(jī) 1/12 時(shí)鐘頻率的計(jì)數(shù)要求 . 圖 3是 ICL7135與單片機(jī) MCS51 通過“ busy”接口的電路圖 .若 8031的時(shí)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(shí)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(shí)器為16 位計(jì)數(shù)器 ,最大計(jì)數(shù)值 次 /秒轉(zhuǎn)換速率條件下 ,滿度電壓輸入時(shí) ,busy 寬度為30001個(gè)時(shí)鐘脈沖 .再結(jié)合圖 1和圖 2可知 ,8031內(nèi)部定時(shí)器的輸入頻率是 500kHz,比 ICL7135的時(shí)鐘頻率 (250kHz)高 1 倍 ,在滿度電壓輸入時(shí) ,定時(shí)器計(jì)數(shù)值為 30001x2=器最大值 .在“ busy”高電平期間定時(shí)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(jī)控制電路設(shè)計(jì) 單片機(jī) 從系統(tǒng)功能來看，單片機(jī)需要存儲(chǔ)程序，即需要程序存儲(chǔ)器片內(nèi) ROM。在已開發(fā)的單片機(jī)中， 8031 和 8032 系列均無片內(nèi)存儲(chǔ)器