基于单片机的高精度交流电压表的设计与实现(2) - 图文

1.3.2.1 经济可行性

近几年，智能数字仪表的发展和应用，数字仪表也都成为实验研究等行业工作中的重要设备，每个单位、每个部门都有不同程度的仪表应用。在硬件方面，减少了不必要的元器件，只需利用简单而已常见的元器件即可，所以从硬件方面上完全可行。根据实际市场的要求，分析其特点，在经济上本项目是可行的，这样便捷了在使用过程中的携带、测量等，所以，在实验研究等行业中的实际应用，经济上是完全可以开发设计的。 1.3.2.2 技术可行性

对于设计本交流电压表选用的是51系列89C51的单片机，它是功能丰富的单片机集成开发环境，包括了8位CPU、4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K) 、256bytes的数据存储器(RAM) 、21个专用寄存器 、2个可编程定时/计数器、5个中断源、2个优先级（52有6个）、一个全双工串行通信口 、外部数据存储器寻址空间为64kB等多重功能。Proteus 自从有了单片机也就有了开发系统，随着单片机的发展开发系统也在不断发展。 keil是一种先进的单片机集成开发系统。它代表着汇编语言单片机开发系统的最新发展，首创多项便利技术，将开发的编程/仿真/调试/写入/加密等所有过程一气呵成，中间不须任何编译或汇编。 综上所述本交流电压表的设计与实现，基于89C51单片机为开发平台，用Keil编程语言，因此此交流电压表在技术上是可行的。

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第二章 总体方案设计

2.1 设计任务和要求

2.1.1设计任务

设计并制作一个高精度交流电压表，采用51系列单片机作为主控部件。系统图如下：

电压采样信号调理A/D转换单片机显示 2.1.2.设计要求

(1)测量交流电压范围0～2V。 (2)测量精度优于0.001V。 (3)采样周期小于0.1秒。 (4)具有超量程报警功能。 (5)内阻大于20kΩ。

2.2 设计总方案论证

在由单片机构成的交流数字电压表中，一般包含三种模块：数据采集模块，数据处理模块（单片机系统），输出显示模块。在本次的设计中，可将这三个模块进行更加详细的可行性划分，可分为数据输入和信号调理模块，A/D转换模块，数据处理以及控制模块，显示模块。 2.2.1 数据采集输入和信号调理模块

在数据采集输入模块当中，采用一般的放大电路。输入的被测量交流信号首先经过输入电压变化电路进行放大通过变换电路将交流电压变换成直流电压，然后经过放大后的电压直接输入A/D转换。通道选择因考虑到模拟开关本身具有一定的电阻，故采用普通自锁开关来进行通道选择。 2.2.2 A/D转换模块

在A/D转换模块中，A/D转换器的转换精度对测量电路极其重要，测的参数关系到测量电路性能。 2.2.3 数据处理以及控制模块

在数据处理以及控制模块中，主要通过89C51将A/D转换后的信号处理，送

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到单片机的一个端口中用以来显示。 2.2.4 显示模块

在输出显示模块中，我们选用的是数码管液晶显示屏。 2.2.5 电路总体设计框架

输入电压变换电路

AC-DC变换电路

A/D转换电路 量程转换电路 LCD数码显示电路

第三章 单元模块设计

3.1 硬件模块设计 3.1.1放大电路

如下图，由双运放组成的同相输入高共模抑制比放大电路，其闭环输出可表示为： 为使共模

U0?(1?R2*R4U1?U212R1R2*R4)*()?(1??)(U1?U2)R1*R322R2R1*R3输入为0，可令R1/R2=R4/R3,此时电路的差动闭环增益为Kd=1+R1/R2, U0=Kd(U1-U2); 下图即Kd=11，U0=11(U1-U2);第二级为同相放大电路，放大倍数可通过电位器调节。

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3.1.2 AC-DC变换电路

由于A/D转换器MC14433测量的是直流电压，并且测量交流电压时，一般以交流电压有效值表示，因此采用AC-DC变换电路将被测交流信号变换成直流电压，通过A/D转换器测量其电压有效值，这里采用半波整流电路将交流信号变换成半波脉动直流信号，然后通过积分电路提取交流信号的平均值，采用运算放大器电路提取出被测交流信号的有效值。电路如下图所示。

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