基于单片机正弦波有效值的测量.pdf

. 基于单片机正弦波有效值的测量 一．简介 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。 二． 基本功能与技术指标要求 （1）输入交流电压： 1mV～50V, 分五档： ① 1mV~20mV， ② 20mV~200mV,③ 200mV~2V,④ 2V~20V, ⑤ 20v~50V。 （2）正弦频率； 1Hz~100kHz； （3）检测误差：≤ 2%； （4 ）具有检测启动按钮和停止按钮，按下启动按钮开始检测，按下 停止按钮停止检测； （5）显示方式：数字显示当前检测的有效是，在停止检测状态下， 显示最后一次检测到的有效值； （6）显示： LCD，显示分辨率：每档满量程的 0.1%； 三．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 .