基于单片机的有效值检波器.doc

电子设计基础期末任务 基于单片机的有效值检波器 有效值检波器 摘 要 本作品以单片机STC12C5A60S2为主控芯片并以此为基础，通过二极管1N5819实现半波整流，使用单片机内部自带10位AD对整流后的输入信号进行采样，从而实现对峰值的检测；同时通过运放LM837对输入信号进行放大，之后通过施密特触发器，将原始信号整形成可被单片机识别的标准脉冲波形，之后配合内部计数器（定时器）达到测量其频率的目的；这样，整流和AD采样实现对输入信号峰值的检测；通过放大、整形实现对输入信号频率的检测。 Abstract Our system adopts the STC12C5A60S2 as the core processing CMOS chip .On this basis, achieved the half-wave rectifier through diode 5819, use the native 10-bit microcontroller internal AD to sample the rectified input signal , in order to achieve the peak detection; At the same time, use the operation Amp LM837 to amplify the input signal, and then through the Schmitt trigger, the entire formation of the original signal can be recognized by the standard single chip pulse waveform, then with the use of internal counter (timer) ,we can measure the frequency ; so that rectification and AD Sampling the input signal to achieve the peak detection; through the amplification, shaping to achieve the detection of the input signal frequency. 关键字：半波整流，运放，AD采样，定时，计数。  理论分析 本文要求输入交流信号，通过电路测量其峰值，频率，有效值以及平均值，因为输入的交流信号为模拟信号，而一般处理数据使用的主控芯片单片机处理的是数字信号，所以我们选择使用数模转换器AD（Analog to Digital Converter）将输入的模拟信号转换为数字信号，并进行采样；由于要求输入交流信号电压峰峰值Vpp为50mV~10V，所以如果我们采用AD为8位，则最小采样精度为，因此会产生78.4%的误差，并且题目要求输入交流信号的频率范围为40Hz～50kHz，所以为了保证对高频率信号的单周期内采样个数，我们需要选择尽量高速度的AD； 因此我们选用使用单片机STC12C5A60S2，其内部自带AD为8路10位最高速度可达到250KHz，所以我们可以将最小采样精度缩小到，并且在输入交流信号频率最大时（50KHz）在单个周期内可采集5个点，因此可保证测量精度。 由于该AD只能接受0~5V的模拟信号输入，所以当我们直接输入一个双极性信号时可能损坏AD，因此当信号进入AD之前我们要进行半波整流，为此我们设计了整流电路，在交流信号通过整流电路输入AD后，由AD实时输出对应模拟信号大小的二进制数，并存入变量MAX中，随着信号的不断输入MAX中只保存AD输出过的最大值，这样既可测出输入信号的峰值；由交流信号有效值表达式 可知检波器应当首先把输入的瞬时电压平方, 然后在一定平均时间内取平均值再开方。即可得到交流信号的有效值，然后通过比较峰值和有效值的关系即可知道该交流信号的波形；由于要检测交流信号的频率，所以我们使用单片机内部定时器和计数器，而计数器只能由上升沿或是下降沿触发，所以我们想通过施密特触发器将输入交流信号变为高低电平，以便检测其频率，而施密特触发器CD40106在常温5V供电下门限电压=1.4V，而输入交流信号的峰值最小时为25mV，所以不能保证输入信号为正的时候施密特触发器就能发生跳变，因此我们要对输入交流信号进行放大，为此我们设计了放大电路。  方案比较 方案一： 此方案只能检测已知、并且固定频率下的交流信号的有效值；无法检测频率。  方案二： 此方案是先将一个5V的直流信号叠加到待测的交流信号上，使其输入到运放LM324的信号都为正，然后通过运放放大0.5倍，从而使信号在AD的接受范围